第02章_同步发电机的自动并列(3)
第二章 《同步发电机得自动并列》练习参考答案
第二章《同步发电机得自动并列》练习参考答案一、名词解释1.并列操作答:将发电机并入电力系统参加并列运行得操作。
2.准同步并列答:发电机在并列合闸前已加励磁,当发电机电压得幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等时,将发电机断路器合闸,完成并列操作。
3.自同步并列答:将未加励磁、接近同步转速得发电机投入系统,随后给发电机加上励磁,在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步,完成并列操作。
4.同步点答:可以进行并列操作得断路器。
5.滑差、滑差频率、滑差周期答:滑差:并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差,用表示,即;滑差频率:并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差,用f s表示,即; 滑差周期:并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化3600所用得时间。
6.越前时间、恒定越前时间、恒定越前时间自动准同步装置答:越前时间:相对于提前(越前)得时间;恒定越前时间:相对于提前(越前)得时间,且这一时间不随频差(或滑差)、压差变化;恒定越前时间自动准同步装置:由恒定越前时间脉冲发出合闸脉冲命令得自动准同步装置。
7.越前相角、恒定越前相角、恒定越前相角式自动准同步装置答:越前相角:相对于提前(越前)得相角;恒定越前相角:相对于提前(越前)得相角,且这一相角不随频差(或滑差)、压差变化;恒定越前相角自动准同步装置:由恒定越前相角脉冲发出合闸脉冲命令得自动准同步装置。
8.整步电压、正弦整步电压、线性整步电压答:整步电压:包含同步条件信息得电压;正弦整步电压:与时间具有正弦函数关系得整步电压,表达式线性整步电压:与时间具有线性函数关系得整步电压,表达式二、单项选择题1.准同步并列得方法就是,发电机并列合闸前( C),当( )时,将发电机断路器合闸,完成并列操作。
A.未加励磁,发电机电压与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等;B.未加励磁,发电机转速接近同步转速;C.已加励磁,发电机电压与并列点系统侧电压得幅值、频率、相位接近相等;D.巳加励磁,发电机转速接近同步转速。
(完整版)电力系统自动装置原理思考题及答案
复习思考题第二章同步发电机的自动并列一、基本概念1、并列操作：电力系统中的负荷随机变化，为保证电能质量，并满足安全和经济运行的要求，需经常将发电机投入和退出运行，把一台待投入系统的空载发电机经过必要的调节，在满足并列运行的条件下经开关操作与系统并列，这样的操作过程称为并列操作。
2、准同期并列：发电机在并列合闸前已加励磁，当发电机电压的幅值、频率、相位分别与并列点系统侧电压的幅值、频率、相位接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作。
3、自同期并列：将未加励磁、接近同步转速的发电机投入系统，随后给发电机加上励磁，在原动转矩、同步力矩作用下将发电机拉人同步，完成并列操作。
4、并列同期点：是发电机发电并网的条件。
同期并列点是表示相序相同、电源频率同步、电压相同。
5、滑差、滑差频率、滑差周期：滑差：并列断路器两侧发电机电压电角速度与系统电压电角速度之差；滑差频率：并列断路器两侧发电机电压频率与系统电压频率之差，用fs 表示；滑差周期：并列断路器两侧发电机电压与系统电压之间相角差变化360°所用的时间。
6、恒定越前相角准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定角度发出合闸信号的叫恒定越前相角并列装置。
7、恒定越前时间准同期并列：在Ug和Ux两个相量重合之前恒定时间发出合闸信号的叫恒定越前时间并列装置。
8、整步电压、正弦整步电压、线性整步电压：包含同步条件信息的电压；正弦整步电压：与时间具有正弦函数关系的整步电压；线性整步电压：与时间具有线性函数关系的整步电压。
二、思考题1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。
（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
CH2-同步发电机的自动并列
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电力系统的容量在不断增大，同步发电机的单机容量 也越来越大，大型机组不恰当的并列操作将导致严重后果。 因此，对同步发电机的并列操作进行研究，提高并列操作的 准确度和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。
同步发电机的并列遵循的原则： （1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能的小，其瞬时 最大值一般不超过１～２倍的额定电流。 （2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态， 其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
期并列操作和自同期并列操作的概念、特 点及其适用场合；
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第一节 概 述
一．并列操作的意义
1.并列操作 电力系统运行中，理想情况下，任一母线电压瞬时 值可表示为
u U msin(t )
(1-1)
式中 U m——电压幅值
——电压的角频率
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当初始角为零时，断路器两端的电压为：
其中
为滑差角频率
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并列的同步过程分析
当发电机的电压超前与 电网电压
=>发电机发出功率（发 电机状态），同时制动 减速
当发电机的电压落后与电 网电压
=>发电机吸收功率（电动 机状态），同时发电机加 速。
——初相角
(1-1)式反映了电网运行中该母线电压的幅值、频
率和相角。这三个重要参数常被指定为运行母线的
状态量。电网的电压也常用相量U 来表示。
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电力系统自动装置原理第02章同步发电机的自动并列(自动并列装置的工作原理)
第二章同步发电机的自动并列1.概述2.准同期并列的基本原理3.自动并列装置的工作原理4.频率差与电压差的调整5.数字型并列装置的组成脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：电压幅值差、频率差和合闸相角差。
但是，在实际装置中，却不能利用它检测并列条件。
因为它的幅值与发电机电压及系统电压有关。
这就使得利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号时间误差不准，从而成为引起合闸误差的原因之一。
逻辑关系满足即可以合闸。
必须在之前判定完毕。
YJt•装置的控制逻辑越前时间信号电压差不允许滑差不允许与门或非门合闸信号电压差、频率差判别区U tYJt stω正弦整步电压法采用与直接做差，得到正弦性的包络线来判别。
误差较大。
GU •并列的检测信号&两种方法应用于模拟式并列装置中，实现检测。
线性整步电压法X U &采用三角波（线性）的整步电压。
不考虑电压差，只考虑相角差。
精度较好。
整步电压自动并列装置监测并列条件的电压–正弦整步电压法–线性整步电压法X G U U =若：若X G U U ≠：K Z ——整流系数正弦整步电压法特点：正弦型整步电压不仅是相角差的函数，还与电压差有关。
此并列条件检测引入误差成为合闸误差的原因之一。
应用：早期曾采用，现已被“线性整步电压”替代。
线性整步电压法线性整步电压---指其幅值在一周期内与相角差δe分段按比例变化的电压。
注意：线性整步电压只与发电机电压和系统电压的相角差δe 有关，而与它们的幅值无关。
线性整步电压的表达式:U sl 的上升段)0,0)(()(sl≤≤≤−+=+=t t U U e s slme slmUδπωππδππ)0,0)(()(sl≥≤≤−=−=t t U U s slme slmUπδωππδππfS s T Δ=Δ==1f 222ππωπU slm ---U sl 的最大值U sl 的周期T S 表征发电机电压和系统电压频率差△f的大小：U sl 的下降段线性整步电压法2.因此：越前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响，提高了并列装置的控制性能。
电力系统自动装置第二章_自动并列教材
为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制， 作为并列条件之一。
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2 脉动电压—并列检测频率差
与U 之间的频率差就是脉动电压U 的频率 f ， U G X S S 他与滑差角频率 S 存在关系：
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实际并列条件之一——电压幅值差
并列时的电气状态：
fG f X
e 0
UG U X
可以计算得到冲击电流最大瞬 时值：
max ih 1.8 2 U G U X 2.55U S Xd Xd
I h
U X
U G
UG U X Xd
S 2 f S
S反映了频率差 f S 的大小，要求 S 小于允许值，就 相当于要求脉动电压周期 TS 大于一个给定值。
例如：设滑差角频率 Sy 0.2% N
Sy
2 f N 0.2 0.2 rad / S 100
f N 50Hz
TS 2
第二章 同步发电机的自动并列
第二章 同步发电机的自动并列
重点讲解发电机同步准同期 并列的自动化原理. 这是将同 步发电机投入电网进行并列运 行以组成电力系统的基本步骤.
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第二章 同步发电机的自动并列
一、概述(同步并列和准同期概念) 二、准同期并列的基本原理 三、自动并列装置的工作原理 四、微机并列装置
X
u S U mG sinG t 1 U mX sin X t 2 1 2 0
G t 1
G X G X u S 2U mG sin t cos t 2 2 G X U S cos t 脉动电压的幅值 2
第2讲同步发电机的自动并列-PPT文档资料
North China Electric Power University
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1 脉动电压— QF两侧电压相量幅值相等
（1）QF两侧电压相量幅值相等
j
U X
X
可以得到脉动电压：
U S
e
G
U G
u U S Scos
S mG
G X
2
2
t
t t S S U 2 U sin 2 U sin
为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制， 作为并列条件之一。
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2 脉动电压—并列检测频率差
U G 与 U X 之间的频率差就是脉动电压U S 的频率 f S ， 他与滑差角频率 S 存在关系：
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1 脉动电压—利用脉动电压检测准同期并列条件
（3）利用脉动电压检测准同期并列条件
在脉动电压波形中，载有准同期并列所需检测的信息
—— 电压幅值差（随时间变化的规律） 频率差（随时间变化的规律） 相角差（随时间变化的规律） 利用脉动电压可以为自动并列装置提供鉴别并列条件 的信息和选择合适的合闸信号发出时间。
X i X hm q X 2 arcsin ey 2 1 . 82 E q
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North China Electric Power University
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4 例题
某发电厂采用自动准同期并列方式与系统进行 并列，系统的参数已经归算到以发电机额定容量为 基准的标幺值。一次系统的参数为：发电机交轴次 0.125，系统的等值机组的交轴次暂 暂态电抗 X q为 态电抗与线路电抗为0.25，断路器合闸时间 为 % tQF 0.5s，他的最大可能误差时间为 20 ，自动并 列装置最大误差时间为±0.05s，待并发电机允许的 2IGN 冲击电流为 ihm 试计算允许合闸误差角 ey 允许滑差角频率 相应的脉动电压周期
第二章 同步发电机的自动并列
线性整步电压只反映UG和UX间的相角差特性，而与它们 的电压幅值无关，从而使越前时间信号和频率差的检测不受 电压幅值的影响，提高了并列装置的控制性能，因而被模拟 式自动并列装置广泛使用。 1）半波线性整步电压
其电路图见图2-14.其逻辑表达式为：
即只有两个三极管基极输入电压同时为负的瞬间，a点才为高电位。
❖ 提示：
合闸相角差表达式为：
先不考虑提前量，则有：
考虑时间提前量0.14秒，则调度中心发出合闸信号的时刻可 为：3.6678秒，5.4769秒，等等。
❖ 例见书中2-1.
第三节、自动并列装置的工作原理
• 一、装置的控制逻辑
越前时间信号
电压差不允许 或
滑差不允许
非 门
与门
合闸信号
逻辑关系满足即可以合闸 。
❖ 四、装置的整定
▪ 已知：两个区域电网的等值机系统如图所示，其电压幅 值相等，频率分别为：f1＝50＋0.1cost Hz， f联2=操50作+0，.1设si远n2程t H通z，讯现和准继备电进器行动恒作定时越间前之时和间为准0.1同4期秒互， 求调度中心发出合闸信号的时刻。
准同期并列的基本原理
~
0
发电机G电压 系统电压 两者的电压差称为滑差电压
概述
• 电压幅值差
设
，频率与相角相等。
此时冲击电流
，主要为无功分量。
最大值
• 相角差
设
，频率与电压相等。
此时冲击电流
， 较小时，主要为有功分量。
概述
• 频率差——脉动电压的表现形式
设
，电压的幅值相等。
滑差频率 脉动周期
脉动电压幅值
概述
• 相量图
电力系统自动装置原理简答
第二章 同步发电机的自动并列1、同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。
（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。
因为：(1)并列瞬间，如果发电机的冲击电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气设备，还合使其他电气设备受损；(2)并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。
2、同步发电机并列操可以采用什么方法？答：可分为准同期并列和自同期并列。
3、什么是同步发电机自动准同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：调节发电机的电压Ug ，使Ug 与母线电压Ux 相等，满足条件后进行合闸的过程。
特点：并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；但并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂。
适用场合：由于准同步并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但因为并列时间较长且操作复杂，故不适用紧急情况的发电机并列。
4、为什么准同期并列产生的冲击电流小？答：当电网参数一定时，冲击电流决定于相量差Us ，由于准同期并列操作是并列断路器QF 在满足频率相等幅值相等相角差为零的理想条件下合闸的，虽然不能达到理想的条件，但是实际合闸时相量差Us 的值很小，因此计算出的冲击电流很小。
5、什么是同步发电机自同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？答：是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率，滑差角频率不超过允许值，且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器QF ，接着合上励磁开关开关SE ，给转子加励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，又电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。
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第三节
自动并列装置的工作原理
•注意与全波线性整步电 压中区别
利用微机实现相角差测量的方案：
当两个方波输入电平不同时，异或门的输出为高电平，用于控制可编 程定时计数器的计数时间，其计数值N即与两波形间的相角差相对 应。CPU可读取矩形波的宽度N值，求得两电压相角差的变化轨迹。
第三节
自动并列装置的工作原理
因为它的幅值与发电机电压及系统电压有关。 这就使得利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号 和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号 时间误差不准，从而成为引起合闸误差的原因之一。
第三节
自动并列装置的工作原理
• 装置的控制逻辑
越前时间信号 电压差不允许 滑差不允许 合闸信号
与门 或 非 门
逻辑关系满足即可以合 闸。 t
YJ
US
必须在 之前判定完 毕。 电压差、频率差判别区
tYJ
ωst
t
第三节
自动并列装置的工作原理
• 并列的检测信号
整 自动并列装置监 步 测并列条件的电 电 压 压 两种方法应用于模拟式 并列装置中，实现检 测。 正弦整步电压法
& 直接做差，得到正 &与U 采用 U X G 弦性的包络线来判别。误差较大。
电 压 差
自动并列装置的工作原理
频率差和相角差检测电路中，不载有并列点两侧电压
幅值的信息，所以需要设置专门的电压差检测电路。 方法——直接读入并列点两侧电压幅值，然后计算差值。 （1）直接交流采样；
第三节
自动并列装置的工作原理
（2）采用传感器芯片（AD536A)—— 把交流电压均方根值
转换为低电平直流信号。可方便的通过接口电路把交流电 压值读入本机，然后计算两电压间的差值，判断是否超过 设定限值，并获得待并发电机组电压高于或低于电网电压 的信息。
线性整步电压的表达式:
U
π Usl的下降段
sl
=
U slm
(π + δ e ) =
U slm
π
(π + ω s t )( − π ≤ δ e ≤ 0 , t ≤ 0 )
Uslm--- Usl的最大值
U
sl
=
U slm
π
(π − δ e ) =
U slm
π
(π − ω s t )( 0 ≤ δ ≤ π , t ≥ 0 )
第三节
自动并列装置的工作原理
可以求出最佳的合闸越前相角δYJ值，该值与本计算点的相 角δi按下式进行比较（下式中ε为计算允许误差）
（2π − δ i ) − δ YJ ≤ ε
上式成立，则立刻发出合闸信号。
如果 （2π − δ i ) − δ YJ > ε
又（2π − δ i） > δ YJ
则继续进行下一点计算，直到δi逐渐逼近δYJ符合 上式为止。
应用：早 期 曾 采 用，现已 被 “ 线性整 步电压 ” 替 代。
第三节
自动并列装置的工作原理
线性整步电压法
线性整步电压---指其幅值在一周期内与相角差δe分段按比例变化的电压。
注意：线性整步电压只与发电机电压和系统电压的相角差δe 有关，而与它们的幅值无关。
第三节
Usl的上升段
自动并列装置的工作原理
第二章 同步发电机的自动并列
1
主要内容
1. 2. 3. 4. 5.
概述 准同期并列的基本原理 自动并列装置的工作原理 频率差与电压差的调整 数字型并列装置的组成
第三节
自动并列装置的工作原理
脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：电压幅值 差、频率差和合闸相角差。但是，在实际装置中，却不能 利用它检测并列条件。
整步电压形成电路的波形图:
整形电路： 形成方波
相敏电路
滤波电路
第三节
自动并列装置的工作原理
• 并列的检测信号
相角差
线性整步电压与相角差的对应关系是从宽度不等的 矩形波经滤波处理后获得的。 •缺点： （1）滤波引入误差； （2）一个滑差周期内，假设 ω s 保持稳定，但实际 dω s 并不一定， 还应考虑相角差加速度 dt 。
（3）滤波和射级跟随器
L1 C101
L2 C102
滤波电路作用:将U103C中的高次谐波滤
掉，形成幅值为三角形的整步电压。 射级跟随器作用:提高整步电压形成电 路的负载能力，使三角形整步电压的波 形不受它后边电路工作的影响。
V105的发射极电位U105e就是ZZQ-5型自动准同期装置中的线性整 步电压Usl
(U G )
(U G )
(U G )
(U X )
（2）相敏电路
当U101C和U102C同时为高电位或同时 为低电位时，V103因不能获得基极电流 而截止，集电极电位U103C为高电位， 约为40V。 当U101C和U102C一个为高电位、一个 为低电位时，V103因导通，集电极电位 U103C为低电位。
第三节
•解决办法：
自动并列装置的工作原理
（1）取消滤波，整流后直接读取脉冲宽度； （2）实时记录矩形波宽度，得到相角差的运动轨迹， 其载有除电压幅值外极其丰富的并列条件信息，其作用 与整步电压相似。
当前相角差、滑差角频率、相角差加速 度、 恒定越前时间的最佳合闸导前相角差等。
数字式自动并列装置可以发挥高速运算优势，充分利用 相角差轨迹信息，提高并列装置的合闸控制技术水平。
第三节
自动并列装置的工作原理
线性整步电压法
采用三角波（线性）的整步电压。 不考虑电压差，只考虑相角差。精 度较好。
第三节
自动并列装置的工作原理
–
正弦整步电压法
–
线性整步电压法
第三节
自动并列装置的工作原理
正弦整步电压法
若 UG = U X ：
KZ——整流系数Biblioteka 若 UG ≠ U X ：
特点：正弦型整步电 压不仅是相角差的函 数，还与电压差有 关。此并列条件检测 引入误差成为合闸误 差的原因之一。
发电机电压UG整形原理： UG正半周时，V101导通，集电极电位U101c约为0V. UG负半周时，V101截止，集电极电位U101c约为12V.
由V102和二级管VD104~VD106 组成的整形电路对系统电压UX整形。 工作原理与由V101和二级管VD101~VD103 组成的整形电路相同。
线性整步电压也可用于频率差的检测
•但具有与前述一样的缺点
第三节
自动并列装置的工作原理
方法1——相角差轨迹中含有滑差角频率的信息：
第三节
自动并列装置的工作原理
方法2——直接测量两并列电压频率，求取频率差值以及 频率高、低的信息：
T=
1 N fc
• fc:计数脉冲频率
fc f = N
第三节
• 并列合闸控制
第三节
自动并列装置的工作原理
恒定越前时间
• 并列合闸控制
理想的导前合闸相角δYJ，它可以计及δe含有加速度的情况 ：
δ YJ = ωsit DC
Δωsi 2 + ⋅ t DC Δt
式中ωsi——计算点的滑差角速度，其值可按下式求得
Δδ t δ i − δ i −1 ωsi = = 2τ x Δt
其中δi和δi-1——分别是计算点和上一个计算点的角度值； 2τx——两计算点的时间； tDC——微处理器发出合闸信号到主触头闭合时需要经历的时间。 设tc为出口继电器动作时间，则tDC=tQF+tC
Usl的周期TS表征发电机电压和系统电压频率差△f的大小：
Ts=
2π
ωS
=
2π 1 = 2πΔ f Δ f
第三节
2.
自动并列装置的工作原理
线性整步电压法
因此：越前时间信号和频率差的检测不受电压幅值的影响， 提高了并列装置的控制性能。
第三节
自动并列装置的工作原理
线性整步电压法
线性整步电压的形成电路 形成电路由整形电路、相敏电路 及滤波电路三部分组成。 （1）整形电路
与全波线性整步电 压区别：
1、整形电路相位 2、异或电路输出 3、相角差和矩形 宽度关系 4、不用滤波
第三节
自动并列装置的工作原理
第三节
自动并列装置的工作原理
如采用线性整步电压全波电路，则每一个工频周期可作两 次计算，CPU可记录下轨迹图如下：
第三节
自动并列装置的工作原理
• 并列合闸控制
频 率 差