第一章 同步发电机的自动准同期

第一章

同步发电机的自动准同期第一节概述=======基本知识点=======并列的基本概念准同期并列和自同期并列自动准同期装置的功能一、并列操作的基本概念电力系统运行中，任一母线电压瞬时值可表示为式中:

——电压幅值

ω——电压的角速度

Φ——初相角§1.1概述并列操作

如图所示，一台发电机组在投入系统之前，它的电压与并列母线电压的状态往往不等，须对待并发电机组进行适当的调整，使之符合并列条件后才允许断路器合闸作并网运行。

这一系列操作称为并列操作。检测调整并网§1.1概述同步发电机组并列时遵循的原则：并列操作的重要性:(1)操作频繁(2)不恰当操作后果严重（大型机组）§1.1概述并列方法分类:(1)准同期并列：（一般采用）If→合闸→暂态→同步过程：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。(2)自同期并列：无If→UN→合闸→加If→暂态→同步过程：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。§1.1概述§1.1概述§1.1概述分析机组并列时偏离理想条件所引起的后果§1.1概述冲击电流概念：在短路后约半个周波（0.01秒）时将出现短路电流的最大瞬时值，称为冲击电流。计算公式：，KM-冲击系数，发电机端取1.8；—冲击电流有效值

，Ih.max-冲击电流最大值。物理意义：它会产生很大的电动力（在电气设备中产生的电动力与其平方成正比），其大小可用来校验电工设备在发生短路时机械应力的动稳定性。§1.1概述+XX+XXXX—电力系统等值电抗<(1~2)Ie§1.1概述冲击电动力对发电机定子绕组端部机械产生危害！§1.1概述+XX—发电机交轴次暂态电动势此时发电机为空载情况§1.1概述冲击电动力使机组联轴受到突然冲击！§1.1概述（三）频率不相等并列合闸时：电压幅值相等；频率不相等滑差越大，并列时冲击就越大，严格限值：操作手册一般取10～16s.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%。三、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2半自动准同期并列（1）调压：手动（2）调频：手动（3）合闸：自动3手动准同期并列（1）调压：手动（2）调频：手动（3）合闸：手动第二节准同期并列的基本原理=======基本知识点=======脉动电压自动准同期装置组成准同期并列合闸信号的控制一.脉动电压UG=UX§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理可见：

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、频率差、相角差随时间变换的规律。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缺点：假设一个滑差周期内，Ws保持稳定，结论：

测量

Ts的值可以检测待并发电机组与电网间的滑差角频率ws的大小，即频率差的大小。但实际并不一定，还应考虑相角差加速度dWs/dt。§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理调速器励磁控制器是否有必要？是否改成三个单元信息线？§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理可整定2、允许电压差US=(0.1~0.15)UN§1.2准同期并列的基本原理3、允许滑差角频率越前相角值随ws变化§1.2准同期并列的基本原理理论上可以实现合闸相角差为零§1.2准同期并列的基本原理（2－17）§1.2准同期并列的基本原理§1.2准同期并列的基本原理考虑并列时电压可能超过额定电压的5％§1.2准同期并列的基本原理第三节恒定越前时间装置=======基本知识点=======线性整步电压信号的实时检测频率差和电压差的调整合闸信号控制逻辑最佳恒定越前时间§1.3恒定越前时间并列装置一、线性整步电压前已述：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。合闸信号何时发出?如何实现？§1.3恒定越前时间并列装置1.正弦型整步电压——电压差uS的正弦型包络线。

若：

若：KZ——整流系数tYJwSUS§1.3恒定越前时间并列装置特点：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。§1.3恒定越前时间并列装置2.2.线性整步电压§1.3恒定越前时间并列装置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。2.线性整步电压§1.3恒定越前时间并列装置全波线性整步电压整形电路：形成方波相敏电路滤波电路§1.3恒定越前时间并列装置线性整步电压如何形成？§1.3恒定越前时间并列装置整形电路相敏电路电压变换低通滤波器射级跟随器§1.3恒定越前时间并列装置§1.3恒定越前时间并列装置二、信号的实时检测模拟方案：电压信号的变换、比较等电路实现数字方案：CPU采样、脉冲计数、计算分析（*）§1.3恒定越前时间并列装置1.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Ws保持稳定，但实际并不一定，还应考虑相角差加速度dWs/dt。解决办法：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。§1.3恒定越前时间并列装置（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。（1）取消滤波，整流后直接读取脉冲宽度；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。

利用微机实现相角差测量的方案：注意与全波线性整步电压中区别§1.3恒定越前时间并列装置与全波线性整步电压区别：§1.3恒定越前时间并列装置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

[-PI~PI][0~2PI]相角差为0：脉冲宽度有效判别区§1.3恒定越前时间并列装置§1.3恒定越前时间并列装置2.频率差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方法1——相角差轨迹中含有滑差角频率的信息：§1.3恒定越前时间并列装置方法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：§1.3恒定越前时间并列装置fc:计数脉冲频率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。§1.3恒定越前时间并列装置3.电压差（1）直接交流采样；（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。§1.3恒定越前时间并列装置§1.3恒定越前时间并列装置三、频率差和电压差的调整§1.3恒定越前时间并列装置1.频率差调整任务：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的范围，以促进并列的实现。（1），发升速脉冲；（2），发减速脉冲；调节准则：比例调节准则。（1）频率差大，发出的调节量相对大些；（2）频率差小，发出的调节量相对小些；频差控制单元组成：§1.3恒定越前时间并列装置（1）频率差测量部分——

判别频率差值大小，作为是否需要调速的依据；判断频率大小关系，作为发升速或降速脉冲的依据；（2）调节量控制部分——比例脉冲调节制：每一个滑差周期内发一次宽度恒定的增速或减速脉冲，控制输出均频脉冲时间的占用率与频差成正比——频差大时，脉冲次数较为频繁，原动机单位时间内改变量较大。

调节对象：发电机调速器。控制电机：§1.3恒定越前时间并列装置（2）伺服电动机（执行电动机）

在自控系统中用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

原理：驱动器控制的三相电形成电磁场，转子（永磁铁）在此磁场作用下转动；同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。§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。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。§1.3恒定越前时间并列装置（1），发升压脉冲；（2），发降压脉冲；实施原理、原则：与频率差调整相似。§1.3恒定越前时间并列装置四、合闸信号控制逻辑恒定越前时间准同期并列装置中的合闸信号控制单元由下列环节组成：滑差角频率检测电压差检测越前时间信号发生§1.3恒定越前时间并列装置电压不允许滑差不允许H1越前时间信号Y1（合闸信号）110X0100X0010X00010000111§1.3恒定越前时间并列装置判别区：§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。图—>式—>tDC=tYJ§1.3恒定越前时间并列装置§1.3恒定越前时间并列装置

由于两相邻计算点间的变化甚微，因此一般可经若干计算点后才计算一次，所以：§1.3恒定越前时间并列装置有效判别区§1.3恒定越前时间并列装置错过合闸时机P22,图1-26定