電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置第二章.ppt

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第二章同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)并列 主要內(nèi)容 第一節(jié) 概述 電力系統(tǒng)運(yùn)行中 任一母線電壓瞬時(shí)值可表示為 式中 并列操作意義 概述 a 電路示意 b 相量圖 c 等值電路圖 同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并列的條件和應(yīng)遵守的原則理想并列條件并列的現(xiàn)實(shí)情況分析同步電機(jī)并列應(yīng)遵循的原則并列斷路器合閘時(shí) 沖擊電流應(yīng)盡可能的小 其瞬時(shí)最大值一般不超過 倍的額定電流 發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)后 應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行狀態(tài) 其暫態(tài)過程要短 以減少對(duì)電力系統(tǒng)的擾動(dòng) 概述 概述 發(fā)電機(jī)的并列方法準(zhǔn)同期并列 待并發(fā)電機(jī)組先加勵(lì)磁電流 調(diào)節(jié)其端電壓的狀態(tài)參數(shù)使之符合并列條件 再合上斷路器QF 自同期并列 發(fā)電機(jī)事先未經(jīng)勵(lì)磁 將轉(zhuǎn)子提到接近同步轉(zhuǎn)速 此法適用于小型機(jī) 優(yōu)點(diǎn) 快速 方便 控制簡(jiǎn)單 缺點(diǎn) 沖擊電流大 引起系統(tǒng)電壓突降 應(yīng)用受限 發(fā)電機(jī)G電壓系統(tǒng)電壓兩者的電壓差稱為滑差電壓 概述 發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期并列條件的分析 概述 一 電壓幅值差 并列時(shí) 頻率fG fX 電壓幅值UG UX 相角差 e 0 沖擊電流有效值 沖擊電流最大瞬時(shí)值 沖擊電流主要為無功電流分量 概述 二 合閘相角差 并列時(shí) 頻率fG fX 相角差 e 0 電壓幅值UG UX 沖擊電流有效值 沖擊電流主要為有功電流分量 概述 三 頻率差 脈動(dòng)電壓的表現(xiàn)形式 并列時(shí) UG UX 相量圖 波形圖 概述 脈動(dòng)電壓的表現(xiàn)形式 脈動(dòng)電壓幅值 設(shè) 初始角 則 概述 滑差頻率 相角差 滑差角頻率 滑差頻率 滑差周期 脈動(dòng)周期 于是 概述 頻率不相等對(duì)待并發(fā)電機(jī)組暫態(tài)過程的影響 發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)間進(jìn)行有功功率交換取決于與的相角差 發(fā)電機(jī)發(fā)出功率 發(fā)電機(jī)將制動(dòng)而減速 發(fā)電機(jī)吸收功率 發(fā)電機(jī)將加速 概述 早期準(zhǔn)同期并列的方法 將同步發(fā)電機(jī)調(diào)整到符合并聯(lián)條件后進(jìn)行并網(wǎng)操作 分為直接接法 燈光熄滅法 和交叉接法 旋轉(zhuǎn)燈光法 兩種 1 燈光熄滅法 暗燈法 電網(wǎng)與同步發(fā)電機(jī)之間的三相并聯(lián)開關(guān)兩側(cè)接燈泡 稱相燈 若三相相燈同明同暗 說明相序正確 當(dāng)三組相燈同時(shí)熄滅時(shí) 表示電壓差 即可并網(wǎng)合閘 概述 暗燈法接線和向量圖 概述 當(dāng)不滿足并網(wǎng)條件時(shí) 暗燈法所見的現(xiàn)象頻率不等 相燈將呈現(xiàn)同時(shí)暗 同時(shí)亮的交替變化現(xiàn)象 說明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的頻率不同 需調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變發(fā)電機(jī)頻率 電壓不等 三個(gè)相燈沒有絕對(duì)熄滅的時(shí)候 而是在最亮和最暗范圍閃爍 需調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流從而改變發(fā)電機(jī)的端電壓 相序不等 三個(gè)相燈明暗呈交替變化狀態(tài) 說明發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的相序不同 需對(duì)調(diào)發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)的任意兩根接線 相角不等 三組相燈不同時(shí)熄滅 不能合閘并網(wǎng) 需微調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速 概述 2 旋轉(zhuǎn)燈光法此方法比暗燈法容易實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)操作 一個(gè)相燈熄滅時(shí) 另兩個(gè)相燈亮度一樣 另外可根據(jù)燈光旋轉(zhuǎn)方向判斷頻率大小 又稱亮燈法 旋轉(zhuǎn)燈光法接線圖 概述 若發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)頻率不等 三個(gè)同步指示燈將交替亮暗 形成燈光旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速 到燈光不再旋轉(zhuǎn)時(shí) 就表示頻率相等 再調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的大小和相位 直到一個(gè)相燈熄滅 另兩個(gè)相燈亮度一樣 且AS AG相電壓表指示為零時(shí) 即表示已滿足并網(wǎng)條件 概述 同期表 第二節(jié) 準(zhǔn)同期并列的基本原理 并列斷路器主觸頭閉合瞬間所出現(xiàn)的沖擊電流以及進(jìn)入同步運(yùn)行的暫態(tài)過程 決定于合閘時(shí)的脈動(dòng)電壓US和滑差角頻率 s 故準(zhǔn)同期并列主要是對(duì)脈動(dòng)電壓和滑差角頻率進(jìn)行檢測(cè)和控制 并選擇合適的時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào) 第二節(jié) 準(zhǔn)同期并列的基本原理 一 脈動(dòng)電壓分析 準(zhǔn)同期并列的基本原理 脈動(dòng)電壓中包括信息如下 1 電壓幅值差 最佳為的值最小 二電壓重合時(shí)判別 2 頻率差 顯示出相角差隨時(shí)間變化的規(guī)律 要求小于某一允許的值 相當(dāng)于要求脈動(dòng)電壓周期大于某一給定的值 最佳是在與重合時(shí)合閘 即相角差為零時(shí) 相量重合 幅值差最小 考慮動(dòng)作時(shí)間 要提前 3 根據(jù)相角差的變化規(guī)律 可求得合閘指令最佳發(fā)出時(shí)機(jī) 可采用兩種方式 恒定越前相角準(zhǔn)同期恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期 準(zhǔn)同期并列的基本原理 二 準(zhǔn)同期并列裝置 圖2 8準(zhǔn)同期并列裝置主要組成部件 準(zhǔn)同期并列的基本原理 二 準(zhǔn)同期并列裝置1 并列裝置的構(gòu)成見圖2 8 2 自動(dòng)化程度一般分為 頻率差控制單元 電壓差控制單元 合閘信號(hào)控制單元 半自動(dòng)全自動(dòng) 準(zhǔn)同期并列的基本原理 三 準(zhǔn)同期并列合閘信號(hào)的控制邏輯1 恒定越前相角準(zhǔn)同期提前量信號(hào)取某一恒定相角 斷路器的合閘時(shí)間為 同期裝置動(dòng)作時(shí)間為 最佳滑差角頻率 過零后合閘過零時(shí)合閘過零前合閘 準(zhǔn)同期并列的基本原理 2 恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期提前量信號(hào)取恒定時(shí)間 理論上可以完全無沖擊 但是動(dòng)作時(shí)間存在誤差 設(shè)為允許合閘相角 所以 還是要限制 準(zhǔn)同期并列的基本原理 四 裝置的整定已知 兩個(gè)區(qū)域電網(wǎng)的等值機(jī)系統(tǒng)如圖所示 其電壓幅值相等 頻率分別為 f1 50 0 1costHz f2 50 0 1sin2tHz 現(xiàn)準(zhǔn)備進(jìn)行恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期互聯(lián)操作 設(shè)遠(yuǎn)程通訊和繼電器動(dòng)作時(shí)間之和為0 14秒 求調(diào)度中心發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)刻 準(zhǔn)同期并列的基本原理 提示 合閘相角差表達(dá)式為 先不考慮提前量 則有 考慮時(shí)間提前量0 14秒 則調(diào)度中心發(fā)出合閘信號(hào)的時(shí)刻可為 3 6678秒 5 4769秒 等等 邏輯關(guān)系滿足即可以合閘 必須在之前判定完畢 第三節(jié) 自動(dòng)并列裝置的工作原理 一 裝置的控制邏輯 電壓差 頻率差判別區(qū) 正弦整步電壓法 采用與直接做差 得到正弦性的包絡(luò)線來判別 誤差較大 自動(dòng)并列裝置的工作原理 二 并列的檢測(cè)信號(hào) 兩種方法應(yīng)用于模擬式并列裝置中 實(shí)現(xiàn)檢測(cè) 線性整步電壓法 采用三角波 線性 的整步電壓 不考慮電壓差 只考慮相角差 精度較好 自動(dòng)并列裝置的工作原理 一 整步電壓1 正弦整步電壓法 由圖可知USZ不僅是相角差的函數(shù) 而且還與電壓差值有關(guān) 這就使得利用USZ檢測(cè)并列條件的越前時(shí)間信號(hào)和頻差檢測(cè)信號(hào)受電壓影響 尤其是造成越前時(shí)間信號(hào)的時(shí)間誤差 成為合閘誤差的主要原因之一 因此 此方法被線性整步電壓的方法所代替 自動(dòng)并列裝置的工作原理 2 線性整步電壓法 線性整步電壓只反映UG和UX間的相角差特性 而與它們的電壓幅值無關(guān) 從而使越前時(shí)間信號(hào)和頻率差的檢測(cè)不受電壓幅值的影響 提高了并列裝置的控制性能 因而被模擬式自動(dòng)并列裝置廣泛使用 1 半波線性整步電壓其電路圖見圖2 14 其邏輯表達(dá)式為 即只有兩個(gè)三極管基極輸入電壓同時(shí)為負(fù)的瞬間 a點(diǎn)才為高電位 自動(dòng)并列裝置的工作原理 當(dāng)把uX1與uG2頻率不同的兩個(gè)電壓分別引至VT1和VT2的基極時(shí) a點(diǎn)電位是一系列幅值一定而寬度與相角差有關(guān)的矩形波 如圖2 15所示 在相角差等于 時(shí) 矩形最寬 在相角差等于0或2 時(shí) 矩形寬為0 所以 當(dāng)相角差從0 變動(dòng)時(shí) 矩形波寬度漸增 當(dāng)相角差從 2 變動(dòng)時(shí) 矩形波寬度漸減 這一系列矩形波寬度的變化反映了發(fā)電機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓間相角差的變化 把這一系列寬度不等的矩形波由圖2 14中R7和C1組成的積分電路進(jìn)行積分 該積分電路是濾去高次諧波的低通濾波器 其輸出端為鋸齒波形的三角波電壓ua 見圖2 16 b 進(jìn)一步由雙T型濾波器濾波后 得到三角波形特性 自動(dòng)并列裝置的工作原理 半波線性整步電壓討論 只反映了發(fā)電機(jī)端電壓與系統(tǒng)線電壓間的相角差特性 而與它們的幅值無關(guān) 從而使越前時(shí)間信號(hào)和頻率差的檢測(cè)不受電壓幅值的影響 提高了并列裝置的性能 而電壓差的檢測(cè)另設(shè)專門電路完成 半波線性整步電壓采用濾波器把高次諧波濾掉 在完全理想的情況下才獲得較為平滑特性 故濾波器的時(shí)間常數(shù)將會(huì)影響其相移 且滑差角頻率的變化對(duì)其也有一定的影響 從而使控制合閘時(shí)間引入誤差 自動(dòng)并列裝置的工作原理 2 全波線性整步電壓其電路與邏輯見圖2 17 其由整形電路 相敏電路 濾波電路和射極跟隨器輸出組成 其全波線性整步電壓如右圖 其比半波多了一倍矩形脈沖 因而可適當(dāng)減小濾波器時(shí)間常數(shù) 使它們的性能有所改善 一般采用全波方案 自動(dòng)并列裝置的工作原理 二 相角差原理 矩形波的寬度 變化 與相對(duì)應(yīng) 在數(shù)字式準(zhǔn)同期裝置中采用 分析 假設(shè)系統(tǒng)頻率為額定值50Hz 待并發(fā)電機(jī)頻率低于50Hz 計(jì)算公式 三角形上升邊三角形下降邊 準(zhǔn)同期并列的基本原理 上式中 x和 i的值 CPU可從定時(shí)計(jì)數(shù)器讀入求得 如采用線性整步電壓全波電路 則每一個(gè)工頻 約20ms 可作兩次計(jì)算 CPU可記錄相角差的軌跡如下 恒定 等速變化 準(zhǔn)同期并列的基本原理 三 并列合閘控制 一 恒定越前時(shí)間 微機(jī)型數(shù)字式自動(dòng)并列裝置利用相角差軌跡 采用較嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模型 計(jì)算求得的恒定越前時(shí)間 具有相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確性 首先按下式求得恒定越前時(shí)間所對(duì)應(yīng)的最佳導(dǎo)前合閘相角 YJ 還可方便計(jì)及 e含有加速度情況 si 計(jì)算點(diǎn)的滑差角速度 i和 i 1 分別為本計(jì)算點(diǎn)和上一計(jì)算點(diǎn)的角度值2 x 兩計(jì)算點(diǎn)間時(shí)間tDC 中央處理單元發(fā)出合閘信號(hào)到斷路器主觸頭閉合時(shí)需經(jīng)時(shí)間 準(zhǔn)同期并列的基本原理 為計(jì)算允許誤差 否則有可能錯(cuò)過合閘時(shí)刻 tDC tQF tctQF為斷路器的合閘時(shí)間tc為出口繼電器動(dòng)作時(shí)間由于兩相鄰計(jì)算點(diǎn)間的 s變化甚微 si一般可經(jīng)若干計(jì)算點(diǎn)后才計(jì)算一次 所以 據(jù)以上分析 發(fā)出合閘信號(hào)的條件 準(zhǔn)同期并列的基本原理 二 頻差檢測(cè)1 頻率差檢測(cè)是在恒定越前時(shí)間之前完成的檢測(cè)任務(wù) 用來判別是否符合并列條件 si的值可以每一工頻周期計(jì)算一次 由 si在已知時(shí)段 t 間的變化還可求得 其說明待并機(jī)組的轉(zhuǎn)速尚未穩(wěn)定 還在升速或減速之中 如其值過大 并往后進(jìn)入同步運(yùn)行的暫態(tài)過程較長(zhǎng)甚至失步 因此宜作為并列條件之一加以限制 2 頻率差檢測(cè)也可以用直接測(cè)量?jī)刹⒘须妷侯l率的方法 求得頻率差值以及頻率高 低的信息 數(shù)字電路測(cè)量頻率的基本方法是測(cè)量交流信號(hào)的周期T 其典型線路如圖2 24 如可編程定時(shí) 計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)脈沖頻率為 則交流電壓的周期T T N fc于是求得交流電壓的頻率為 準(zhǔn)同期并列的基本原理 三 電壓差檢測(cè)a 直接讀入法 采用交流采樣A DCPUb 直接比較法 例圖2 25 b 準(zhǔn)同步并列裝置的構(gòu)成 第四節(jié) 頻率差與電壓差的調(diào)整 一 頻率差調(diào)整頻率差調(diào)整的任務(wù)是將待并發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)整到接近于電網(wǎng)頻率 使頻率差趨向并列條件允許范圍 1 頻率差檢測(cè)設(shè) fz為允許頻率差 不發(fā)調(diào)速脈沖 進(jìn)行越前時(shí)間合閘控制計(jì)算 發(fā)調(diào)速脈沖 不進(jìn)行越前時(shí)間合閘控制計(jì)算 輸出減速脈沖信號(hào)輸出加速脈沖信號(hào) 第四節(jié) 頻率差與電壓差控制 2 調(diào)節(jié)量控制發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速按照比例調(diào)節(jié)準(zhǔn)則 要求輸出的調(diào)節(jié)脈沖時(shí)間與頻率差值成正比 頻率差調(diào)整輸出的過程通道為執(zhí)行繼電器 繼電器動(dòng)作控制調(diào)速電動(dòng)機(jī)工作 二 電壓差調(diào)整其任務(wù)是在并列操作中自動(dòng)調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)的電壓值 使電壓差調(diào)件符合并列的要求 其實(shí)施原理與頻率差調(diào)整相似 可直接測(cè)量uG ux的幅值 電壓差絕對(duì)值允許則不進(jìn)入電壓調(diào)整程序 否則 進(jìn)入電壓調(diào)整程序 第五節(jié) 微機(jī)型并列裝置的組成 概述硬件電路軟件 主機(jī)輸入 輸出過程通道人 機(jī) 裝置的軟件流程特點(diǎn) 1 分析發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)前的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 測(cè)量斷路器合閘回路的動(dòng)作時(shí)間 確保在相角差為0 時(shí)并網(wǎng) 2 進(jìn)行理想合閘角的預(yù)測(cè)計(jì)算 確保捕獲第一次出現(xiàn)的相角差為0的時(shí)機(jī) 3 快速 平穩(wěn)的均壓 均頻 4 軟件的多重閉鎖和硬件超常的冗余設(shè)計(jì) 使之具有高可靠性 裝置的軟件流程 ThankYou