同步发电机自动准同期并列装置综述
同步发电机自动并列装置
相角差允许值
设f G=f s , UG ＝ US＝U ，δ≠0°
Ich
U
/
jX d
(2U
/
X d) sin
2
计及非周期分量，冲击电流最大瞬时值为
Ich (
2
1.8
2U
/
Xd)
sin
2
相角差δ （0～180）越大，冲击电流越大； δ＝ 180°时，出现最大值。为了保证发电机的安 全，应在δ接近0°合闸。通常允许的合闸相角 差不超过10 °，200MW及以上发电机不超过 2°～ 4°。
i ch
U G
U s
Ich (UG US ) / jXd U / jXd
产生的冲击电流为 Ich (UG US ) / jXd U / jXd 电压差允许值
设f G=f s ,δ=0，UG ≠ US且UG > US 冲击电流周期分量有效值为Ich＝△U/Xd″ 与△U成正比。一般冲击电流不允许超过机端短
引起较大的冲击电流。 参数保护导致误差大，影响系统运行的可靠性
微机型：
高速运算和逻辑判断能力，可以每周（0.02s)计算一次； 可以采用较为精确的计算公式，考虑δ加速运动； 并列速度快，装置技术性能好。 实现自检功能，提高装置的可靠性。
微机自动准同步装置同步条件的检测原理
频差、相角差鉴别电路
鉴别频差是否符合准同步并列条件，并作为发 电机调速的依据；
计算理想导前合闸角，不断搜索相角差等于合 闸角的时机，发出合闸命令，使待并发电机正 好在δ ＝0°时并入系统。
电力系统自动化第2讲 同步发电机的自动准同期并列
North China Electric Power University
第三章 同步发电机的自动准同期并列
2023/10/16
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.
North China Electric Power University page2
检测的信息主要取自并列断路器QF两侧的电压，而
且主要是对脉动电压
U
进行检测并提取信息。
S
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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
可以得到脉动电压：
Sy
0.2 2 f N
100
0.2 rad / S
TS
2 Sy
10S
测量 TS 的值可以检测出发电机组与电网之间滑差
角频率的大小，即频率差的大小。
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2 脉动电压—并列检测合闸相角差
同步发电机并列的同步过程分析
发电机发出 功率
发电机吸收 功率
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自同期并列
自周期并列就是将一台未加励磁电流的发电机组升速
到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，而且， 在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并 列断路器QF,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电 流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将 并列发电机拉入同步状态。
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。
同步发电机自动并列装置
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•计及非周期分量，冲击电流最大瞬时值为
相角差δ （0～180）越大，冲击电流越大； δ＝ 180°时，出现最大值。为了保证发电机的安 全，应在δ接近0°合闸。通常允许的合闸相角 差不超过10 °，200MW及以上发电机不超过 2°～ 4°。
频率允许差 设UG ＝ US＝U ， f G ≠ f s , 以 作参考向量，则
ωd变化很小）
比较| 2π－δi －δl e | ≤ ε是否成立，若成立，则给出合闸 信号。
若| 2π－δi －δl e | > ε且2π－δi >δl e ,则继续进行下一点运 算，直到满足条件为止。
0
微机自动准同步装置的构成
1
单片机系统
包括微处理器c p u、EPROM、 E2PROM、RAM 、定时器及输入输出接口（可编程并行接口）。 整定值存放在E2PROM中。 C p u 执行EPROM 中的程序，对数据采集系统输入至RAM的原始数 据分析处理，完成各种保护功能。
合闸脉冲命令的发出 发电机电压和频率与系统接近相等时，尽量使并列合
7
闸时（即断路器主触头闭合瞬间）相角差为0。 由于从合闸脉冲发出，到断路器主触头闭合，要 经历一段时间，所以要求提前发出合闸脉冲，这 一提前的时间叫“导前时间’，用δl e表示，应为发 出合闸脉冲到断路器主触头闭合时中间所有元件 的动作之和。为使δl e不随压差、频差变化，为固 定数值，也就是说“恒定导前时间’。
4
产生的冲击电流为 电压差允许值 设f G=f s ,δ=0，UG ≠ US且UG > US 冲击电流周期分量有效值为Ich＝△U/Xd″ 与△U成正比。一般冲击电流不允许超过机端短 路电流的1/10~1/20，因此，并列时要求电压差 值不超过（5～10）％额定电压。 相角差允许值 设f G=f s , UG ＝ US＝U ，δ≠0°
发电机自动准同期装置并列参数分析
发电机自动准同期装置并列参数分析摘要：本文首先对同步发电机的并列运行相关内容进行基本阐述，然后分析发电机自动准同期装置并列相关参数，旨在促进我国电力企业发展提供参考和借鉴。
关键词：发电机；自动准同期装置；并列参数；分析研究1引言发电机在对用电设备进行电能输送时，需要借助电力系统。
同期并列技术就是将发电机与电力系统进行并列操作，帮助减少发电机并网过程中出现故障的概率。
随着我国经济社会和科学技术的不断发展，电力企业电网规模也不断扩大，发电机和数量和性能也在不断提高。
因此，加强对发电机自动准同期装置并列技术和相关参数进行不断研究和分析变得更加重要。
2 同步发电机并列运行同步发电机并列运行是指电力企业的同步发电机和电力系统根据一定的条件和规则并列运行。
这种运行情况能够帮助增大供电系统的稳定性，提高供电效果和质量，并使电力负荷的分配更加合理，从而综合性的提高企业的电力运行经济效益。
具体的并列运行发电机如下图1所示：根据运行的不同需要，并列操作是同步发电机的运行操作和电力系统解列这个两部分的共同并列运行操作，也叫同期操作。
图1.电力系统中并列运行的发电机2.1并列操作的要求和条件为了使得同步发电机的运行效果更加优异，减少故障的发生，发电机在投入的瞬间冲击电流需要根据实际情况达到最小，保证其最大数值在额定电流的2倍以下。
同时，在发电机进行并列运行时，需要控制波动效果在最小范围内，保证运行状态的稳定性。
3 相关自动准同期装置参数分析3.1基本原理影响自动准同期运行的因素有许多，其中频率差因素和相角差因素是一对相互影响且相对矛盾的因素。
当两个系统中的原有相位差为Δa≠0时，若需要满足频率要素相等，则Δa恒定，且不可能Δa=0。
当Δf =fg－fS≠0时, 即存在频率差时，Δa才会出现等于0的机会。
根据运行实际情况，与相位差相比，电压差和频率差对于整体电力运行系统和电力设备的影响更加微小，并且其电压和频率能够通过调整和控制较为简单的满足运行要求。
发电机同期并列装置
随频差、压差改变，是一个固定的值，称之为恒定导前时间。
五、自动准同期装置
（二）自动准同期装置的构成及功能 自动准同期装置利用脉动电压波形，完成发电机并列前的自动调压、
自动调频和在满足并列条件的前提下，于发电机电压和系统电压相位重合 前的一个恒定导前时间发出合闸脉冲。
五、自动准同期装置
调压部分：比较待并发电机电压和系统电压的高低，自动发出降压或 升压脉冲，作用于发电机励磁调节器，使发电机电压趋近于系统电压，且 当电压差小于规定数值时，解除电压差闭锁，允许发出合闸脉冲。
电源部分：将系统电压和发电机电压变成装置所需要的相应电压外， 还为逻辑回路提供直流电源。 （三）同期对象及同期PT
图10 同期PT信号接入
六、发电机同期系统试验
（一）同期操作前对发电机的控制 1、电压控制
由于机组电压高于系统电压时，发电机发出无功，所以，在 并网前，最好能够保证机组的电压能稍高于系统电压，避免无功 反送。 2、转速控制
为了防止发电机在并网的瞬间，有功功率倒送，所以要在并 网前，保证发电机的转速稍微高于3000转。
2、自同期并列
◆ 自同期并列的方法
自同期并列原理图如图2所示。
图2 自同期并列原理图
开机前将DL和灭磁开关KMC断开, KMC的常闭辅助接点KMC ´将 发电机转子绕组通过自同期电阻RZ短路。开启机组,将机组驱动 到接近额定转速(转速差一般控制在额定转速的5％以下)时自动
闭合DL,由DL的辅助接点联动将KMC闭合、KMC ´断开,给发电机转 子绕组加励磁电流。
❃ 四大组成部分：合闸、调频、调压、电源 合闸部分：在频率差和电压差均满足准同期并列条件的前提下，于发 电机电压和系统电压相位重合前的一个恒定导前时间发出合闸脉冲。上述 条件不满足时，则闭锁合闸脉冲回路。 调频部分：判断发电机频率是高于还是低于系统频率，从而自动发出 减速或增速调频脉冲，使发电机频率趋近于系统频率。
同期的原理、准同期并列和自动准同期装置
同期的原理、准同期并列和自动准同期装置
电力系统运行过程中常需把系统的联络线或联络变压器与电力系统进行并列，这种将小系统通过断路器等开关设备并入大系统的和称为同期操作。
同期即开关设备两侧电压幅值大小相等、频率相等、相位相同。
通过调节幅值、频率、相位使设备并网：
1、通过调节发电机的励磁可以调节频率和相位。
2、通过调节发电机的转速可以调节电压幅值。
同期装置的作用是用来判断断路器两侧是否达到同期条件，从而决定能否执行并网的专用装置。
分为准同期装置和自动准同期装置。
准同期装置指待并发电机调整电压幅值、频率、相位与电网一致后操作断路器合闸使发电机并入电网。
自动准同期装置指将发电机升至额定转速后(即电压幅值大小相等)，在未加励磁的情况下合闸，将发电机并入系统，随即供给励磁电流，由系统将发电机拉入同步。
原理如下：
准同期并列和自动准同期并列优缺点。
准同期并列优点：能使待并发电机和系统都不受或仅受微小的冲击。
准同期并列缺点：因需调整并发电机的电压和频率，使之与系统电压、频率接近，一般操作时间较自同期并列时间长（需几分钟到十几分钟），不利于系统发生事故出现频率缺额时及时投入备用容量。
自动准同期并列优点：操作简单、并列迅速、易于实现自动化。
自动准同期并列缺点：冲击电流大，对系统扰动大，不仅会引起系统频率振荡，且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降。
自动准同期并列只能在电力系统事故、频率降低时使用。
适用标准和相应的设计规范有哪些？
《DL 400-91 继电保护和安全自动装置技术规程》 3.6
《电力工程电气设计手册(电气二次部分) 》第二十二章Page 419-462。
同步发电机的自动准同期
§1.3 恒定越前时间并列装置
（3）步进电动机
是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
原理：当步进电机接收到一个脉冲 信号，就驱动其按设定的方向转动 一个固定的角度（即步进角）。 脉冲个数——角位移量，达到准确定位的目的； 脉冲频率——速度、加速度，进行调速。
§1.3 恒定越前时间并列装置
2. 电压差调整 •任务：在并列操作过程中自动调节待并发电机的 电压值，使电压差条件符合并列的要求。 （1） U G U X ，发升压脉冲； （2） U G U X ，发降压脉冲；
1 0 0 0
1
0 1 0 0
0
0 0 1 1
X
X X 0 1
0
0 0 0 1
§1.3 恒定越前时间并列装置
判别区：
2 YJ
§1.3 恒定越前时间并列装置
五、最佳恒定越前时间
一个滑差周期内，假设Ws保持稳定，但实际并不一定， 还应 考虑相角差加速度dWs/ dt。 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。
•所以： 可以利用脉动电压检测准同期并列的条件。
§1.2 准同期并列的基本原理
§1.2 准同期并列的基本原理
•表明： 合闸时间即使掌握的非常理想，并列点两侧有电压幅 值差存在时仍会导致冲击电流（正比）。
•结论： 必须限制电压差幅值，作为并列条件之一。
§1.2 准同期并列的基本原理
§1.2 准同期并列的基本原理
§1.3 恒定越前时间并列装置
一、线性整步电压 合闸信号何时发出? 如何实现？
前已述：脉动电压可为自动并列装置检测和控制提供所需信息。 •整步电压——自动并列装置检测并列条件的电压。
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同步发电机自动准同期并列综述
任治坪新疆大学电气工程学院，（新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐 830008） 830008）
本文介绍的是同步发电机的自动准同期并列基本原理，其中包含了同期并列的基本条件，模拟式自动准同期装置的原理，微机型自动准同期装置的原理等内容。
关键字：同期并列整步电压恒定越前时间周期法解析法 DFT 类算法
0、引言
随着工业社会的不断发展电力行业显得越来越重要，而同期并列是电力系统中经常进行的一项十分重要的操作。
不恰当的并列会对发电机和系统产生巨大的冲击损坏电气设备影响电力系统的稳定性造成成本升高甚至造成人员伤亡。
本文即针对发电机同期并列的原理及过程进行了阐述。
1、准同期装置的发展
电力系统中的同期并列方式主要有自同期并列和准同期并列两种，其中自同期并列主要用于水轮发电机组，作为处理系统事故的重要措施之一。
但是由于自同期的使用不可避免地会出现较大的冲击电流并伴随母线电的下降，因此所使用的场合不多，相反应用最广泛的是准同期并列，我国是世界上微机准同期装置最早研制的国家之一， 1982年在安徽陈村水电站成功投入了第一台微机同期装置。
八十年代中期又陆续推出了一些类似装置。
目前国内有许多科研、制造单位都在进行微机自动准同步装置的研制。
准同期装置的发展经历了如下三代产品：第一代，在二十世纪六十年代以前，我国大多采用“旋转灯光法”进行准同期并列操作14。
这是最原始的准同期方法。
后来改用指针式电磁绕组的整步表构成的手动准同期装置。
这种方法仍然应用在常规的设计中。
第二代准同期装置是以许继的zz03和ZZQS为代表的模拟式自动准同期装置。
它用分立晶体管元件搭建硬件电路，对同期条件进行检测和处理。
ZZQ3和ZZQS自动准同期装置的出现，极大的提高了并网速度和可靠性，但由于模拟式同期装置用模拟电子元件拟合，必然带来诸如导前时间不稳定、
阻容电路作为微分电路的条件约束、构成装置元器件参数漂移不稳定等问题。
模拟式的同期装置合闸准确度比较低，它无法指示装置的运行状态，不能进行故障自检等，现在已经基本被淘汰。
第三代准同期装置是微机式自动准同期装置，微处理器的诞生对自动准同期装置技术指标的提升产生了质的飞跃，深圳市智能设备开发有限公司研制的SID·2系列多功能微机自动准同期装置比较具有代表性。
它是我国最早从事微机准同期控制器研究、开发、生产的企业之一，相继推出了QSA 型、SID．I型、SID．2型、SID-2V系列发电机用微机准同期控制器及SID．2T系列线路用微机准同期控制器，具有高精度、高可靠性、人机界面友好、操作方便、接线简单等特点。
在提高并网速度和可靠性的同时，大大提高了合闸准确度。
2、准同期并列的条件
发电机准同期并列时的电压向量图如图 1.1所示。
发电机组在未投入系统运行之前，它的电压U。
与系统电压U的状态量往往不等，须对待并发电机组进行适当的操作，使之符合并列条件后才允许断路器合闸作并网运行。
发电机并网的同期条件保证了发电机投入到电网运行时，冲击电流比较小，减小系统对发电机组的冲击;迅速进入同步运行状态，减小对电力系统的扰动。
图1.1
发电机组同期并列的理想条件是: (1) 并列断路器两侧电源电压的电压幅值相等; (2) 并列断路器两侧电源电压的频率相等: (3) 在并网合闸的瞬间，并列断路器两侧电源电压的相角差为零。
此时，并列合闸的冲击电流为零，而且并列后发电机组与电网立即进入同步运行，不会发生任何扰动现象。
但实际并列操作时三个条件很难同时满足，而且这样势必延长并网时间，造成大量的空转能耗。
其实在实际操作中也没有这样苛刻的必要。
因为并列合闸时只要冲击电流较小，不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步运行，对待并发电机和电网运行的影响较小，不致引起任何不良后果。
因此，在实际并列操作中，并列
的实际条件允许有一定的偏差。
我们称之为准同期条件。
发电机实际并网时的准同期条件是: (1) 并列断路器两侧电源电压的电压差必须在允许的范围内; (2) 并列断路器两侧电源电压的频率差必须在允许的范围内; (3)在并网合闸的瞬间，并列断路器两侧电源电压的相角差在允许的范围内。
以上三条分别是准同期并列的电压条件、频率条件和相位条件。
发电机并网的准同期条件要求待并发电机合闸开关的主触头在相位差为零的瞬间闭合，也就是在脉动电压包络线的过零点闭合。
在此情况下，发电机可以平滑地并入电网，而不会有任何冲击。
3、发电机自动准同期并列装置
3.1 同期并列基本原理
自动准同期装置一般由电源部分合闸部分均频部分和均压部分组成,如图2.1 所示。
图 3.1自动准同期的基本构成
系统电压和发电机电压分别经过电压互感器降压后送入自动准同期装置自动同期装置由均频控制单元均压控制单元和合闸控制单元三部分组成均频控制单元自动检测发电机电压与系统电压频率差的方向发出增速或减速信号送到机组调速器的频率给定环节自动调节发电机电压的频率使频率差减小均压控制单元自动检测发电机电压与系统电压的幅值差的方向发出升压或降压信号送到发电机励磁调节器的电压给定环节自动地调节发电机电压的幅值使幅值差减小合闸控制单元自动检测发电机电压与系统电压之间的频率差和幅值差在频率差和幅值差均小于整定值时在相角差σ=0 前一个发电机断路器的合闸时间(恒定越前时间)发出合闸信号送到发电机断路器的控制回路使断路器合闸。
3.2 模拟式自动准同期装置的原理
在微处理器问世之前自动准同期装置多由分立元件或少量集成块构成
的模拟电路来实现现在电力系统中运行的模拟式自动准同期装置大都
利用线性整步电压通过线性整步电压来获得恒定越前时间而且线性整步电压使频率差的检测也不受电压幅值的影响可以提高并列装置的控制性能线性整步电压形成电路一般由降压变压器整形电路相敏电路和滤波电路组成整步电压zb U 和时间t 成线性关系其值只与发电机电压和系统电压的相角差有关而与它们的幅值无关若并列时系统电压
瞬时值为 (3.1) 发电机侧瞬时值为 (3.2) 图 3.2 是发电机电压和系统电压矢量图在滑差存在的情况下系统电压与发电机电压之间的相角差d 不为常数而是时间t 的函数即 (3.3)
图 3.2 电压矢量图 Wg 、W s ---发电机和系统角频率θs ---系统电压初相角随着t的变化δ从0 到2π 做周期性变化。
线性整步电压是指其幅值在一周期内与角差δ 分段按比例变化的电压。
在模拟式自动准同期装置中采用的线性整步电压，一般呈三角形波形，如图3.3。
图3.3(a)表示相角差由0 ~ 2π变化时，线性整k δ，其中k 为比例常数，线性整步电压的大小随δ 的增加而增大； 步电压的波形，其特点如下：当δ在0 ~π区间时，线性整步电压u与相角差δ 成正比，即u= 当δ=0 时，线性整步电压有最小值，其值为零；当δ=π 时，线性整步电压有最大值，其值为kπ，是常数。
当δ在π~ 2 π区间时，线性整步电压仍与相角差δ成2π时，又达到最小值u= 0。
因
此，线性整步电压幅值的 正比，即u=k（2π-δ），此时线性整步电压的大小随δ的增加而成比例地减少，到δ=。