电力系统自动化第1章-发电机的自动并列课件

第第1 1章章 发电机的自动并列发电机的自动并列第第1章章 发电机的自动并列发电机的自动并列并列操作何时进行？并列操作何时进行？正常负荷发生变化时正常负荷发生变化时当电力系统发生事故时当电力系统发生事故时并列操作每天都在进行！并列操作每天都在进行！并列不当还会产生严重的后果！并列不当还会产生严重的后果！第第1章章 发电机的自动并列发电机的自动并列学习目的：学习目的：学习目的：学习目的：通过本章的学习，理解并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操通过本章的学习，理解并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操通过本章的学习，理解并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操通过本章的学习，理解并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操作的两种方式。掌握准同期并列的理想条件，了解并列误差对并列的影响；掌作的两种方式。掌握准同期并列的理想条件，了解并列误差对并列的影响；掌作的两种方式。掌握准同期并列的理想条件，了解并列误差对并列的影响；掌作的两种方式。掌握准同期并列的理想条件，了解并列误差对并列的影响；掌握模拟式自动准同期装置的基本原理。了解微机准同步装置的基本构成及特点。握模拟式自动准同期装置的基本原理。了解微机准同步装置的基本构成及特点。握模拟式自动准同期装置的基本原理。了解微机准同步装置的基本构成及特点。握模拟式自动准同期装置的基本原理。了解微机准同步装置的基本构成及特点。重点：重点：重点：重点：并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操作的两种方式；并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操作的两种方式；并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操作的两种方式；并列操作的概念、对并列操作的基本要求和并列操作的两种方式；准同期并列的理想条件；自动准同期装置的组成；准同期并列的理想条件；自动准同期装置的组成；准同期并列的理想条件；自动准同期装置的组成；准同期并列的理想条件；自动准同期装置的组成；自动准同期装置的基本原理自动准同期装置的基本原理自动准同期装置的基本原理自动准同期装置的基本原理 。难点：难点：难点：难点：模拟式自动准同期装置的基本原理。模拟式自动准同期装置的基本原理。模拟式自动准同期装置的基本原理。模拟式自动准同期装置的基本原理。第一节第一节 概概 述述一、一、并列操作的意义并列操作的意义 1 1、并列的概念：、并列的概念：将一台发电机投入电力系统并列运行的操作，称将一台发电机投入电力系统并列运行的操作，称并列操作并列操作。发电机的并列操作又称为发电机的并列操作又称为“并车并车”、“并网并网”、“同同期期”。第一节第一节 概概 述述 2 2、对并列操作的基本要求：、对并列操作的基本要求：（1 1）并列断路器合闸时，）并列断路器合闸时，冲击电流冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值应尽可能的小，其瞬时最大值不宜超过不宜超过1212倍的额定电流。倍的额定电流。（2 2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，进入同）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，进入同步运行的暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。步运行的暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。准同期并列（一般采用）准同期并列（一般采用）自同期并列（很少采用）自同期并列（很少采用）3 3、并列操作的两种方式、并列操作的两种方式并列合闸时流过并列合闸时流过断路器主触头的断路器主触头的电流电流3 3、并列操作的方式、并列操作的方式（1 1）准同期并列的概念：）准同期并列的概念：发电机发电机在并列在并列合闸前合闸前已励磁已励磁，当发电机频率、电压相角、电，当发电机频率、电压相角、电压大小分别和并列点处系统侧的频率、电压相角、电压大小压大小分别和并列点处系统侧的频率、电压相角、电压大小接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，这种方接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，这种方式称为准同期。式称为准同期。GDL系统系统KMCKMCRZ（2 2）自同期并列的概念：）自同期并列的概念：将一台将一台未加励磁未加励磁的发电机组升速到接近于电网频率，在滑的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的条件差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的条件下，下，先合并列断路器先合并列断路器QFQF，接着合励磁开关，接着合励磁开关，给转子加励磁电流，给转子加励磁电流，在发电机电势逐步增长的过程中，由电力系统将并列机组拉入在发电机电势逐步增长的过程中，由电力系统将并列机组拉入同步运行。同步运行。3 3、并列操作的方式、并列操作的方式GDL系统系统KMCKMCRZ第一节第一节 概概 述述二、准同期并列二、准同期并列 设待并发电机组设待并发电机组G G已经加上了励磁电流，其端电压为已经加上了励磁电流，其端电压为U UG G，QFQF为并列断路器，系统的电压为为并列断路器，系统的电压为U UX X，如图，如图(a)(a)所示。所示。调节调节U UG G的状态参数使之符合并列条件。的状态参数使之符合并列条件。准同期并列的电路示意图准同期并列的电路示意图准同期并列的相量图准同期并列的相量图（）准同期并列的理想条件（）准同期并列的理想条件(1)(1)f fG G=f fX X 待并发电机频率与系统频率相等，即滑差待并发电机频率与系统频率相等，即滑差(频差频差)为零；为零；(2)U(2)UG G=U=UX X 待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零；待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零；(3)(3)e e=0=0 断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。压间的瞬时相角差为零。三个条件很难同时满足三个条件很难同时满足!分析机组并列时偏离理想条件所引起的后果分析机组并列时偏离理想条件所引起的后果第一节第一节 概概 述述q冲击电流冲击电流概念：在短路后约半个周波（概念：在短路后约半个周波（0.010.01秒）时将出现短路秒）时将出现短路 电流的最大瞬时值，称为冲击电流。电流的最大瞬时值，称为冲击电流。计算公式计算公式：，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。（二）并列误差对并列的影响（二）并列误差对并列的影响1.电压幅值差对并列的影响电压幅值差对并列的影响频率频率fG=fX相角差相角差e=0幅值幅值UGUX（1）并列操作时条件）并列操作时条件（2）向量图）向量图1 1、电压幅值差对并列的影响电压幅值差对并列的影响（3 3）产生的冲击电流）产生的冲击电流U UG G U UX X发电机、系统电压有效值；发电机、系统电压有效值；Xd-发电机的直轴次暂态电抗。发电机的直轴次暂态电抗。X XX X-系统等值电抗系统等值电抗 在只存在电压差的情况下，并列机组在只存在电压差的情况下，并列机组产生的冲击电流产生的冲击电流主要为无功冲击电流。主要为无功冲击电流。!冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响由于定子绕组端冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以须特别注意对它所造成的危害，必部的机械强度最弱，所以须特别注意对它所造成的危害，必须限制冲击电流。须限制冲击电流。结论：我国规定：电压差结论：我国规定：电压差U US S不能超过额不能超过额定电压的定电压的5 51010。现在一些巨型发电。现在一些巨型发电机组更规定在机组更规定在0.10.1以下，即要求尽量避以下，即要求尽量避免无功冲击电流。免无功冲击电流。1 1、电压幅值差对并列的影响电压幅值差对并列的影响2 2、合闸相角差对并列的影响、合闸相角差对并列的影响频率频率 f fG G=f fX X幅值幅值 U UG G=U=UX X相角差相角差 e e 0 0（2 2）产生的冲击电流为：）产生的冲击电流为：并列时并列时e e一般都很小，一般都很小，U UG G与与U UX X基本上同相位，基本上同相位，所以在所以在只有相角差情况下并列时的冲击电流主要是有功分量。只有相角差情况下并列时的冲击电流主要是有功分量。!（1 1）并列操作时条件）并列操作时条件 当相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量。说明当相角差较小时，冲击电流主要为有功电流分量。说明合闸后发电机立刻向电网输出有功功率，使机组联轴受合闸后发电机立刻向电网输出有功功率，使机组联轴受到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的。到突然冲击，这对机组和电网运行都是不利的。此时发电机为空载情况3 3、合闸频率差对并列的影响、合闸频率差对并列的影响频差频差f fS S：f fS S f fG G-f-fX X 滑差滑差s s:电角速度之差称为滑差角速度，简称滑差。电角速度之差称为滑差角速度，简称滑差。滑差周期：滑差周期：(1)(1)有关的有关的几个概念几个概念:它们都是描述两电压矢量相对运动快慢的一组数据。它们都是描述两电压矢量相对运动快慢的一组数据。3 3、合闸频率差对并列的影响、合闸频率差对并列的影响 在有滑差的情况下，将机组投入电网，需经过一段加速或在有滑差的情况下，将机组投入电网，需经过一段加速或减速的过程，才能使机组与系统在频率上减速的过程，才能使机组与系统在频率上“同步同步”。加速。加速或减速力矩会对机组造成冲击。或减速力矩会对机组造成冲击。(2)(2)并列操作时条件并列操作时条件相角差相角差 e e=0=0 幅值幅值 U UG G=U=UX X频率频率 f fG GffX X 结论：滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格结论：滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限制并列时的滑差。限制并列时的滑差。!发电机准同步并列的实际条件：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，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频率差不应超过额定频率的0.2%0.5%。第一节第一节 概概 述述三、自同期并列三、自同期并列1 1、概念：、概念：将一台未加励磁的发电机组升速到接近于电网频率，在将一台未加励磁的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的滑差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的条件下，先合并列断路器条件下，先合并列断路器QFQF，接着合励磁开关，给转子加励，接着合励磁开关，给转子加励磁电流，在发电机电势逐步增长的过程中，由电力系统将并磁电流，在发电机电势逐步增长的过程中，由电力系统将并列机组拉入同步运行。列机组拉入同步运行。由于由于自同期并列自同期并列合闸时发电机合闸时发电机尚无励磁尚无励磁，所以在断路器闭，所以在断路器闭合的瞬间相当于合的瞬间相当于电力系统电力系统通过通过发电机定子绕阻金属性三相短发电机定子绕阻金属性三相短路路，冲击电流较大。，冲击电流较大。三、自同期并列三、自同期并列2 2、优点：、优点：操作简单，并列迅速，易于实现自动化操作简单，并列迅速，易于实现自动化。3 3、缺点、缺点:冲击电流大，对电力系统扰动大，不仅会引起电力系统频率振荡，冲击电流大，对电力系统扰动大，不仅会引起电力系统频率振荡，而且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降而且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降。4 4、适用：（规程规定）、适用：（规程规定）对于对于一切水轮发电机、同步调相机、发变组方式连接的汽轮发电机及一切水轮发电机、同步调相机、发变组方式连接的汽轮发电机及小容量的汽轮发电机小容量的汽轮发电机只要其端部固定良好，可采用自同期。只要其端部固定良好，可采用自同期。对于对于3000KW3000KW以上与母线直接连接的汽轮发电机以上与母线直接连接的汽轮发电机，需要验算：，需要验算：要求：要求：自同期合闸冲击电流产生的电动力自同期合闸冲击电流产生的电动力不超过不超过发电机出口三相发电机出口三相短路时所产生电动力短路时所产生电动力的一半。的一半。第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理 =基本知识点基本知识点=脉动电压脉动电压 自动准同期装置组成自动准同期装置组成 准同期并列合闸信号的控制准同期并列合闸信号的控制第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理一、脉动电压一、脉动电压（一）（一）(G与X不等)us可看成是幅值为可看成是幅值为Usm，频率，频率接近工频的交流电压波形。接近工频的交流电压波形。1、目标：找一电量，包含同步三条件信息。目标：找一电量，包含同步三条件信息。第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理2 2、由于、由于G G与与X X不等不等两电压相量间的相角差两电压相量间的相角差：由此可见，Us为正弦脉动波，又称脉动电压，最大幅值为2UG或2UX第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理Us波形图如下：相量图如下：相量图如下：第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理（二）（二）此时可求得US的值为：us波形图如下：第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理（三）利用脉动电压（三）利用脉动电压us检测准同期并列的条件检测准同期并列的条件1、电压幅值差、电压幅值差2、频率差、频率差要求要求s小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期TS大于某一个给定值。大于某一个给定值。第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理（三）利用脉动电压（三）利用脉动电压us检测准同期并列的条件检测准同期并列的条件3、合闸相角差、合闸相角差e e的控制的控制（1 1）越前时间）越前时间 考虑到断路器操动机构和合闸控制回路的固有动作时间，必考虑到断路器操动机构和合闸控制回路的固有动作时间，必须在两电压相量重和之前发出合闸信号，即取一提前量。这须在两电压相量重和之前发出合闸信号，即取一提前量。这一段时间一般称为一段时间一般称为“越前时间越前时间”。（2）恒定越前时间）恒定越前时间 由于越前时间只需按断路器的合闸时间由于越前时间只需按断路器的合闸时间(准同期装置的动作准同期装置的动作时间可忽略时间可忽略)进行整定，整定值和滑差及压差无关，故称其进行整定，整定值和滑差及压差无关，故称其为为“恒定越前时间恒定越前时间”。第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理二、自动准同期装置二、自动准同期装置1 1、自动准同期装置的组成、自动准同期装置的组成(1)(1)频差控制单元频差控制单元(2)(2)电压差控制单元电压差控制单元(3)(3)合闸信号控制单元合闸信号控制单元注意：掌握每一个组成单元的任务！注意：掌握每一个组成单元的任务！检测检测U UG G与与U UX X间的滑差角频率，且调节发间的滑差角频率，且调节发电机转速，使发电机电压的频率接近于电机转速，使发电机电压的频率接近于系统频率。系统频率。检测检测U UG G与与U UX X间的电压差，且调节发电机电压间的电压差，且调节发电机电压U UG G，使它与，使它与U UX X间的电压差小于规定值。间的电压差小于规定值。检测并列条件，当待并机组的检测并列条件，当待并机组的频率和电压都满足并列条件时，频率和电压都满足并列条件时，控制单元就选择合适的时间控制单元就选择合适的时间(恒定越前时间）发出合闸信恒定越前时间）发出合闸信号，使并列断路器的主触头接号，使并列断路器的主触头接通时，相角差为零。通时，相角差为零。第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理2 2、自动准同期装置的类型（按自动化程度分类）自动准同期装置的类型（按自动化程度分类）半自动准同期并列半自动准同期并列自动准同期并列自动准同期并列半自动准同期并列半自动准同期并列 调压：手动调压：手动 调频：手动调频：手动 合闸：自动合闸：自动全自动准同期并列全自动准同期并列 调压：自动调压：自动 调频：自动调频：自动 合闸：自动合闸：自动第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理三、准同期并列合闸信号的控制三、准同期并列合闸信号的控制1 1、越前时间、越前时间第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理三、准同期并列合闸信号的控制三、准同期并列合闸信号的控制2 2、允许滑差角速度、允许滑差角速度当当tYJ为定值时，发出合闸脉为定值时，发出合闸脉冲时的越前相角与冲时的越前相角与s s成正比成正比 在在e等于零之前的恒定时间等于零之前的恒定时间tYJ发出合闸信号，它对应的发出合闸信号，它对应的越越前相角前相角YJ的值是随的值是随s而变化的。而变化的。（1 1）理想情况，合闸时）理想情况，合闸时e e应为零应为零第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理三、准同期并列合闸信号的控制三、准同期并列合闸信号的控制2 2、允许滑差角速度、允许滑差角速度（1 1）实际上，合闸时很难做到）实际上，合闸时很难做到e e为零为零允许允许e e存在误差，设其存在误差，设其最大允许合闸相角为最大允许合闸相角为eyey此时，此时，最大允许滑差为最大允许滑差为sysy。三、准同期并列合闸信号的控制三、准同期并列合闸信号的控制2 2、允许滑差角速度、允许滑差角速度第二节第二节 准同期并列的基本原理准同期并列的基本原理考虑到并列前发电机空载运行，定子电压考虑到并列前发电机空载运行，定子电压Eq与与电势相等。电势相等。因为因为ey决定于发电机的允许最大冲击电流决定于发电机的允许最大冲击电流考虑并列时电压可能超过额定电压的5 第三节第三节 恒定越前时间装置恒定越前时间装置=基本知识点基本知识点=o线性整步电压线性整步电压o信号的实时检测信号的实时检测o频率差和电压差的调整频率差和电压差的调整o合闸信号控制逻辑合闸信号控制逻辑o最佳恒定越前时间最佳恒定越前时间第三节第三节 恒定越前时间并列装置恒定越前时间并列装置 脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：电脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：电压幅值差、频率差和合闸相角差。但是，在实际压幅值差、频率差和合闸相角差。但是，在实际装置中，却不能利用它检测并列条件。装置中，却不能利用它检测并列条件。因为它的幅值与发电机电压及系统电压有关。因为它的幅值与发电机电压及系统电压有关。这就使得利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号这就使得利用脉动电压检测并列条件的越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号和频率检测引入了受电压影响的因素，造成越前时间信号时间误差不准，从而成为引起合闸误差的原因之一。时间误差不准，从而成为引起合闸误差的原因之一。若：1、脉动电压脉动电压 若：第三节第三节 恒定越前时间并列装置恒定越前时间并列装置特特点点：脉脉动动电电压压不不仅仅是是相相角角差差的的函函数数，还还与与电电压压差差有有关关。此此并并列列条条件件检检测测引入误差成为合闸误差的原因之一。引入误差成为合闸误差的原因之一。应用：早期曾采用，现已被应用：早期曾采用，现已被“线性整步电压线性整步电压”替代。替代。第三节第三节 恒定越前时间并列装置恒定越前时间并列装置一、线性整步电压一、线性整步电压 1 1、线性整步电压定义：、线性整步电压定义：线性整步电压线性整步电压-指其幅值指其幅值在一周期内与相角差在一周期内与相角差e e分段按分段按比例变化的电压。比例变化的电压。注意：线性整步电压只与发电机电压和系统电压的相角差注意：线性整步电压只与发电机电压和系统电压的相角差e e有关，而与它们的幅值无关。有关，而与它们的幅值无关。2 2、线性整步电压的表达式、线性整步电压的表达式:U Uslsl的上升段的上升段Uslm-Usl的最大值的最大值U Uslsl的周期的周期T TS S表征发电机电压和系统电压频率差表征发电机电压和系统电压频率差f f的大小：的大小：U Uslsl的下降段的下降段第三节第三节 恒定越前时间并列装置恒定越前时间并列装置3 3、线性整步电压的形成电路、线性整步电压的形成电路形成电路由形成电路由整形电路整形电路、相敏电路相敏电路 及及滤波电路滤波电路三部分组成。三部分组成。（1 1）整形电路）整形电路发电机电压发电机电压U UG G整形原理：整形原理：U UG G正半周时，正半周时，V V101101导通，集电极电位导通，集电极电位U U101c101c约为约为0V.0V.U UG G负半周时，负半周时，V V101101截止，集电极电位截止，集电极电位U U101c101c约为约为12V.12V.由由V V102102和二级管和二级管VDVD104104VDVD106 106 组成的整形电路对系统电压组成的整形电路对系统电压U UX X整形。整形。工作原理与由工作原理与由V V101101和二级管和二级管VDVD101101VDVD103103 组成的整形电路相同。组成的整形电路相同。（2 2）相敏电路）相敏电路 当当U U101C101C和和U U102C102C同时为高电位或同时同时为高电位或同时为低电位时为低电位时，V V103103因不能获得基极电流因不能获得基极电流而截止，集电极电位而截止，集电极电位U U103C103C为高电位为高电位，约为约为40V40V。当当U U101C101C和和U U102C102C一个为高电位、一个一个为高电位、一个为低电位时为低电位时，V V103103因导通，集电极电位因导通，集电极电位U U103C103C为低电位为低电位。（3 3）滤波和射级跟随器）滤波和射级跟随器L1L1L2L2C101C101C102C102滤波电路作用滤波电路作用:将将U U103C103C中的高次谐波滤掉，中的高次谐波滤掉，形成幅值为三角形的整步电压。形成幅值为三角形的整步电压。射级跟随器作用射级跟随器作用:提高整步电压形成电提高整步电压形成电路的负载能力，使三角形整步电压的波路的负载能力，使三角形整步电压的波形不受它后边电路工作的影响。形不受它后边电路工作的影响。V V105105的发射极电位的发射极电位U U105e105e就是就是ZZQ-5ZZQ-5型自动准同期装置中的线性整型自动准同期装置中的线性整步电压步电压U Uslsl整步电压形成电路的波形图整步电压形成电路的波形图:二、恒定越前时间形成的原理二、恒定越前时间形成的原理 线性整步电压线性整步电压U Uslsl经过经过R R114114(R R1 1)、R R115115(R R2 2)和和C C组成的比例、微分组成的比例、微分电路之后，送入三极管电路之后，送入三极管V V106106 和和 V V107107组成的电平检测器与电平检测组成的电平检测器与电平检测器的翻转电平器的翻转电平U Udtdt(V V107107的基极电位，由的基极电位，由R R120120整定整定）进行比较，）进行比较，由由V V108108集电极输出恒定越前时间信号。集电极输出恒定越前时间信号。电平检测器电平检测器USL对应于对应于U UsLsL上升段：上升段：注意：求注意：求i iR R时认为电容时认为电容c c开路开路!通过电阻通过电阻R R114114的电流为：的电流为：求电阻求电阻R R114114上的电流上的电流i iR R电平检测器电平检测器USL 由于电容由于电容C C的容抗较大，电容的容抗较大，电容C C两端的电压两端的电压U UC C可以看成可以看成C C开路开路时在时在R R114114上产生的电压。上产生的电压。求通过电容求通过电容C C的电流的电流i ic cUSL设电平检测器的翻转电平为：设电平检测器的翻转电平为：则电平检测器动作的临界条件为则电平检测器动作的临界条件为：求电阻求电阻R R115115上的电压上的电压求越前时间求越前时间t tYJYJUSL恒定越前时间形成电路的波形图恒定越前时间形成电路的波形图从图中可以看出，对于不从图中可以看出，对于不同的线性整步电压产生的同的线性整步电压产生的越前时间相同越前时间相同。恒定越前时间的特点：恒定越前时间的特点：t tYJYJ仅与仅与R R1 1及及C C的数值有关，与滑差角频率的数值有关，与滑差角频率s s无关，是常量；无关，是常量；右端的负号表示：在右端的负号表示：在e e0 0之前动作，即为之前动作，即为“越前越前”。t tYJYJ的大小可以整定：的大小可以整定：当断路器的合闸时间不同时，可以分别调整电阻当断路器的合闸时间不同时，可以分别调整电阻R R1 1（细调）（细调）和电容和电容C C（粗调）的数值，以获取相应的越前时间，使并列瞬间粗调）的数值，以获取相应的越前时间，使并列瞬间相角差为零。相角差为零。三、滑差检测三、滑差检测1 1、滑差检测原理、滑差检测原理首先选定一个角度首先选定一个角度sysy允许滑差角频率，是自动准同期装置的整定值。允许滑差角频率，是自动准同期装置的整定值。t th h断路器合闸时间，对于选定的断路器及其合闸回路，断路器合闸时间，对于选定的断路器及其合闸回路，是已知的；是已知的；t tYJYJ自动准同期装置恒定越前时间，自动准同期装置恒定越前时间，tYJ=th对于确定的发电机及其断路器，对于确定的发电机及其断路器，是一个确定的已知值。是一个确定的已知值。滑差检测单元的作用：检测发电机电压与系统电压的滑差检测单元的作用：检测发电机电压与系统电压的频率频率之差之差（滑差），若滑差不超过规定的允许值，则发闭锁合闸信号。（滑差），若滑差不超过规定的允许值，则发闭锁合闸信号。1 1、滑差检测原理、滑差检测原理s s实际滑差角频率；实际滑差角频率；t t以速度以速度s s走过角度走过角度 所用的时间。所用的时间。然后，检测发电机电压然后，检测发电机电压U UG G以滑差角频率以滑差角频率s s相对系统电压相对系统电压U UX X转转动时走过角度动时走过角度所用的时间。所用的时间。走过走过所用的时间长，则所用的时间长，则s s小；时间短，则小；时间短，则s s大。大。t t t tYJYJ,s s sysy，说明频差满足条件；，说明频差满足条件；t t sysy，说明频差不满足条件。，说明频差不满足条件。1 1、滑差检测原理、滑差检测原理 电路实现：利用比较恒定越前时间电路和恒定电路实现：利用比较恒定越前时间电路和恒定越前相角电路的动作次序来实现滑差检测。越前相角电路的动作次序来实现滑差检测。产生角度产生角度的电路为恒定越前相角电路。的电路为恒定越前相角电路。2 2、滑差检测电路的组成、滑差检测电路的组成（1 1）恒定越前相角电平检测器：）恒定越前相角电平检测器：BGBG113113、BGBG114114和和BGBG115115组成差分式施密特触发组成差分式施密特触发器，接线与恒定越前时间电平检测器相同。器，接线与恒定越前时间电平检测器相同。此电平检测器的翻转电平由此电平检测器的翻转电平由R R142142整定，并由整定，并由BGBG113113基极输入线性整基极输入线性整步电压步电压U UZbZb。当当BGBG113113输入电平（线形整步电压输入电平（线形整步电压U UsLsL）低于整定电平时，）低于整定电平时，BGBG113113导通，导通，BGBG114114截止，因而截止，因而BGBG115115截止，截止，输出高电平输出高电平；当当BGBG113113输入电平（线形整步电压输入电平（线形整步电压U USLSL）高于整定电平时，高于整定电平时，BGBG113113截截止，止，BGBG114114导通，因而导通，因而BGBG115115导通，导通，输出低电平；表示电平检测输出低电平；表示电平检测器因整定的恒定越前相角到达而动作。器因整定的恒定越前相角到达而动作。恒定越前相角形成电路恒定越前相角形成电路USL频差检测的频差检测的时间关系图时间关系图由图可以看出由图可以看出:左半部分左半部分t tt tYJYJ，s ssysy；右半部分；右半部分t t t tYJYJ，s s f fx x时时:s s00，在在e e的值的值为为0 0至至时，时，U UG G超前超前U UX X；在在e e的值为的值为-至至0 0时，时，U UG G滞后滞后U Us s 。当当f fG G f fx x时，时，s s0 f fx x时时:的值为的值为0 0至至时时,U,UG G超前超前U UX X；的值为的值为至至0 0时时,U,UG G滞后滞后U UX X 。当当f fG G fx 如果如果UG滞后滞后UX，则，则 fG f fx x 如果如果U UG G滞后滞后U Ux x,则则 f fG G f fx x 准同期装置准同期装置应用该原理时，通过区间鉴别与越前鉴别应用该原理时，通过区间鉴别与越前鉴别 两种措施来实现。两种措施来实现。(1)(1)区间鉴别区间鉴别 区间鉴别的任务区间鉴别的任务:从线形整步电压的下降段中取出一个信号表征从线形整步电压的下降段中取出一个信号表征 在在00 之间。之间。(二二)频差方向检测电路频差方向检测电路BGBG203203和和BGBG204204组成一个施密特触发器组成一个施密特触发器输入电压输入电压U UzbzbUUU203e203e时时:BGBG203203导通，导通，BGBG204204和和BGBG205205截止，截止，C C203203由由12V12V充电，充电，充电开始时，充电开始时，C C203203右电极电位右电极电位U UC203C203瞬时下降为零，之后逐渐上升为瞬时下降为零，之后逐渐上升为12V12V，同时同时BGBG206206继续导通，继续导通，U U206C206C约为高电平，约为高电平，0V区间鉴别电路区间鉴别电路输入电压输入电压U Uzbzb下降到下降到U Uzbzb UU203e203e时时:BGBG203203截止，截止，BGBG204204和和BGBG205205导通，导通，C C203203左电极电位突然升高到近左电极电位突然升高到近12V12V，C C203203右电极电位右电极电位U UC203C203突然升高到近突然升高到近24V24V，使，使BGBG206206截止，截止，U U206C206C降到零电位，但是降到零电位，但是C C203203右电极的高电位是维持不住的，将放电至右电极的高电位是维持不住的，将放电至C C203203的右电极电位的右电极电位U U203C203C+12V+12V时，时，BGBG206206重新导通，重新导通，U U206C206C重新回到高电平，重新回到高电平，图中图中U U206C206C的两个短时间的零电位表示的两个短时间的零电位表示在在0 0 之间。之间。（2 2）超前鉴别）超前鉴别超前鉴别的任务是判别两个电压相量超前鉴别的任务是判别两个电压相量U UG G和和U UX X哪一个超前。哪一个超前。原理：原理：U UG G和和U UX X由负到正（或由正到负）相继过零时哪个在前哪个就是超前由负到正（或由正到负）相继过零时哪个在前哪个就是超前。将。将U UG G和和U UX X经过整形后变成方波经过整形后变成方波U UGFGF和和U UXFXF，然后通过微分电路将，然后通过微分电路将U UGFGF的下降沿取出来的下降沿取出来与与U UXFXF进行进行“与与”运算，得出电压运算，得出电压U U201C201C，在，在U U201C201C出现尖峰脉冲的时刻即表征出现尖峰脉冲的时刻即表征U UG G超超前前U UX X。3、比例调节、比例调节 在每一个滑差周期内发一次宽度恒定的增速或减速脉冲，在每一个滑差周期内发一次宽度恒定的增速或减速脉冲，均频脉冲时间的占用率与频差成正比，称为比例脉冲调节制。均频脉冲时间的占用率与频差成正比，称为比例脉冲调节制。它能在频差大时，使均频脉冲的次数较为频繁，进入汽它能在频差大时，使均频脉冲的次数较为频繁，进入汽轮机的动力元素在单位时间内的改变量较大，以迅速弥补频轮机的动力元素在单位时间内的改变量较大，以迅速弥补频率的差别；率的差别；而在频差小时，使均频脉冲的次数较少，进人汽轮机而在频差小时，使均频脉冲的次数较少，进人汽轮机的动力元素在单位时间内的改变量也较小，从而避免过调。的动力元素在单位时间内的改变量也较小，从而避免过调。所以，比例调节脉冲可以使均频过程迅速而平稳地进行所以，比例调节脉冲可以使均频过程迅速而平稳地进行。七、压差控制、压差控制作用：判断发电机电压幅值高于还是低于系统电压的幅值，作用：判断发电机电压幅值高于还是低于系统电压的幅值，发出降压或升压信号给机组励磁控制系统，调节发电机出口发出降压或升压信号给机组励磁控制系统，调节发电机出口电压，使发电机电压幅值和系统电压幅值之差减小。电压，使发电机电压幅值和系统电压幅值之差减小。1 1、电压差方向判别电路、电压差方向判别电路2 2、脉冲展宽回路、脉冲展宽回路 脉冲展宽的作用是为了使自动准同期装置适用于各种具脉冲展宽的作用是为了使自动准同期装置适用于各种具有不同动态特性的励磁系统的机组，防止均压过程中出现发有不同动态特性的励磁系统的机组，防止均压过程中出现发电机电压过调节和欠调节。电机电压过调节和欠调节。3 3、脉冲间隔调节、脉冲间隔调节均压控制单元电路组成：均压控制单元电路组成：第四节第四节 数字式并列装置数字式并列装置一、概述一、概述 用大规模集成电路微处理器（用大规模集成电路微处理器（CPUCPU）等器件构成的数字式并）等器件构成的数字式并列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期T Ts s时间内，时间内，把把s s假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性，假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性，采用较为精确的公式，按照采用较为精确的公式，按照e e当时的变化规律，选择最佳的越当时的变化规律，选择最佳的越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自动前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自动并列装置的技术性能和运行可靠性并列装置的技术性能和运行可靠性。数字式并列装置由硬件和软件组成数字式并列装置由硬件和软件组成。二、数字式并列装置的硬件电路二、数字式并列装置的硬件电路（一）主机（一）主机 微处理器（微处理器（CPUCPU）是控制装置的核心。）是控制装置的核心。（二）输入、输出接口电路（二）输入、输出接口电路 在计算机控制系统中，输入、输出过程通道的信息不能在计算机控制系统中，输入、输出过程通道的信息不能直接与主机的总线相接，它必须由接口电路来完成信息传直接与主机的总线相接，它必须由接口电路来完成信息传递的任务。递的任务。（三）输入、输出过程通道（三）输入、输出过程通道 为了实现发电机自动并列操作，须将电网和待并发电机为了实现发电机自动并列操作，须将电网和待并发电机的电压、频率等状态量按要求送到接口电路进入主机。的电压、频率等状态量按要求送到接口电路进入主机。二、数字式并列装置的硬件电路二、数字式并列装置的硬件电路（三）输入输出过程通道（三）输入输出过程通道1、输入通道、输入通道（1）交流电压幅值测量）交流电压幅值测量 （2）频率测量）频率测量二、数字式并列装置的硬件电路二、数字式并列装置的硬件电路测量交流信号波形的周期测量交流信号波形的周期T。把交流电压正弦信号转化为。把交流电压正弦信号转化为方波，经二分频后，它的半波时间即为交流电压的周期方波，经二分频后，它的半波时间即为交流电压的周期T。（3）相角差）相角差e测量测量把电压互感器二次侧的交流电压信号转换成同频、同相的方波。把电压互感器二次侧的交流电压信号转换成同频、同相的方波。UG、UX的两个方波信号接到异或门，当两个方波输入电平不同的两个方波信号接到异或门，当两个方波输入电平不同时，异或门输出为高电平，用于控制可编程定时计数器的计数时，异或门输出为高电平，用于控制可编程定时计数器的计数时间，其计数值时间，其计数值N即与两波形间的相角差即与两波形间的相角差e相对应。相对应。2、输出通道、输出通道 自动并列装置的输出控制信号有：自动并列装置的输出控制信号有：发电机转速调节的增速、减速信号；发电机转速调节的增速、减速信号；调节发电机电压的升压、降压信号；调节发电机电压的升压、降压信号；并列断路器合闸脉冲控制信号。并列断路器合闸脉冲控制信号。这些控制信号可由并行接口电路输出，经放大后驱这些控制信号可由并行接口电路输出，经放大后驱动继电器用触点控制相应的电路。动继电器用触点控制相应的电路。二、数字式并列装置的硬件电路二、数字式并列装置的硬件电路（四）人一机联系（四）人一机联系 主要用于程序调试，设置或修改参数。主要用于程序调试，设置或修改参数。常用的设备有：常用的设备有：（1）键盘）键盘用于输入程序和数据。用于输入程序和数据。（2）按钮）按钮供运行人员操作。供运行人员操作。（3）CRT显示器显示器生产厂调试程序时需要生产厂调试程序时需要（4）数码和发光二极管显示指示）数码和发光二极管显示指示为操作人员提为操作人员提供直观的显示方式，以利于过程的监控。供直观的显示方式，以利于过程的监控。二、数字式并列装置的硬件电路二、数字式并列装置的硬件电路三、数字式并列装置的软件三、数字式并列装置的软件（一）电压检测电压检测 （二）频率检测（二）频率检测 发电机电压和系统电压分别由可编程定时计数器计数，主发电机电压和系统电压分别由可编程定时计数器计数，主机读取计数脉冲值机读取计数脉冲值N Nx x和和N NG G,由式由式(1-17)(1-17)求得求得f fx x和和f fG G。把频率。把频率差的绝对值与设定的允许偏差阀值比较，作出是否允许并差的绝对值与设定的允许偏差阀值比较，作出是否允许并列的判断。按发电机频率高于或低于电网频率来输出减速列的判断。按发电机频率高于或低于电网频率来输出减速或增速信号。或增速信号。三、数字式并列装置的软件三、数字式并列装置的软件（三）越前时间检测（三）越前时间检测（相角差相角差e e测量原理）测量原理）（三）越前时间检测（三）越前时间检测设系统频率为额定值设系统频率为额定值50Hz50Hz，待并发电机的频率低于，待并发电机的频率低于50Hz50Hz。从电。从电压互感器二次侧来的电压波形如图压互感器二次侧来的电压波形如图1-241-24（a a）所示，）所示，经削波限幅后得到图经削波限幅后得到图1-241-24（b b）所示的方波，）所示的方波，两方波异或后得到图两方波异或后得到图1-241-24（c c）中的一系列宽度不等的矩形波。）中的一系列宽度不等的矩形波。显然，这一系列矩形波宽度显然，这一系列矩形波宽度i i与相角差与相角差i i相对应。相对应。系统电压方波的宽度系统电压方波的宽度x为已知，它等于二分之一周期为已知，它等于二分之一周期，因此因此i可按下式求得：可按下式求得：式中式中x和和i的值，的值，CPU可以从定时计数器读入求得。可以从定时计数器读入求得。（三）越前时间检测（三）越前时间检测理想的导前合闸相角理想的导前合闸相角YJ，它可以计及，它可以计及e含有加速度的情况：含有加速度的情况：式中式中si计算点的滑差角速度，其值可按下式求得计算点的滑差角速度，其值可按下式求得其中其中i和和i-1分别是计算点和上一个计算点的角度值；分别是计算点和上一个计算点的角度值；2x两计算点的时间；两计算点的时间；tDC微处理器发出合闸信号到主触头闭合时需要经历的时间。微处理器发出合闸信号到主触头闭合时需要经历的时间。设设tc为出口继电器动作时间，则为出口继电器动作时间，则tDC=tQF+tC（三）越前时间检测（三）越前时间检测 据式（据式（1-181-18）可以求出最佳的合闸越前相角）可以求出最佳的合闸越前相角YJYJ值，该值与本值，该值与本计算点的相角计算点的相角i i按下式进行比较（下式中按下式进行比较（下式中为计算允许误差）为计算允许误差）（1-22）式成立，则立刻发出合闸信号。）式成立，则立刻发出合闸信号。则继续进行下一点计算，直到则继续进行下一点计算，直到i逐渐逼近逐渐逼近YJ符合符合（1-221-22）式为止。式为止。（三）越前时间检测（三）越前时间检测（三）越前时间检测（三）越前时间检测课堂小结课堂小结F 重点：重点：并列操作的概念、对并列操作的基本要求；并列操作的概念、对并列操作的基本要求；并列操作的概念、对并列操作的基本要求；并列操作的概念、对并列操作的基本要求；并列操作的两种方式；并列操作的两种方式；并列操作的两种方式；并列操作的两种方式；准同期并列的理想条件；准同期并列的理想条件；准同期并列的理想条件；准同期并列的理想条件；自动准同期装置的组成；自动准同期装置的组成；自动准同期装置的组成；自动准同期装置的组成；恒定越前时间并列装置的基本原理恒定越前时间并列装置的基本原理恒定越前时间并列装置的基本原理恒定越前时间并列装置的基本原理 ；微机式准同期装置的原理与优点。微机式准同期装置的原理与优点。微机式准同期装置的原理与优点。微机式准同期装置的原理与优点。本章作业：本章作业：1、什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基本原则。本原则。2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？3、什么是准同期的恒定越前时间、什么是准同期的恒定越前时间?它的整定值与哪些因素有关，它的整定值与哪些因素有关，应当如何整定应当如何整定?4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成、自动准同期装置由哪三个控制单元组成?它们各自的主要任它们各自的主要任务是什么务是什么?5、何谓滑差、滑差周期？与相角差、何谓滑差、滑差周期？与相角差有什么关系？有什么关系？6、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检测、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检测、相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。