電力系統(tǒng)自動裝置第二章.ppt

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第二章同步發(fā)電機的自動并列 主要內容 第一節(jié) 概述 電力系統(tǒng)運行中 任一母線電壓瞬時值可表示為 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)電機自動并列的條件和應遵守的原則理想并列條件并列的現(xiàn)實情況分析同步電機并列應遵循的原則并列斷路器合閘時 沖擊電流應盡可能的小 其瞬時最大值一般不超過 倍的額定電流 發(fā)電機組并入電網后 應能迅速進入同步運行狀態(tài) 其暫態(tài)過程要短 以減少對電力系統(tǒng)的擾動 概述 概述 發(fā)電機的并列方法準同期并列 待并發(fā)電機組先加勵磁電流 調節(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)電機事先未經勵磁 將轉子提到接近同步轉速 此法適用于小型機 優(yōu)點 快速 方便 控制簡單 缺點 沖擊電流大 引起系統(tǒng)電壓突降 應用受限 發(fā)電機G電壓系統(tǒng)電壓兩者的電壓差稱為滑差電壓 概述 發(fā)電機準同期并列條件的分析 概述 一 電壓幅值差 并列時 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 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 脈動電壓的表現(xiàn)形式 并列時 UG UX 相量圖 波形圖 概述 脈動電壓的表現(xiàn)形式 脈動電壓幅值 設 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 脈動周期 于是 概述 頻率不相等對待并發(fā)電機組暫態(tài)過程的影響 發(fā)電機組與電網間進行有功功率交換取決于與的相角差 發(fā)電機發(fā)出功率 發(fā)電機將制動而減速 發(fā)電機吸收功率 發(fā)電機將加速 概述 早期準同期并列的方法 將同步發(fā)電機調整到符合并聯(lián)條件后進行并網操作 分為直接接法 燈光熄滅法 和交叉接法 旋轉燈光法 兩種 1 燈光熄滅法 暗燈法 電網與同步發(fā)電機之間的三相并聯(lián)開關兩側接燈泡 稱相燈 若三相相燈同明同暗 說明相序正確 當三組相燈同時熄滅時 表示電壓差 即可并網合閘 概述 暗燈法接線和向量圖 概述 當不滿足并網條件時 暗燈法所見的現(xiàn)象頻率不等 相燈將呈現(xiàn)同時暗 同時亮的交替變化現(xiàn)象 說明發(fā)電機與電網的頻率不同 需調節(jié)原動機轉速從而改變發(fā)電機頻率 電壓不等 三個相燈沒有絕對熄滅的時候 而是在最亮和最暗范圍閃爍 需調節(jié)勵磁電流從而改變發(fā)電機的端電壓 相序不等 三個相燈明暗呈交替變化狀態(tài) 說明發(fā)電機與電網的相序不同 需對調發(fā)電機或電網的任意兩根接線 相角不等 三組相燈不同時熄滅 不能合閘并網 需微調節(jié)轉速 概述 2 旋轉燈光法此方法比暗燈法容易實現(xiàn)并網操作 一個相燈熄滅時 另兩個相燈亮度一樣 另外可根據(jù)燈光旋轉方向判斷頻率大小 又稱亮燈法 旋轉燈光法接線圖 概述 若發(fā)電機與電網頻率不等 三個同步指示燈將交替亮暗 形成燈光旋轉現(xiàn)象 調節(jié)發(fā)電機的轉速 到燈光不再旋轉時 就表示頻率相等 再調節(jié)發(fā)電機電壓的大小和相位 直到一個相燈熄滅 另兩個相燈亮度一樣 且AS AG相電壓表指示為零時 即表示已滿足并網條件 概述 同期表 第二節(jié) 準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)的沖擊電流以及進入同步運行的暫態(tài)過程 決定于合閘時的脈動電壓US和滑差角頻率 s 故準同期并列主要是對脈動電壓和滑差角頻率進行檢測和控制 并選擇合適的時間發(fā)出合閘信號 第二節(jié) 準同期并列的基本原理 一 脈動電壓分析 準同期并列的基本原理 脈動電壓中包括信息如下 1 電壓幅值差 最佳為的值最小 二電壓重合時判別 2 頻率差 顯示出相角差隨時間變化的規(guī)律 要求小于某一允許的值 相當于要求脈動電壓周期大于某一給定的值 最佳是在與重合時合閘 即相角差為零時 相量重合 幅值差最小 考慮動作時間 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)出時機 可采用兩種方式 恒定越前相角準同期恒定越前時間準同期 準同期并列的基本原理 二 準同期并列裝置 圖2 8準同期并列裝置主要組成部件 準同期并列的基本原理 二 準同期并列裝置1 并列裝置的構成見圖2 8 2 自動化程度一般分為 頻率差控制單元 電壓差控制單元 合閘信號控制單元 半自動全自動 準同期并列的基本原理 三 準同期并列合閘信號的控制邏輯1 恒定越前相角準同期提前量信號取某一恒定相角 斷路器的合閘時間為 同期裝置動作時間為 最佳滑差角頻率 過零后合閘過零時合閘過零前合閘 準同期并列的基本原理 2 恒定越前時間準同期提前量信號取恒定時間 理論上可以完全無沖擊 但是動作時間存在誤差 設為允許合閘相角 所以 還是要限制 準同期并列的基本原理 四 裝置的整定已知 兩個區(qū)域電網的等值機系統(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)準備進行恒定越前時間準同期互聯(lián)操作 設遠程通訊和繼電器動作時間之和為0 14秒 求調度中心發(fā)出合閘信號的時刻 準同期并列的基本原理 提示 合閘相角差表達式為 先不考慮提前量 則有 考慮時間提前量0 14秒 則調度中心發(fā)出合閘信號的時刻可為 3 6678秒 5 4769秒 等等 邏輯關系滿足即可以合閘 必須在之前判定完畢 第三節(jié) 自動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 得到正弦性的包絡線來判別 誤差較大 自動并列裝置的工作原理 二 并列的檢測信號 兩種方法應用于模擬式并列裝置中 實現(xiàn)檢測 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 這就使得利用USZ檢測并列條件的越前時間信號和頻差檢測信號受電壓影響 尤其是造成越前時間信號的時間誤差 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 從而使越前時間信號和頻率差的檢測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 其邏輯表達式為 即只有兩個三極管基極輸入電壓同時為負的瞬間 a點才為高電位 自動并列裝置的工作原理 當把uX1與uG2頻率不同的兩個電壓分別引至VT1和VT2的基極時 a點電位是一系列幅值一定而寬度與相角差有關的矩形波 如圖2 15所示 在相角差等于 時 矩形最寬 在相角差等于0或2 時 矩形寬為0 所以 當相角差從0 變動時 矩形波寬度漸增 當相角差從 2 變動時 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 進一步由雙T型濾波器濾波后 得到三角波形特性 自動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 從而使越前時間信號和頻率差的檢測不受電壓幅值的影響 提高了并列裝置的性能 而電壓差的檢測另設專門電路完成 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 故濾波器的時間常數(shù)將會影響其相移 且滑差角頻率的變化對其也有一定的影響 從而使控制合閘時間引入誤差 自動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 因而可適當減小濾波器時間常數(shù) 使它們的性能有所改善 一般采用全波方案 自動并列裝置的工作原理 二 相角差原理 矩形波的寬度 變化 與相對應 在數(shù)字式準同期裝置中采用 分析 假設系統(tǒng)頻率為額定值50Hz 待并發(fā)電機頻率低于50Hz 計算公式 三角形上升邊三角形下降邊 準同期并列的基本原理 上式中 x和 i的值 CPU可從定時計數(shù)器讀入求得 如采用線性整步電壓全波電路 則每一個工頻 約20ms 可作兩次計算 CPU可記錄相角差的軌跡如下 恒定 等速變化 準同期并列的基本原理 三 并列合閘控制 一 恒定越前時間 微機型數(shù)字式自動并列裝置利用相角差軌跡 采用較嚴密的數(shù)學模型 計算求得的恒定越前時間 具有相當?shù)臏蚀_性 首先按下式求得恒定越前時間所對應的最佳導前合閘相角 YJ 還可方便計及 e含有加速度情況 si 計算點的滑差角速度 i和 i 1 分別為本計算點和上一計算點的角度值2 x 兩計算點間時間tDC 中央處理單元發(fā)出合閘信號到斷路器主觸頭閉合時需經時間 準同期并列的基本原理 為計算允許誤差 否則有可能錯過合閘時刻 tDC tQF tctQF為斷路器的合閘時間tc為出口繼電器動作時間由于兩相鄰計算點間的 s變化甚微 si一般可經若干計算點后才計算一次 所以 據(jù)以上分析 發(fā)出合閘信號的條件 準同期并列的基本原理 二 頻差檢測1 頻率差檢測是在恒定越前時間之前完成的檢測任務 用來判別是否符合并列條件 si的值可以每一工頻周期計算一次 由 si在已知時段 t 間的變化還可求得 其說明待并機組的轉速尚未穩(wěn)定 還在升速或減速之中 如其值過大 并往后進入同步運行的暫態(tài)過程較長甚至失步 因此宜作為并列條件之一加以限制 2 頻率差檢測也可以用直接測量兩并列電壓頻率的方法 求得頻率差值以及頻率高 低的信息 數(shù)字電路測量頻率的基本方法是測量交流信號的周期T 其典型線路如圖2 24 如可編程定時 計數(shù)器的計時脈沖頻率為 則交流電壓的周期T T N fc于是求得交流電壓的頻率為 準同期并列的基本原理 三 電壓差檢測a 直接讀入法 采用交流采樣A DCPUb 直接比較法 例圖2 25 b 準同步并列裝置的構成 第四節(jié) 頻率差與電壓差的調整 一 頻率差調整頻率差調整的任務是將待并發(fā)電機的頻率調整到接近于電網頻率 使頻率差趨向并列條件允許范圍 1 頻率差檢測設 fz為允許頻率差 不發(fā)調速脈沖 進行越前時間合閘控制計算 發(fā)調速脈沖 不進行越前時間合閘控制計算 輸出減速脈沖信號輸出加速脈沖信號 第四節(jié) 頻率差與電壓差控制 2 調節(jié)量控制發(fā)電機的轉速按照比例調節(jié)準則 要求輸出的調節(jié)脈沖時間與頻率差值成正比 頻率差調整輸出的過程通道為執(zhí)行繼電器 繼電器動作控制調速電動機工作 二 電壓差調整其任務是在并列操作中自動調節(jié)待并發(fā)電機的電壓值 使電壓差調件符合并列的要求 其實施原理與頻率差調整相似 可直接測量uG ux的幅值 電壓差絕對值允許則不進入電壓調整程序 否則 進入電壓調整程序 第五節(jié) 微機型并列裝置的組成 概述硬件電路軟件 主機輸入 輸出過程通道人 機 裝置的軟件流程特點 1 分析發(fā)電機組在并網前的運動規(guī)律 測量斷路器合閘回路的動作時間 確保在相角差為0 時并網 2 進行理想合閘角的預測計算 確保捕獲第一次出現(xiàn)的相角差為0的時機 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計 使之具有高可靠性 裝置的軟件流程 ThankYou