电力系统自动化 Automation of Power System

1. 电力系统自动化Automation of Power System 杭州电子科技大学 自动化学院

2. 第1章 同步发电机的自动并列

3. 第一节 概述 =======基本知识点======= • 发电机模型 • 并列的基本概念 • 准同期并列

4. Xd IG UG Eq 等效电路 向量图 一、发电机模型

6. 二、并列的基本概念 1 概念 使uG与ux满足一定条件后合断路器，并联运行 2 目的：①负荷波动；②系统事故 3 原则：①冲击电流小；②暂态过程短 4 方法： • 准同期并列：If→合闸→暂态→同步 • 自同期并列：无If→UN→合闸→加If→暂态→同步

7. 准同期并列： • 过程： 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。 • 优点：是冲击电流小； • 不足：并列时间较长且操作复杂。

8. 自同期并列： • 过程： 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，在原动机转矩、同步力矩的作用下将发电机拉入同步，完成并列操作。 • 优点：并列时间短且操作简单 • 不足：从系统中吸收无功而造成系统电压下降，产生冲击电流。

9. 三、准同期并列 1 并列条件推导 （1） 基本条件

10. ω ω ω1 ω2 ω ω ω ω √ δ≠0 Um≠0 Δω≠0 （2）一般向量推广

11. （3）理想并列条件， • 幅值相等：UG=UX • 频率相等：ωG=ωX（ω=2πf） • 相角相等：δe=0（δG=δX）

12. 2 并列条件分析 （1）UG≠UX，fG=fX，δe=0 （2）UG=UX，fG≠fX，δe=0 （3）UG=UX，fG=fX，δe≠0

13. （1）UG≠UX，fG=fX，δe=0 当UG>Usys去磁，并列后立即带无功负荷；当UG<Usys助磁，并列后立即从系统吸收无功功率。如果ΔU很大，则Iim过大时，将会引起发电机定子绕组发热，或定子绕组端部在电动力的作用下受损。

14. （2）UG=UX，fG≠fX，δe=0 发电机在频差较大的情况下并入系统，立即带上较多正的（或负的）有功功率，对转子产生制动（或加速）的力矩，使发电机产生振动，严重时导致发电机失步，造成并列不成功。允许频率差范围为额定频率的0.2%~0.5%,0.1~0.25Hz

15. （3）UG=UX，fG=fX，δe≠0 如果δ很大，Iim很大，其有功分量电流在发电机轴上产生冲击力矩，严重时损坏发电机。同步并列操作允许的合闸相位差不应超过去5°。

16. 发电机准同步并列的实际条件： (1)待并发电机与系统电压幅值接近相等，电压差不应超过额定电压的5%~10%。 (2)在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于5°。 (3)待并发电机电压与系统电压的频率应接近相等，频率差不应超过额定频率的0.2%~0.5%。

17. 复习与思考 1. 并列的方法有哪两种？如何定义？各有何特点？ 2. 准同步并列的条件有哪些？如果不满足这些条件，会有什么后果？ 3. 为什么要在δ=0之前提前发合闸脉冲？ 4. 自动准同步装置的任务是什么？

18. 第二节 准同期并列的基本原理 =======基本知识点======= • 脉动电压 • 准同期并列条件 • 合闸条件的计算 • 准同期并列装置

19. 一、脉动电压 1 电网电压与发电机电压幅值相等的情形

20. 其中， uS的周期Tu≈2π/ωG，US的周期TS≈2π/ωS。

22. 2 电网电压与发电机电压幅值不等

23. US US UG+UX |UG+UX| TS TS UG=UX UG≠UX 3 对比分析

24. 二、利用压差检测准同期并列条件 从理论上讲，按上述条件可以实现准同期并列，考虑到工程实际，具体问题需要处理（ΔtC，ΔtQF），并且ωS与δe的计算不是独立的。

25. 自动装置 断路器 三、合闸条件的计算 1 越前时间tYJ tYJ =tC+ tQF

26. 2 允许滑差ωsy

27. 3 合闸条件计算过程 Step 1：计算Usmin，如果Usmin≤USy转Step 2；否则调整G来改变UG Step 2：ωsy的计算 Step 3：如果ωs≤ωsy继续Step 4；否则调整G来改变ωG，ωs=ωG-ωX Step 4：δe的计算： δe=tYJ•ωs Step5：δe≤δey合闸；否则调整G来改变ωG，从而δe

28. 四、准同期并列装置 1全自动准同期并列 （1）频差控制单元：调节发电机转速，从而改变频差； （2）压差控制单元：调节发电机励磁，从而改变压差； （3）合闸信号控制单元：选择合适合闸时间

29. 2 半自动准同期并列 （1）调压：手动 （2）调频：手动 （3）合闸：自动

30. 3 手动准同期并列 （1）调压：手动 （2）调频：手动 （3）合闸：手动

31. 第三节 自动准同期并列控制 =======基本知识点======= • 线性整步电压 • 检测原理及装置

32. 一、线性整步电压 1 形成电路 （1）整形电路：将正弦波转化为方波； （2）相敏电路：相等于与门，UG与UX同相时输出1，不同时输出0； （3）滤波电路：平滑Uy的波形；

33. δe =270 δe =180 UG与UX的对比分析 δe =0 UG UX δe =90

34. UX UG

35. 2 特点 （1）分段线性：[0,π]与[-π,0]； （2）与发电机电压和系统电压的幅值无关；

36. 3 解析式

37. UG UX 4波形

38. （1）uzb最大值EΔ对应δ=0°或360°，最小值对应δ=180°。所以线性整步电压包含了相角差信息量。（1）uzb最大值EΔ对应δ=0°或360°，最小值对应δ=180°。所以线性整步电压包含了相角差信息量。 （2）uzb波形和顶值电压与uG、usys的幅值无关，不包含压差信息量。 （3）uzb的斜率与fs成正比，包含了频差信息量。

39. 二、检测 1 恒定越前时间 （1）检测电路 （2）动作原理 输入Usl→中间输出UR2→输出tYJ，动作

40. （3）相关计算 ①UR2的计算（叠加原理）

41. ②tYJ的计算

42. 2 恒定越前相角（滑差ωs） （1）检测装置（类似时间装置） （2）检测原理 （3）tA的计算

43. 3 压差检测 对UG与UX进行比较 • 当|UG-UX|≤UsY发运行信号； • 否则调节励磁

44. 复习与思考 1.何谓整步电压？ 2.说明全波线性整步电压的特点 3.说明频差大小检查的方法及原理。

45. 第四节 数字式并列装置 =======基本知识点======= • 数字式并列装置主要特点 • 数字式并列装置的硬件电路 • 数字式并列装置的软件电路

46. 一、模拟式并列装置的不足

47. 二、数字式并列装置定义及主要特点 • 定义：借助于微处理器的高速处理信息能力，利用编制的程序，在硬件配合下实现发电机并列操作。 • 主要特点：由于利用微处理器具有高速运算功能和逻辑判断能力，使对机组的调节更加快速，更加精确，在频差满足要求后，随时

48. 三、数字式并列装置 （一）硬件电路 主机、输入、输出接口和输入、输出过程通道 1.主机 CPU和存贮器（RAM、ROM）一起称为主机。变量存放在RAM内，固定的参数和设定值确定理想导前相角，使合闸瞬间冲击电流

49. 以及编制的程序，则固化存放在ROM内。断路器合闸时间、频率差和电压差允许值、转差角加速度计算系数、频率和电压控制调节的脉冲宽度等，存放在EPROM中。以及编制的程序，则固化存放在ROM内。断路器合闸时间、频率差和电压差允许值、转差角加速度计算系数、频率和电压控制调节的脉冲宽度等，存放在EPROM中。 2.输入、输出接口电路 完成信息传递任务 3.输入、输出过程通道

50. A.输入通道 并列装置在现场工作输入信息有： 1）状态量输入。并列点两侧电压互感器二次侧交流电压信号中提取电压幅值、频率和相角差等三种信息， 2）并列点数字量。如tad ，ωs.set， 等， 3）工作状态及复位按钮。