电力系统自动化同步发电机的自动准同期并列PPT课课件.ppt

1、North China Electric Power University第二讲 同步发电机的自动准同期并列精品课件page22022-6-6第三章 同步发电机的自动准同期并列 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.精品课件page32022-6-6一、同步并列与准同期一、同步并列与准同期发电机投入电力系统参加并发电机投入电力系统参加并列运行的操作称为列运行的操作称为“并列操并列操作作”。同步发电机的并列操作称为同步发电机的并列操作称为“同期同期”。以近于同步运行。以近于同步运行条件进行的并列操作称为条件进行的并列操作称为“准

2、同期准同期”。发电厂将一台发电机组用发电厂将一台发电机组用准同期方式并入电厂母线。准同期方式并入电厂母线。将电力系统的两部分用准将电力系统的两部分用准同期的方式进行并列。同期的方式进行并列。并并列列操操作作精品课件page42022-6-6同步发电机并列需遵循的基本原则同步发电机并列需遵循的基本原则1、并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时、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最大值一般不超过1-2倍的额定电流。倍的额定电流。2、发电机并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，、发电机并入电网后，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。其暂态

3、过程要短，以减少对电力系统的扰动。精品课件page52022-6-6同步发电机的并列方法同步发电机的并列方法同同步步发发电电机机的的并并列列方方法法准准 同同 期期 并并 列列自自 同同 期期 并并 列列在电力系统正常运行的情况下，一般采在电力系统正常运行的情况下，一般采用准同期并列方法将发电机组投入运行。用准同期并列方法将发电机组投入运行。只有当电力系统发生故障时，为了迅速只有当电力系统发生故障时，为了迅速投入水轮发电机组，投入水轮发电机组，过去过去曾采用自同期曾采用自同期并列方法。并列方法。由于微机型数字式自动并列方法已经趋由于微机型数字式自动并列方法已经趋于成熟，于成熟，现在也用准同期并

4、列方法现在也用准同期并列方法投运投运水轮发电机组。水轮发电机组。精品课件page62022-6-6同步发电机并列的理想情况同步发电机并列的理想情况发电机端电压为发电机端电压为GU电网电压为电网电压为XU两者之间的相量差为两者之间的相量差为XGSUUU当电网参数一定时，当电网参数一定时，冲击电流就取决于合冲击电流就取决于合闸瞬间闸瞬间 的值的值SU最理想的情况就是最理想的情况就是 的值为零，此时，的值为零，此时，QF合闸冲击电流为零。合闸冲击电流为零。SU精品课件page72022-6-6同步发电机并列的理想条件同步发电机并列的理想条件发电机并列的理想条件发电机并列的理想条件 并列断路器两侧电源

5、电压的三个状态量全部相等。并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。XGXGff或或1、频率相等、频率相等XGUU2、电压幅值相等、电压幅值相等0e3、相角差为零、相角差为零此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运行，不会出现扰动现象。行，不会出现扰动现象。 实际上，待并发电机组调节系统实际上，待并发电机组调节系统很难实现理想条件很难实现理想条件；在实际；在实际的操作中也的操作中也没有这样的苛求没有这样的苛求。只要合闸冲击电流小，不危及电。只要合闸冲击电流小，不危及电气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致

6、气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致于引起任何不良后果即可。于引起任何不良后果即可。精品课件page82022-6-6实际并列条件之一实际并列条件之一电压幅值差电压幅值差XUGUhIXGff0eXGUU并列时的电气状态：并列时的电气状态：可以计算得到冲击电流最大瞬可以计算得到冲击电流最大瞬时值：时值：dSdXGhXUXUUi 55. 228 . 1max冲击电流主要为无功电流分量。冲击电流主要为无功电流分量。GUXU发电机电压、电网电压的有效值发电机电压、电网电压的有效值dX 发电机直轴次暂态电抗发电机直轴次暂态电抗精品课件page92022-6-6实际并列条件之一实际并列条

7、件之一电压幅值差电压幅值差冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在1-2倍的额定电流以下。倍的额定电流以下。为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不允许超过机端短路电流的允许超过机端短路电流的1/201/10。据此，得到。据此，得到同期并同期并列的一个条件：列的一个条件：电压差电压差 不能超过额定电压的

8、不能超过额定电压的5%10%.SU现在的一些大型发电机组规定现在的一些大型发电机组规定电压差不超过电压差不超过0.1%,以尽量避免无以尽量避免无功冲击电流功冲击电流精品课件page102022-6-6实际并列条件之二实际并列条件之二合闸相角差合闸相角差GUXUhISUe并列时的电气状态：并列时的电气状态：XGffXGUU0e计算得到冲击电流最大瞬时值：计算得到冲击电流最大瞬时值：2sin255. 2maxeqXhXUi qX XU电网电压的有效值电网电压的有效值发电机交轴次暂态电抗发电机交轴次暂态电抗冲击电流主要为有功电流分量。冲击电流主要为有功电流分量。精品课件page112022-6-6实

9、际并列条件之二实际并列条件之二合闸相角差合闸相角差在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全，于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全，一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。例如：一般规定，汽轮发电机组不允许因相角差产生的例如：一般规定，汽轮发电机组不允许因相角差产生的冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短路的冲击电冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短

10、路的冲击电流值的流值的1/10ddeqeXXX 1sin10sin10可以得到最大允许并列误差角：可以得到最大允许并列误差角：oeerad73. 51 . 0sinmax精品课件page122022-6-6实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差XUGUSUGXj2tX1tGe并列时的电气状态：并列时的电气状态：XGUU0eXGff断路器断路器QF两侧的电压差为脉动两侧的电压差为脉动电压：电压：21sinsintUtUuXmXGmGS021tUttUuXGSXGXGmGS2cos2cos2sin2脉动电压的幅值脉动电压的幅值精品课件page132022-6-6实际并列条件之三实际并列条件之

11、三频率差频率差Su 是幅值为是幅值为 ,频率接频率接近工频的交流电压波形。近工频的交流电压波形。SU2sin22sin22sin22sin2emXemGSmGXGmGSUUtUtUUXGSSSf22ST脉动电压周期脉动电压周期 、滑差频率、滑差频率 、滑差角频率、滑差角频率 都可以都可以用于表示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频用于表示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频率之间的相差程度。率之间的相差程度。SSfST精品课件page142022-6-6实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸时间有关。此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸

12、时间有关。若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在QF两侧电压相两侧电压相量重合时合闸，冲击电流为零。量重合时合闸，冲击电流为零。若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，也需要发电机经历一段时间的加速或者减速过程，才能也需要发电机经历一段时间的加速或者减速过程，才能实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时甚至会导致失步。甚至会导致失步。我国在发电厂进行人

13、工手动并列操作时，一般限制滑差我国在发电厂进行人工手动并列操作时，一般限制滑差周期在周期在10S16S之间。之间。精品课件page152022-6-6同步发电机并列的同步过程分析同步发电机并列的同步过程分析发电机发出发电机发出功率功率发电机吸收发电机吸收功率功率精品课件page162022-6-6自同期并列自同期并列自周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，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，首先合上并在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上

14、并列断路器列断路器QF,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电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。并列发电机拉入同步状态。优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。 在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网，用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网，因此，曾作为系统事故的重要措施之一。因此，曾作为系统事故的重要措施之一。精品课件pag

15、e172022-6-6自同期并列的缺点自同期并列的缺点1、自同期并列方式、自同期并列方式不能用于两个系统间的操作不能用于两个系统间的操作。2、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次暂态电抗形成短路，因而暂态电抗形成短路，因而不可避免出现较大的冲击电流不可避免出现较大的冲击电流。3、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工作产生影响，自同期并列方法也受到限制。作产生影响，自同期并列方法也受到限制。自同

16、期并列方法现在已经很少采用。自同期并列方法现在已经很少采用。精品课件page182022-6-6二、准同期并列的基本原理二、准同期并列的基本原理并列断路器并列断路器QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程，及进入同步运行的暂态过程，取决于合闸时的脉动电取决于合闸时的脉动电压和滑差角频率。压和滑差角频率。准同期并列准同期并列主要对脉动电压和滑差角频率进行检测和主要对脉动电压和滑差角频率进行检测和控制控制，并且选择合适的时间发出合闸信号，使得合闸，并且选择合适的时间发出合闸信号，使得合闸瞬间的脉动电压在于允许值之内。瞬间的脉动电压在于允许值之

17、内。检测的信息主要取自并列断路器检测的信息主要取自并列断路器QF两侧的电压，而两侧的电压，而且主要是对脉动电压且主要是对脉动电压 进行检测并提取信息。进行检测并提取信息。SU精品课件page192022-6-61 1 脉动电压脉动电压 QF两侧电压相量幅值相等两侧电压相量幅值相等XUGUSUGXj2tX1tGe（1）QF两侧电压相量幅值相等两侧电压相量幅值相等tUuXGSS2cos2sin22sin2tUtUUSmXSmGS可以得到脉动电压：可以得到脉动电压：S1S2ST1ST2SUt精品课件page202022-6-61 1 脉动电压脉动电压QF两侧电压相量幅值不相等两侧电压相量幅值不相等（

18、2）QF两侧电压相量幅值不相等两侧电压相量幅值不相等tUUUUUSmGmXmXmGScos222应用三角函数可以得到脉动电压：应用三角函数可以得到脉动电压：S1S2ST1ST2SUtmXmGUUmXmGUU0tSmXmGSUUUtSmXmGSUUU精品课件page212022-6-61 1 脉动电压脉动电压利用脉动电压检测准同期并列条件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）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）电压幅值差（随时间变化的规律） 频率差

19、（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）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。的信息和选择合适的合闸信号发出时间。精品课件page222022-6-62 2 脉动电压脉动电压并列检测电压幅值差并列检测电压幅值差1、并列检测条件之一、并列检测条件之一电压幅值差：电压幅值差：电压幅值差电压幅值差 对应于脉动电压对应于脉动电压 波形的最小幅波形的最小幅值值mXmGUUSUmXmGSUUUmin通过对通过对 的测量就可以判断的测量就可以判断QF两端电压

20、幅值差是否两端电压幅值差是否超出允许值。超出允许值。minSU为了限制并网合闸时的冲击电流，设定电压幅值差限制，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。作为并列条件之一。精品课件page232022-6-62 2 脉动电压脉动电压并列检测频率差并列检测频率差 与与 之间的频率差就是脉动电压之间的频率差就是脉动电压 的频率的频率 ，他与滑差角频率他与滑差角频率 存在关系：存在关系：GUXUSUSfSSSf2 反映了频率差反映了频率差 的大小，要求的大小，要求 小于允许值，就小于允许值，就相当于要求脉动电压周期相当于要求脉动电压周期 大于一个给定值。大于一个给定值。SS

21、fSST例如：设滑差角频率例如：设滑差角频率NSy%2 . 0HzfN50SradfNSy/2 . 010022 . 0 STSyS102 测量测量 的值可以检测出发电机组与电网之间滑差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。角频率的大小，即频率差的大小。ST精品课件page242022-6-62 2 脉动电压脉动电压并列检测合闸相角差并列检测合闸相角差最理想的合闸瞬间是在最理想的合闸瞬间是在 与与 两相量重合的瞬间。两相量重合的瞬间。GUXU 考虑到断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有考虑到断路器操动机构和合闸回路控制电器的固有时间，必须在两电压相量重合之前发出合

22、闸信号，即需时间，必须在两电压相量重合之前发出合闸信号，即需要有一个提前量，这一段时间称为要有一个提前量，这一段时间称为“越前时间越前时间”提提前前量量恒定越前相角恒定越前相角恒定越前时间恒定越前时间在两相量重合之前恒定角度在两相量重合之前恒定角度 发出合闸信号发出合闸信号在两相量重合之前恒定时间在两相量重合之前恒定时间 发出合闸信号发出合闸信号广泛应用广泛应用YJYJt合闸回路具有合闸回路具有固定动作时间固定动作时间精品课件page252022-6-62 恒定越前时间准同期并列恒定越前时间准同期并列电压差允许频率差允许提前量信号与门提前量信号形成合闸信号S1S2SUtS3tYJtYJtYJ在

23、理论上，按照恒定越在理论上，按照恒定越前时间进行并列合闸，前时间进行并列合闸，可以使合闸相角差为零可以使合闸相角差为零 由于装置的越前信号时间、出口继电器动作时间、由于装置的越前信号时间、出口继电器动作时间、断路器的合闸时间都存在分散性，故而并列时会有合闸断路器的合闸时间都存在分散性，故而并列时会有合闸相角误差。相角误差。精品课件page262022-6-63 恒定越前时间并列装置的整定计算恒定越前时间并列装置的整定计算1、越前时间：、越前时间：2、允许电压差：、允许电压差：3、允许滑差角频率：、允许滑差角频率：QFcYJtttNXGUUU15. 01 . 0QFceysyttqXqhmeyE

24、XXi 28 . 12arcsin2hhmIi 28 . 12sin2eXqqhXXEI 精品课件page272022-6-6三、自动并列装置的工作原理三、自动并列装置的工作原理G频率差频率差测控单元测控单元电压差电压差测控单元测控单元合闸信号合闸信号控制单元控制单元电源电源并列断路器并列断路器来自厂用电来自厂用电增速增速 减速减速升压升压 降压降压合闸合闸TVTVTVTVa aa ab bb bc cXUGU精品课件page282022-6-6 并列的检测信号并列的检测信号 频率差频率差相角差的运动轨迹中含有滑差角频率的信息相角差的运动轨迹中含有滑差角频率的信息XiiiSit21频率差检测可

25、以直接测量两个并列电压频率频率差检测可以直接测量两个并列电压频率频频率率差差检检测测Nffc精品课件page292022-6-6 并列的检测信号并列的检测信号 电压差电压差电电压压差差检检测测直接通过计算机直接通过计算机接口读入两个电接口读入两个电压值后进行计算压值后进行计算通过电路比较两通过电路比较两个电压值的大小个电压值的大小后读入计算机后读入计算机精品课件page302022-6-6 频率差频率差/电压差调整电压差调整频率差调节频率差调节的任务：的任务： 将待并发电机频率调整到接近于电网频率，使频率将待并发电机频率调整到接近于电网频率，使频率差满足并列允许条件，促成并列的实现。差满足并列

26、允许条件，促成并列的实现。频频率率差差调调节节频率差测量频率差测量调节量控制调节量控制XGffXGff升速升速减速减速发电机转速以比例调节准则进行调整，发电机转速以比例调节准则进行调整，输出的调节脉冲时间与频率差成比例输出的调节脉冲时间与频率差成比例精品课件page312022-6-6 频率差频率差/电压差调整电压差调整电压差调节电压差调节的任务：的任务： 将待并发电机电压值自动调整到接近于电网电压，将待并发电机电压值自动调整到接近于电网电压，使电压差满足并列允许条件，促成并列的实现。使电压差满足并列允许条件，促成并列的实现。电电压压差差调调节节电压差测量电压差测量调节量控制调节量控制setU

27、UsetUU不调节不调节调节调节精品课件page322022-6-6四、微机型并列装置四、微机型并列装置 数字型自动并列装置可以进行数字型自动并列装置可以进行电压差、相角差和滑电压差、相角差和滑差角频率的准瞬时值计算差角频率的准瞬时值计算，在计算相角差时可以方便，在计算相角差时可以方便的的计及具有加速度计及具有加速度的情况。具有模拟式并列装置无法的情况。具有模拟式并列装置无法比拟的优点。比拟的优点。 数字型自动装置由硬件和软件组成，两者协调配合来数字型自动装置由硬件和软件组成，两者协调配合来完成同步发电机的并列控任务。完成同步发电机的并列控任务。精品课件page332022-6-6四、微机型并

28、列装置四、微机型并列装置微机数字自动准同期装置硬件原理微机数字自动准同期装置硬件原理精品课件page342022-6-6四、微机型并列装置四、微机型并列装置并列条件检测、合闸控制程序原理框图并列条件检测、合闸控制程序原理框图精品课件page352022-6-6五、电网间准同期并列五、电网间准同期并列电网的准同期并列主要特点电网的准同期并列主要特点（1 1）既存在差频并网，又存在同频并网；）既存在差频并网，又存在同频并网；（2 2）同期点设在变电站，不能就地调控频率；）同期点设在变电站，不能就地调控频率；（3 3）随着电网运行方式的变化，同期点的性质）随着电网运行方式的变化，同期点的性质( (差

29、频并网或者差频并网或者同频并网同频并网) )在变化。在变化。电网间同期并列应遵循的基本原则电网间同期并列应遵循的基本原则（1 1） 并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，各电网中的并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，各电网中的发电机组的冲击电流不应超过规定的允许值。发电机组的冲击电流不应超过规定的允许值。（2 2） 两电网并列后，各电网中的发电机组应能迅速进入同步两电网并列后，各电网中的发电机组应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。运行状态，其暂态过程要短，以减小对电力系统的扰动。精品课件page362022-6-6五、电网间准同期并列五、电网间准同期并列电网的同

30、频准同期并列电网的同频准同期并列（1 1）断路器两侧的电压幅值相近，差值在给定容许值内）断路器两侧的电压幅值相近，差值在给定容许值内（2 2）断路器两侧的电压相位差断路器两侧的电压相位差在给定值内在给定值内精品课件page372022-6-6小结小结1、同步并列和准同期的基本概念、同步并列和准同期的基本概念2、同步发电机并列的基本原则、同步发电机并列的基本原则3、准同期并列理想条件、准同期并列理想条件4、同步发电机并列时状态量偏离理想条件三种情况下、同步发电机并列时状态量偏离理想条件三种情况下的后果的后果5、自同期并列、自同期并列6、脉动电压、滑差电压、脉动电压、滑差电压7、并列装置的控制逻辑及构成、并列装置的控制逻辑及构成8、电网间准同期并列、电网间准同期并列