电力系统自动装置第二章

准同期并列的基本原理
❖ 上式中τx和τi的值，CPU可从定时计数器读入求得。 如采用线性整步电压全波电路，则每一个工频 （约20ms）可作两次计算，CPU可记录相角差的 轨迹如下：
▪ 恒定
▪ 等速变化
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准同期并列的基本原理
❖ 三、并列合闸控制
▪ （一）恒定越前时间
微机型数字式自动并列装置利用相角差轨迹，采用较严密的数 学模型，计算求得的恒定越前时间，具有相当的准确性。首先按 下式求得恒定越前时间所对应的最佳导前合闸相角δYJ，还可方便 计及δe含有加速度情况：
2sin t cos 2t 1 2sin t 1 2sin 2 t 1 sin 2 t sin t 1 0 sin t 1 5 2
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。
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❖ 例见书中2-1.
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fG fX
fG fX
输出减速脉冲信号 输出加速脉冲信号
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第四节、频率差与电压差控制
▪2、调节量控制 发电机的转速按照比例调节准则，要求输出的调
节脉冲时间与频率差值成正比。 频率差调整输出的过程通道为执行继电器，继电
器动作控制调速电动机工作。 ❖二、电压差调整
其任务是在并列操作中自动调节待并发电机的电 压值，使电压差调件符合并列的要求。其实施原理与频 率差调整相似，可直接测量uG、ux的幅值，电压差绝对 值允许则不进入电压调整程序。否则，进入电压调整程 序。
第四节、频率差与电压差的调整
❖ 一、频率差调整
▪ 频率差调整的任务是将待并发电机的频率调整到接近于电网频率， 使频率差趋向并列条件允许范围。
▪ 1.频率差检测
▪ 设△fz为允许频率差
fG f X fZ
不发调速脉冲，
进行越前时间合 闸控制计算。
fG f X fZ
发调速脉冲，
不进行越前时间 合闸控制计算。
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准同期并列的基本原理
❖ 提示：
合闸相角差表达式为：
ee
0
2f s 10
2 20
(
f1
f2)
0.2
cos t
0.2
sin 2t
先不考虑提前量，则有：
e [0.2 cos t 0.2 sin 2t]dt e0 0.2 sin t 0.1 cos 2t 0.1 0
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自动并列装置的工作原理
❖ （二）相角差 e (t)
原理：矩形波的宽度（变化）与 e (t) 相对应。在数字式准同期装置中采用。
分析：假设系统频率为额定值50Hz，待并发电机频率低于50Hz。
计算公式：
i
i x
,i
i1
三角形上升边
i
2
i x
,i
i1
三角形下降边
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正弦整步电压法
采用UG 与 U X 直接做差，得到正 弦性的包络线来判别。误差较大。
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。
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自动并列装置的工作原理
▪ （一）整步电压 ▪ 1、正弦整步电压法
由图可知USZ不仅是相角差 的函数，而且还与电压差值有 关。这就使得利用USZ检测并 列条件的越前时间信号和频差
UG U mG sin(Gt 1) U X U mX sin(X t 2 )
两者的电压差称为滑差电压 US UG U X UmG sin(Gt 1) UmX sin(X t 2 )
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概述
▪ 电压幅值差
设 U mG U mX ，频率与相角相等。
此时冲击电流
I
" h
U mG X d
第二章 同步发电机的自动并列
三峡大学 电气信息学院
主要内容
1. 同步发电机自动并列的条件和原则 2. 准同期自动并列的分析 3. 准同期自动并列装置的实现原理 4. 频差调节的方法
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第一节、概 述
❖ 同步发电机自动并列的条件和应遵守的原则 ▪ 理想并列条件
fG fx
UG Ux
❖ 在相角差等于∏时，矩形最宽；在相角差等于0或2∏时，矩形 宽为0.所以，当相角差从0~ ∏变动时，矩形波宽度渐增；当相 角差从∏ ~ 2∏变动时，矩形波宽度渐减。这一系列矩形波宽度 的变化反映了发电机端电压与系统电压间相角差的变化。
❖ 把这一系列宽度不等的矩形波由图2-14中R7和C1组成的积分电 路进行积分，该积分电路是滤去高次谐波的低通滤波器，其输 出端为锯齿波形的三角波电压ua’。见图2-16（b）。进一步由 双T型滤波器滤波后，得到三角波形特性。
U mX Xx
，主要为无功分量。
最大值 ih"m 1.8 2I h
▪ 相角差
设 G0 X 0 ，频率与电压相等。
此时冲击电流
I
" h
2Eq X q X x
sin e ， e 较小时，主要为有功分量。
2
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概述
▪ 频率差——脉动电压的表现形式
设 G X ，电压的幅值相等。
t tQF tC
YJ 常数 sy0t
最佳滑差角频率
US
s1
s2 sy0
s3
UA
0
t
t
s1 sy0 s sy0
过零后合闸 过零时合闸 过零前合闸
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准同期并列的基本原理
▪ 2、恒定越前时间准同期
提前量信号取恒定时间 t tQF tC 常数
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自动并列装置的工作原理
❖ 半波线性整步电压讨论： ❖ 只反映了发电机端电压与系统线电压间的相角差特性，而
与它们的幅值无关，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，提高了并列装置的性能；而电压差 的检测另设专门电路完成。 ❖ 半波线性整步电压采用滤波器把高次谐波滤掉，在完全理 想的情况下才获得较为平滑特性，故滤波器的时间常数将 会影响其相移，且滑差角频率的变化对其也有一定的影响， 从而使控制合闸时间引入误差。
其电路图见图2-14.其逻辑表达式为：
Ua U X1 • (UG2 )
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。
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自动并列装置的工作原理
❖ 当把uX1与uG2频率不同的两个电压分别引至VT1和VT2的基极时， a点电位是一系列幅值一定而宽度与相角差有关的矩形波。如图 2-15所示。
YJ
sitDC
1 si
2 t
t
2 DC
si
i t
i i1 2 X
ωsi——计算点的滑差角速度
δi和δi-1——分别为本计算点和上一计算点的角度值
2 τx——两计算点间时间
tDC——中央处理单元发出合闸信号到断路器主触头闭合时需经时间
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准同期并列的基本原理
tDC=tQF+tc tQF为断路器的合闸时间 tc为出口继电器动作时间 由于两相邻计算点间的ωs变化甚微，△ ωsi一般可经若干计 算点后才计算一次，所以：
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❖ 二、准同期并列装置
▪ 1、并列装置的构成
频率差控制单元 电压差控制单元
▪ 见图2-8. 2、自动化程度一般分为 半自动
全自动
合闸信号控制单元
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准同期并列的基本原理
三、准同期并列合闸信号的控制逻辑
▪ 1、恒定越前相角准同期
提断前路量器信的号合取闸某时一间恒为定tQ相F 角。同期YJ装。置动作时间为 tC 。
G x
▪ 并列的现实情况分析 ▪ 原则
1. 发电机合闸时，冲击电流应尽可能小（小于允许值） 2. 发电机合闸后，应尽快拉入同步
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概述
▪ 发电机的并列方法
1. 准同期并列：严格按照发电机理想并列条件进行并列。 2. 自同期并列：
SE UE
QF
G ~
XX
UX
~
发电机事先未经励磁。将转子提到接近同步转速。
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自动并列装置的工作原理
❖ 2）全波线性整步电压 ❖ 其电路与逻辑见图2-17.
其由整形电路、相敏电 路、滤波电路和射极跟 随器输出组成。 ❖ 其全波线性整步电压如 右图。 ❖ 其比半波多了一倍矩形 脉冲，因而可适当减小 滤波器时间常数，使它 们的性能有所改善，一 般采用全波方案。
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第二节、准同期并列的基本原理
❖ 一、脉动电压分析
UG UX
US
S1
0
TS1
S2
t
TS 2
UG UX
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准同期并列的基本原理
脉动电压中包括信息如下：
▪ 1）电压幅值差。最佳为 U mG U mX 的值最小，二电压重合时判别。
▪ 2）频率差，显示出相角差随时间变化的规律。
如可编程定时/计数器的计时脉冲频率为 ，则交流电压的周期T：
T=N/fc
于是求得交流电压的频率为
f fC N
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准同期并列的基本原理
▪ （三）电压差检测 a、直接读入法：采用交流采样 A/D
b、直接比较法：例图2-25（b）
CPU
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准同步并列装置的构成
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要求 S 小于某一允许的值，相当于要求脉动电压周期 TS 大于某一给定
的值。 最佳是在 U G 与 U X 重合时合闸，即相角差为零时（相量重合）幅值差最 小，考虑动作时间，要提前。 3）根据相角差的变化规律，可求得合闸指令最佳发出时机。