同期函授电力系统自动化课件改.ppt

1、,North China Electric Power University,电力工程系,Department of Electrical Engineering,电 力 系 统 自 动 化,电自教研室,GO TO 6, 6 电力系统并列概述,本节内容：,1、理解电力系统并列操作的方法,2、掌握并列操作的基本概念,3、掌握准同期并列条件分析的方法,本节学习 要 求：, 6 电力系统并列概述,一、并列操作 1 . 什么叫并列操作 2 . 对并列操作的基本要求 3 . 并列操作方法 二、准同期并列 (一) 准同期并列方法 (二) 准同期并列等值电路图、旋转矢量图、 滑差电压瞬时波形图、性质 (三)

2、 准同期并列的理想条件 (四) 准同期并列条件分析 三、自同期并列,1.电压差的影响 2.相角差的影响 3.频率差的影响, 6 电力系统并列概述,1、什么叫并列操作 ?,返回,DL,发电机并列示意图,发电机并列: 将待并发电机与系统连接的断路器闭合, 使发电机投入电力系统运行的操作。,系 统 并 列: 将连接两个系统的断路器闭合，使两个分开 的电力系统并联运行的操作。,发电机并列和系统并列统称为电力系统的并列操作。,系统并列示意图,DL, 6 电力系统并列概述,2、对并列操作的基本要求,返回,冲击电流不超过允许值，尽可能小,并列后应能迅速进入同步运行,并列操作是电力系统经常的、也是最重要的操作

3、之一，操作不当或失误会造成事故。所以只有经验丰富的运行人员才被允许进行手动并列操作。,由于并列前待并断路器两侧电压不同步，所以并列后必然要经历一个振荡过程。若并列条件掌握的好，则振荡轻微，很快拉入同步。否则振荡剧烈，造成并列失败，严重时会引起系统振荡。,一般来讲,并列之前待并断路器两侧电压是不同步的，并列时会产生冲击电流。发电机的冲击电流会在定子绕组中产生电动力，其值的大小与电流的平方成正比。如果操作不当或失误，冲击电流太大，过大的电动力会损坏发电机。, 6 电力系统并列概述,3 . 并列操作方法,返回,准同期并列,自同期并列,按照自动化程度划分， 有三种方法： 手动并列 半自动并列 自动并列

4、,这两种方法各有不同特点， 应用的场合也不相同。,按照并列方法的原理划分，有两种方法：,组合起来有: 手动准同期并列 半自动准同期并列 自动准同期并列 手动自同期并列 半自动自同期并列 自动自同期并列, 6 电力系统并列概述,二、准同期并列 (一) 准同期并列方法,返回,名词解释 准 近似、接近于之意。 同期 同步。 准同期并列 在接近于同步的条件下并列操作,然后使两侧的电压满足准同期并列条件时闭合断路器。,先将待并列双方的电压加在待并断路器两侧，,准同期并列 可用于发电机并列也可用于两个系统之间并列,方法:, 6 电力系统并列概述,(二) 准同期并列等值电路图、旋转矢量图,返回,准同期并列等

5、值电路图,s 滑差角频率 s 0, 逆时针旋转 s 0, 顺时针旋转,是矢量。,旋转矢量图（g 相对于）,旋转一周的时间叫滑差周期 Ts,与对应的瞬时电压称为 “滑差 电压 ”，亦称“正弦脉动电压”, 6 电力系统并列概述,返回,滑差电压（正弦脉动电压）瞬时波形图（s 0）,幅值差为0,幅值差不 为0,相角差为 0,相角差为 ,滑差电压演示, 6 电力系统并列概述,返回,滑差电压（正弦脉动电压）的性质：,滑差电压是一个频率接近工频、振幅作正弦脉动变化的电压。 滑差电压幅值最小处反映了电压幅值差的大小 滑差电压的脉动周期反映了频差的大小( fS=1Ts) 滑差电压的幅值反映了相角差的变化,因此，

6、滑差电压中包含了准同期并列所需的三种信息, 6 电力系统并列概述,(三) 准同期并列理想条件：,返回,电压差 U = 0 频率差 f = 0 相角差 = 0,但是理想条件在实际中是难以实现的。 原因?,满足上面理想状况的条件是 矢量 = 0 , 其等价条件为：,理想 美好的愿望。通常不容易实现。,手动准同期 并列演示,如果:并列时冲击电流为0 并列后立即进入同步状态, 6 电力系统并列概述,返回,(四) 准同期并列并列条件分析 U 0 对并列的影响（f = 0， = 0）,g,U= Ug U 冲击电流周期分量有效值： Ich = U （ Xd” X）,İch,Ich 在 d 轴方向，故用 Xd

7、”冲击电流瞬时最大值：,Ich 无功冲击电流, 6 电力系统并列概述,U 0 对并列的影响（续） 冲击电流 ich 瞬时值波形图,返回,瞬时最大值,非周期分量,非周期分量对冲击电流的影响用冲击系数 Kch 表示。 Kch., 6 电力系统并列概述, 0 对并列的影响（ U 0 ，f = 0）,g,İch,冲击电流周期分量有效值: Ich = U （ Xq” X）,返回,冲击电流瞬时最大值:, 较小时,Ich 主要是有功冲击电流,！, 6 电力系统并列概述,f 0对并列的影响（ U = 0）,并列前,并列后,返回,0,0,电动机,发电机, 6 电力系统并列概述,f 0对并列的影响（ 续）,返回,

8、如果机组并网前频差太大，就有可能出现在功角 达到 180o 时，s 还没有降到零，机组会运行到 大于180o 的区域，从系统吸取有功功率而加速，于是机组就失去了稳定。,发电机并网前，转子中存储的动能为：,发电机并网后，若能拉入同步运行，则转子中存储的动能为：,设机组机械角速度为 g ，系统同步转速为,这就是说，在机组被拉入同步的过程中把一部分动能（W）送到电力系统中。由于机组有惯性，这个能量交换过程将伴随着机组转速摇摆（振荡）进行,两者之差 ：, 6 电力系统并列概述,自同期并列对于系统事故情况下加速事故处理有着重要的意义。自动自同期并列的方式多用于系统事故情况下水轮发电机快速并网，正常情况下

9、一般不用；汽轮发电机一般也不宜采用。 自动自同期并列不能用于两个系统之间的并列操作。,返回,方法 ：将未经励磁的发电机升速到接近同步转速， 先 把发电机并入系统，然后立即将励磁电流加到转子中去。 在同步力矩的作用下，经过一定时间后，即可自行拉入同步。,三、自同期并列,自同期并列对于相角及电压条件没有要求，而转速条件亦可以放得很宽。 通常的允许滑差在正常时为23，事故情况下可达10。,自同期并列的优点是并列过程迅速，操作简单。它的缺点是 冲击电流较大，拉入同步的过程较长。,结束, 6 电力系统并列概述,1、什么叫并列操作 ? 发电机并列: 将待并发电机与系统连接的断路器闭合, 使发电机投入电力系

10、统运行的操作。 系 统 并 列: 将连接两个系统的断路器闭合，使两个分开的 电力系统并联运行的操作。 发电机并列和系统并列统称为电力系统的并列操作。,第一节、电力系统并列概述,电力系统中的发电机组都是并联运行的，不论是在正常或事故的情况下，经常需要使某些发电机组通过一定的手续参加并联运行（包括同步发电机、同步调相机或电力系统的两个部分进行并联的操作）。我们把这种不同系统参加并联运行的操作，统称为电力系统的并列操作。 并列操作是电力系统运行中经常、很重要的一项操作，必须认真对待，以便在并列操作以后，能很快达到同步运行的目的。假如操作情况不良或发生误操作，将会对电力系统带来极其严重的后果；可能发生

11、巨大的冲击电流，甚至比机端短路电流还要大很多；会引起系统电压严重下降；使电力系统发生振荡以至使系统瓦解；冲击电流所产生的强大电动力还可能对电气设备造成严重的损坏，以致在短时期内难以恢复等。,为了使并列操作后电机迅速拉入同步，在操作之前一般都应该根据不同的并列方法使待并电机满足一定的条件。不论采取哪一种操作方法，应该共同遵守的基本要求是： 1、并列操作时，冲击电流不应超过允许值； 2、发电机投入系统后，应能迅速拉入同步。 目前电力系统中采用的并列方法可以分为：准同期并列、自同期并列和非同期并列三种。它们的使用条件与使用情况均不相同，现分述如下： 一、准同期并列 准同期并列要求在合闸前调节待并机组

12、或待并系统，同时满足如下三个条件： 1、频率条件 应使待并电机的频率接近系统频率，一般频率差应不超过0.20.5。,第一节、电力系统并列概述,第一节、电力系统并列概述,2、电压条件 应使待并电机与系统的电压接近相等，一般电压差应不超过510。 3、相角条件 当上述两个条件已被调节得符合要求时，就应在断路器两侧得电压相角重合前，稍为提早一些时间给断路器发出合闸脉冲，以便在合闸瞬间，断路器两侧得电压相角的相角差恰好趋于零，这时的冲击电流最小。通常此相角差不宜超过100左右 。 假如待并电机与电力系统的频率、电压和相角完全相同，则并列操作所引起的冲击电流为零，但实际上差别总是存在的。如果两者间频率差

13、别较大，即发电机在并列前的转速太慢或太快，则并列后很快地带上过多的负或正的有功负荷，甚至可能失去同步。如果两者间电压差别较大，则在合闸时会出现无功性质的冲击平衡电流。如果合闸时的相角差较大，则会出现有功性质的冲击平衡电流。 准同期并列合闸后冲击电流很小，能马上拉入同步，对系统的扰动也很小。因此，目前在电力系统中应用最广。,第一节、电力系统并列概述,二、自同期并列 自同期并列只适用于把电机并入系统，对于系统两个部分间的并列不能采用。其操作过程是将未经励磁的电机升速到接近同步转速，在不超过允许滑差的条件下，先把电机投入系统，随即将励磁电流加到转子中去。在正常情况下，经过12秒后，即可拉入同步。自同

14、期并列对于相角及电压条件没有要求，而转速条件亦可以放得很宽。通常的允许滑差，在正常时为23，事故情况下可达10。 自同期并列的最大特点是并列过程迅速，操作简单，实际上避免了误操作的可能性，而且宜于实现操作过程的自动化。正是由于这些优点，自同期并列对于加速事故处理有着重大的意义。自动自同期并列的方式多用于水轮发电机。对于汽轮发电机，目前多采用半自动自同期方式。,第一节、电力系统并列概述,三、非同期并列 不检查上述的三个并列条件，而直接将电机投入系统的方法称为非同期并列。这种并列方法可能带来较大的冲击电流。在最不利的情况下，当两者之间的电压相角差达到180度时，冲击电流可以比发电机的出口短路电流大

15、一倍，同时带来巨大的电动力效应。 由于这种并列方式会产生较大的冲击电流，导致系统电压下降，并对系统的稳定运行带来一定的影响，因此目前在我国，这种并列操作主要用于自动重合闸中。,第二节、自动准同期并列的基本原理,准同期并列的优点是并列时冲击电流小，对系统不会产生较大的扰动，因此在正常情况下，它将作为主要的并列方式使用。为了进一步搞清楚各种并列条件的变化对并列过程的影响，下面将着重分析并列时断路器两侧触头间的电压差，即滑差电压。 (一）准同期并列的理想条件 设发电机A相瞬时电压为：ug=Ugsin(gt+g) 电网A相瞬时电冶为：u=Usin(t+) 则瞬时滑差电压为：us=Ugsin(gt+g)

16、Usin(t+) 式中： Ug和U为发电机电压的幅值和电网电压的幅值；g和为发电机频率和电网频率；g和为发电机电压相角和电网电压相角；ug 、u 和us为发电机、电网和滑差电压的瞬时值。,第二节、自动准同期并列的基本原理,准同期并列的理想条件的数学表达式是： Ug=U， U= UgU=0 g=， s=g=0 g=， = g=0,（二）准同期并列误差对并列的影响 1、合闸电压幅值差对并列的影响 此时的相量关系如下图所示，在这种情况下并列时产生的冲击电流的有效值为,式中 Xq为发电机交轴次暂态电抗；X为电力系统等值电抗,第二节、自动准同期并列的基本原理,在忽略待并发电机电子电阻和系统等值电阻的情况

17、下，冲击电流之后电压差90度。所以在只存在电压差的情况下并列机组会产生无功冲击电流。冲击电流的最大瞬时值,2、合闸相角差对并列的影响 此时的相量关系如下图，这种情况下 并列发电机产生的冲击电流的有效值,第二节、自动准同期并列的基本原理,由于并列时一般很小，所以在只有相角差时并列所产生的冲击电流主要是有功分量。这就意味着在发电机并列后与系统之间有能量交换。冲击电流的最大瞬时值为,3、合闸频率差对并列的影响 如果机组并网前频差太大，就有可能出现在功角达到180o时，滑差频率还没有降到零，机组会运行到功角大于180o 的区域，从系统吸取有功功率而加速，于是机组就失去了稳定。,第二节、自动准同期并列的

18、基本原理,（三）滑差电压的性质 如果同时满足三个条件，则滑差电压为零。但是，实际情况并不是这么理想，三个条件都不会完全满足，因此允许一定的偏差。这时， us0。为了简化起见，假设UgU，此时，滑差电压为 us= 2Ucos(g+)t+(g+)sin(g-)t+(g-) 滑差电压是一个频率接近公频、振幅作脉动变化的电压。下面就画出在各种条件下滑差（脉动）电压的波形,频差为0.25HZ相位差为10o度时的滑差波形,频差为0.5HZ时的滑差波形,压差为10V频差为0.5HZ时的滑差波形,第二节、自动准同期并列的基本原理,由上述图形可见滑差电压由一个高频余弦波分量和一个低频正弦波分量调制而成。它的包络

19、线决定于低频正弦分量的特点。可见当压差为零时当低频正弦波的相位l=(g+)/2+(g+)/2=0时，滑差电压us =0，此时并网将不会产生冲击电流。当存在电压差时，滑差只有最小值而没有过零点，所以无论何时合闸都存在冲击电流。 脉动周期和滑差频率的关系为,因此，通过分析脉动电压幅值的变化规律，就可以了解全部同期条件是否均已满足。这可通过检查脉动电压的下列两个参数来判断： 1、脉动周期Ts 脉动周期足够大表示滑差角频率 足够小。如要求频差不超过一定的允许值 ，则只需检查是否满足,第二节、自动准同期并列的基本原理,2、脉动电压幅值Vsm 只有当断路器两侧的电压差及相角差同时为零，才能使脉动电压Vsm

20、0，如果在这一瞬间断路器触头闭合，冲击电流为零。如果任一条件不满足，则不会出现脉动电压 为零。但只要Vsm的数值不超过允许范围，则合闸冲击电流也不会大于允许值。因此，有时可以用脉动电压的最小幅值足够小这一条件代替电压差及相角差这两个同期条件。这时应满足,所以应该在Vsm趋于零是合闸。因为断路器具有一定的合闸时间，所以在这一瞬间稍为提前一段时间发出合闸脉冲。这个提前量取决于断路器的固有合闸时间。 由发出合闸脉冲起到发电机与系统电压相角重合为止，这段时间称为越前时间，用tyq来表示。对应于发出合闸脉冲瞬间的电压相角差称为越前相角，可用yq表示。他们之间的关系为：,一、冲击电流的计算 当发电机并入系统的瞬间，如果断路器触头两侧的电压瞬时值不相等，则必然会产生一冲击电流，在简化后，冲击电流周期分