第一章 同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)準(zhǔn)同期

第一章

同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)準(zhǔn)同期第一節(jié)概述=======基本知識(shí)點(diǎn)=======并列的基本概念準(zhǔn)同期并列和自同期并列自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的功能一、并列操作的基本概念電力系統(tǒng)運(yùn)行中，任一母線(xiàn)電壓瞬時(shí)值可表示為式中:

——電壓幅值

ω——電壓的角速度

Φ——初相角§1.1概述并列操作

如圖所示，一臺(tái)發(fā)電機(jī)組在投入系統(tǒng)之前，它的電壓與并列母線(xiàn)電壓的狀態(tài)往往不等，須對(duì)待并發(fā)電機(jī)組進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，使之符合并列條件后才允許斷路器合閘作并網(wǎng)運(yùn)行。

這一系列操作稱(chēng)為并列操作。檢測(cè)調(diào)整并網(wǎng)§1.1概述同步發(fā)電機(jī)組并列時(shí)遵循的原則：并列操作的重要性:(1)操作頻繁(2)不恰當(dāng)操作后果嚴(yán)重（大型機(jī)組）§1.1概述并列方法分類(lèi):(1)準(zhǔn)同期并列：（一般采用）If→合閘→暫態(tài)→同步過(guò)程：發(fā)電機(jī)在并列合閘前已加勵(lì)磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓的幅值、頻率、相位分別與并列點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)電壓的幅值、頻率、相位接近相等時(shí)，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘，完成并列操作。優(yōu)點(diǎn)：是沖擊電流??；不足：并列時(shí)間較長(zhǎng)且操作復(fù)雜。(2)自同期并列：無(wú)If→UN→合閘→加If→暫態(tài)→同步過(guò)程：將未加勵(lì)磁、接近同步轉(zhuǎn)速的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)，隨后給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁，在原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、同步力矩的作用下將發(fā)電機(jī)拉入同步，完成并列操作。優(yōu)點(diǎn)：并列時(shí)間短且操作簡(jiǎn)單。不足：從系統(tǒng)中吸收無(wú)功而造成系統(tǒng)電壓下降，產(chǎn)生沖擊電流?！?.1概述§1.1概述§1.1概述分析機(jī)組并列時(shí)偏離理想條件所引起的后果§1.1概述沖擊電流概念：在短路后約半個(gè)周波（0.01秒）時(shí)將出現(xiàn)短路電流的最大瞬時(shí)值，稱(chēng)為沖擊電流。計(jì)算公式：，KM-沖擊系數(shù)，發(fā)電機(jī)端取1.8；—沖擊電流有效值

，Ih.max-沖擊電流最大值。物理意義：它會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)力（在電氣設(shè)備中產(chǎn)生的電動(dòng)力與其平方成正比），其大小可用來(lái)校驗(yàn)電工設(shè)備在發(fā)生短路時(shí)機(jī)械應(yīng)力的動(dòng)穩(wěn)定性。§1.1概述+XX+XXXX—電力系統(tǒng)等值電抗<(1~2)Ie§1.1概述沖擊電動(dòng)力對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組端部機(jī)械產(chǎn)生危害！§1.1概述+XX—發(fā)電機(jī)交軸次暫態(tài)電動(dòng)勢(shì)此時(shí)發(fā)電機(jī)為空載情況§1.1概述沖擊電動(dòng)力使機(jī)組聯(lián)軸受到突然沖擊！§1.1概述（三）頻率不相等并列合閘時(shí)：電壓幅值相等；頻率不相等滑差越大，并列時(shí)沖擊就越大，嚴(yán)格限值：操作手冊(cè)一般取10～16s.發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同步并列的實(shí)際條件：(1)待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電壓幅值接近相等，電壓差不應(yīng)超過(guò)額定電壓的5%~10%。(2)在斷路器合閘瞬間，待并發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的相位差應(yīng)接近零，誤差不應(yīng)大于5°。(3)待并發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的頻率應(yīng)接近相等，頻率差不應(yīng)超過(guò)額定頻率的0.2%~0.5%。三、準(zhǔn)同期并列裝置

1全自動(dòng)準(zhǔn)同期并列（1）頻差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而改變頻差；（2）壓差控制單元：調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁，從而改變壓差；（3）合閘信號(hào)控制單元：選擇合適合閘時(shí)間2半自動(dòng)準(zhǔn)同期并列（1）調(diào)壓：手動(dòng)（2）調(diào)頻：手動(dòng)（3）合閘：自動(dòng)3手動(dòng)準(zhǔn)同期并列（1）調(diào)壓：手動(dòng)（2）調(diào)頻：手動(dòng)（3）合閘：手動(dòng)第二節(jié)準(zhǔn)同期并列的基本原理=======基本知識(shí)點(diǎn)=======脈動(dòng)電壓自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置組成準(zhǔn)同期并列合閘信號(hào)的控制一.脈動(dòng)電壓UG=UX§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理可見(jiàn)：

脈動(dòng)電壓波形中載有準(zhǔn)同期并列所需檢測(cè)的信息——

電壓幅值差、頻率差、相角差隨時(shí)間變換的規(guī)律。所以：

可以利用脈動(dòng)電壓檢測(cè)準(zhǔn)同期并列的條件?！?.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理表明：

合閘時(shí)間即使掌握的非常理想，并列點(diǎn)兩側(cè)有電壓幅值差存在時(shí)仍會(huì)導(dǎo)致沖擊電流（正比）。結(jié)論：必須限制電壓差幅值，作為并列條件之一?！?.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理缺點(diǎn)：假設(shè)一個(gè)滑差周期內(nèi)，Ws保持穩(wěn)定，結(jié)論：

測(cè)量

Ts的值可以檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)間的滑差角頻率ws的大小，即頻率差的大小。但實(shí)際并不一定，還應(yīng)考慮相角差加速度dWs/dt?！?.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理調(diào)速器勵(lì)磁控制器是否有必要？是否改成三個(gè)單元信息線(xiàn)？§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理可整定2、允許電壓差US=(0.1~0.15)UN§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理3、允許滑差角頻率越前相角值隨ws變化§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理理論上可以實(shí)現(xiàn)合閘相角差為零§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理（2－17）§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理考慮并列時(shí)電壓可能超過(guò)額定電壓的5％§1.2準(zhǔn)同期并列的基本原理第三節(jié)恒定越前時(shí)間裝置=======基本知識(shí)點(diǎn)=======線(xiàn)性整步電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)頻率差和電壓差的調(diào)整合閘信號(hào)控制邏輯最佳恒定越前時(shí)間§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置一、線(xiàn)性整步電壓前已述：脈動(dòng)電壓可為自動(dòng)并列裝置檢測(cè)和控制提供所需信息。整步電壓——自動(dòng)并列裝置檢測(cè)并列條件的電壓。合閘信號(hào)何時(shí)發(fā)出?如何實(shí)現(xiàn)？§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置1.正弦型整步電壓——電壓差uS的正弦型包絡(luò)線(xiàn)。

若：

若：KZ——整流系數(shù)tYJwSUS§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置特點(diǎn)：正弦型整步電壓不僅是相角差的函數(shù)，還與電壓差有關(guān)。此并列條件檢測(cè)引入誤差成為合閘誤差的原因之一。應(yīng)用：早期曾采用，現(xiàn)已被“線(xiàn)性整步電壓”替代。§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置2.2.線(xiàn)性整步電壓§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置2.因此：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。2.線(xiàn)性整步電壓§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置全波線(xiàn)性整步電壓整形電路：形成方波相敏電路濾波電路§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置線(xiàn)性整步電壓如何形成？§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置整形電路相敏電路電壓變換低通濾波器射級(jí)跟隨器§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置二、信號(hào)的實(shí)時(shí)檢測(cè)模擬方案：電壓信號(hào)的變換、比較等電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字方案：CPU采樣、脈沖計(jì)數(shù)、計(jì)算分析（*）§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置1.相角差線(xiàn)性整步電壓與相角差的對(duì)應(yīng)關(guān)系是從寬度不等的矩形波經(jīng)濾波處理后獲得的。

缺點(diǎn)：（1）濾波引入誤差；（2）一個(gè)滑差周期內(nèi)，假設(shè)Ws保持穩(wěn)定，但實(shí)際并不一定，還應(yīng)考慮相角差加速度dWs/dt。解決辦法：數(shù)字式自動(dòng)并列裝置可以發(fā)揮高速運(yùn)算優(yōu)勢(shì)，充分利用相角差軌跡信息，提高并列裝置的合閘控制技術(shù)水平?！?.3恒定越前時(shí)間并列裝置（2）實(shí)時(shí)記錄矩形波寬度，得到相角差的運(yùn)動(dòng)軌跡，其載有除電壓幅值外極其豐富的并列條件信息，其作用與整步電壓相似。（1）取消濾波，整流后直接讀取脈沖寬度；當(dāng)前相角差、滑差角頻率、相角差加速度、恒定越前時(shí)間的最佳合閘導(dǎo)前相角差等。

利用微機(jī)實(shí)現(xiàn)相角差測(cè)量的方案：注意與全波線(xiàn)性整步電壓中區(qū)別§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置與全波線(xiàn)性整步電壓區(qū)別：§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置1、整形電路相位2、異或電路輸出3、相角差和矩形寬度關(guān)系4、不用濾波

[-PI~PI][0~2PI]相角差為0：脈沖寬度有效判別區(qū)§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置2.頻率差線(xiàn)性整步電壓也可用于頻率差的檢測(cè)但具有與前述一樣的缺點(diǎn)方法1——相角差軌跡中含有滑差角頻率的信息：§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置方法2——直接測(cè)量?jī)刹⒘须妷侯l率，求取頻率差值以及頻率高、低的信息：§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置fc:計(jì)數(shù)脈沖頻率頻率差和相角差檢測(cè)電路中，不載有并列點(diǎn)兩側(cè)電壓幅值的信息，所以需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)的電壓差檢測(cè)電路。方法——直接讀入并列點(diǎn)兩側(cè)電壓幅值，然后計(jì)算差值。§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置3.電壓差（1）直接交流采樣；（2）采用傳感器芯片（AD536A)——把交流電壓均方根值轉(zhuǎn)換為低電平直流信號(hào)?！?.3恒定越前時(shí)間并列裝置§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置三、頻率差和電壓差的調(diào)整§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置1.頻率差調(diào)整任務(wù)：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的范圍，以促進(jìn)并列的實(shí)現(xiàn)。（1），發(fā)升速脈沖；（2），發(fā)減速脈沖；調(diào)節(jié)準(zhǔn)則：比例調(diào)節(jié)準(zhǔn)則。（1）頻率差大，發(fā)出的調(diào)節(jié)量相對(duì)大些；（2）頻率差小，發(fā)出的調(diào)節(jié)量相對(duì)小些；頻差控制單元組成：§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置（1）頻率差測(cè)量部分——

判別頻率差值大小，作為是否需要調(diào)速的依據(jù)；判斷頻率大小關(guān)系，作為發(fā)升速或降速脈沖的依據(jù)；（2）調(diào)節(jié)量控制部分——比例脈沖調(diào)節(jié)制：每一個(gè)滑差周期內(nèi)發(fā)一次寬度恒定的增速或減速脈沖，控制輸出均頻脈沖時(shí)間的占用率與頻差成正比——頻差大時(shí)，脈沖次數(shù)較為頻繁，原動(dòng)機(jī)單位時(shí)間內(nèi)改變量較大。

調(diào)節(jié)對(duì)象：發(fā)電機(jī)調(diào)速器?？刂齐姍C(jī)：§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置（2）伺服電動(dòng)機(jī)（執(zhí)行電動(dòng)機(jī)）

在自控系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。

原理：驅(qū)動(dòng)器控制的三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子（永磁鐵）在此磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)電動(dòng)機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度?！?.3恒定越前時(shí)間并列裝置（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。原理：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，就驅(qū)動(dòng)其按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。脈沖個(gè)數(shù)——角位移量，達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；脈沖頻率——速度、加速度，進(jìn)行調(diào)速。2.電壓差調(diào)整任務(wù)：在并列操作過(guò)程中自動(dòng)調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)的電壓值，使電壓差條件符合并列的要求?！?.3恒定越前時(shí)間并列裝置（1），發(fā)升壓脈沖；（2），發(fā)降壓脈沖；實(shí)施原理、原則：與頻率差調(diào)整相似?！?.3恒定越前時(shí)間并列裝置四、合閘信號(hào)控制邏輯恒定越前時(shí)間準(zhǔn)同期并列裝置中的合閘信號(hào)控制單元由下列環(huán)節(jié)組成：滑差角頻率檢測(cè)電壓差檢測(cè)越前時(shí)間信號(hào)發(fā)生§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置電壓不允許滑差不允許H1越前時(shí)間信號(hào)Y1（合閘信號(hào)）110X0100X0010X00010000111§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置判別區(qū)：§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置五、最佳恒定越前時(shí)間一個(gè)滑差周期內(nèi)，假設(shè)Ws保持穩(wěn)定，但實(shí)際并不一定，還應(yīng)考慮相角差加速度dWs/dt。數(shù)字式自動(dòng)并列裝置可以發(fā)揮高速運(yùn)算優(yōu)勢(shì)，充分利用相角差軌跡信息，提高并列裝置的合閘控制技術(shù)水平。圖—>式—>tDC=tYJ§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置

由于兩相鄰計(jì)算點(diǎn)間的變化甚微，因此一般可經(jīng)若干計(jì)算點(diǎn)后才計(jì)算一次，所以：§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置有效判別區(qū)§1.3恒定越前時(shí)間并列裝置錯(cuò)過(guò)合閘時(shí)機(jī)P22,圖1-26定