新能源技術(shù)小水力發(fā)電2樊

水力發(fā)電機(jī)組自動控制系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)有：水力發(fā)電機(jī)組的自動并列自動調(diào)節(jié)勵磁、頻率和有功功率無功功率的補(bǔ)償水力發(fā)電機(jī)組的自動操作，自動保護(hù)等5.4水輪發(fā)電機(jī)組的自動控制系統(tǒng)5.4.1.1水力發(fā)電機(jī)組自動控制系統(tǒng)的任務(wù)5.4.1小水力發(fā)電技術(shù)的自動控制系統(tǒng)負(fù)載要求電能的電壓和頻率應(yīng)為額定值，波動小。發(fā)電機(jī)發(fā)出電能的電壓、頻率或并網(wǎng)電壓、頻率的穩(wěn)定度分別取決于發(fā)電機(jī)或電網(wǎng)內(nèi)無功與有功功率的平衡。頻率的波動是由發(fā)電機(jī)輸入功率和輸出功率之間的不平衡引起的。電壓的波動主要由負(fù)載大小的變化和負(fù)載性質(zhì)的變化（即有功功率和無功功率的變化）引起。

水輪發(fā)電機(jī)組控制的基本任務(wù):根據(jù)負(fù)載的變化不斷調(diào)整水輪發(fā)電機(jī)組的有功和無功功率輸出，并維持機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）和輸出端電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。兩者的調(diào)節(jié)相對獨立，相互影響較小。水輪發(fā)電機(jī)組頻率的控制由水輪機(jī)調(diào)速器實現(xiàn)端電壓的穩(wěn)定可由發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器來完成式中

TS——水輪機(jī)的動力轉(zhuǎn)矩（N·m）；

TL——發(fā)電機(jī)阻轉(zhuǎn)矩，包括發(fā)電機(jī)電磁制動轉(zhuǎn)矩和摩擦等制動轉(zhuǎn)矩（N·m）；

J——機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的轉(zhuǎn)動飛輪總慣量（kg·m2）；

ω——機(jī)組的角速度（rad/s），水輪發(fā)電機(jī)組的運動方程式可以表示為1、水輪機(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)原理

5.4.1.2水輪機(jī)調(diào)速器的工作原理及特性水輪機(jī)調(diào)速器主要用于控制水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速與出力，其品質(zhì)與性能直接影響到電能品質(zhì)和水電站的安全可靠運行。水輪機(jī)動力轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式為為保證電能的頻率不變，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速必須恒定，dω/dt=0?？刂扑啓C(jī)的動力轉(zhuǎn)矩TS時刻跟隨著TL的變化，使TS－TL=0，才能維持頻率和轉(zhuǎn)速不變。因此，通過調(diào)速器改變水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉的開度，來改變水輪原動機(jī)的進(jìn)水量，可達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩的目的。水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)是：當(dāng)負(fù)載變化時，原來的穩(wěn)定平衡被破壞，動力矩和阻力矩不再相等，使轉(zhuǎn)速和頻率與額定值之間出現(xiàn)偏差，這時由頻率閉環(huán)調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，可快速、準(zhǔn)確地消除偏差，使機(jī)組在新的平衡條件下運行。這種調(diào)節(jié)作用稱為頻率調(diào)節(jié)或頻率控制。2、頻率調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)的負(fù)荷是不斷變化的，而原動機(jī)輸入功率的改變則較緩慢，因此系統(tǒng)中頻率的波動是難免的。電力系統(tǒng)負(fù)荷瞬時變動情況負(fù)荷的變動情況分解成幾個分量：1）變化周期一般小于10s的隨機(jī)分量，其變化幅度較小。2）變化周期在10s～3min之間的脈動分量，其變化幅度比隨機(jī)分量要大些。3）變化十分緩慢的持續(xù)分量并帶有周期規(guī)律的負(fù)荷，為負(fù)荷變化中主體。第二種負(fù)荷變化引起的頻率偏移較大，必須由調(diào)頻器參與控制和調(diào)整．這種調(diào)整稱為頻率的二次調(diào)整(AGC)。第一種負(fù)荷變化引起的頻率偏移，一般利用水輪發(fā)電機(jī)組上裝設(shè)的調(diào)速器來控制和調(diào)整原動機(jī)的輸入功率，以維持系統(tǒng)的頻率水平，稱為頻率的一次調(diào)整。第三種負(fù)荷變化可以用負(fù)荷預(yù)測的方法預(yù)先估計得到。在滿足系統(tǒng)有功功率平衡的條件下，將這部分負(fù)荷按照經(jīng)濟(jì)分配原則在各發(fā)電廠間進(jìn)行分配(EDC)?！鶨、F下降至E′、F′，→活塞提升，→進(jìn)水閥提升，進(jìn)水量增加→轉(zhuǎn)速就會回升。

當(dāng)機(jī)組因負(fù)荷增加而轉(zhuǎn)速下降時：活塞調(diào)節(jié)進(jìn)水閥錯油門1）兩個重錘開度減小→A降至A′C點尚未移動B點降至B′D點代表有伺服電動機(jī)控制的轉(zhuǎn)速整定元件的nDEF，它不會因轉(zhuǎn)速而變動。活塞2）轉(zhuǎn)速上升后→重錘開度增加→A、B、E、F各點也隨之不斷改變；這個過程要到C點升到某一位置時，比如C〞，即導(dǎo)葉開大到某一位置時，機(jī)組的轉(zhuǎn)速通過重錘的開度使杠桿DEF重新回復(fù)到使Ⅱ的活門完全關(guān)閉的位置時才會結(jié)束，這時B點就回到原來的位置。

3）由于C〞上升了，所以A〞必定低于A。這說明調(diào)速過程結(jié)束時，出力增加，轉(zhuǎn)速稍有降低。4）調(diào)速器是一種有差調(diào)節(jié)器?；钊?/p>

通過伺服電動機(jī)改變D點的位置，就可以實現(xiàn)二次調(diào)頻。

當(dāng)轉(zhuǎn)速給定裝置推動D點向上移動時，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速和油動機(jī)活塞的位置尚未來的及變化，A,B,C,E各點都不會動。這樣，D點向上移動，就以E點為軸推動F點向下移動，錯油門的油門被打開，壓力油進(jìn)入油動機(jī)活塞下腔，使活塞向上移動，引起閥門開度增大，機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，A點上移,B、C、E點上移，F(xiàn)點上移，直到錯油門完全堵住高壓油入口，調(diào)節(jié)過程結(jié)束。顯然調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高了。D’當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)載↑→系統(tǒng)頻率↓→調(diào)速器作用→輸出功率↑同步發(fā)電機(jī)組功率頻率特性發(fā)電機(jī)輸出的有功功率和頻率之間密切相關(guān)，兩者的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)的功率-頻率靜態(tài)特性。3、有功功率調(diào)節(jié)5.4.1.3電子式水輪機(jī)調(diào)速器的總體結(jié)構(gòu)

n↑→脈沖頻率↑→頻率變送器輸出↑→經(jīng)信號整形和放大后，啟動閥控→導(dǎo)葉開度↓→水輪機(jī)進(jìn)水量↓→原動機(jī)輸入功率↓→n↓電子液壓式水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)原理示意圖裝在發(fā)電機(jī)軸上的齒輪、脈沖傳感器和頻率變送器→轉(zhuǎn)速測量部分小水力同步發(fā)電機(jī)在實現(xiàn)水能向電能轉(zhuǎn)換的過程中，借助于勵磁系統(tǒng)中的直流電流建立的磁場作為媒介，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和輸出交流電流。勵磁電流不僅影響其能量的轉(zhuǎn)換，而且對輸出電能的質(zhì)量影響很大。通過勵磁電流的調(diào)節(jié)與控制，可穩(wěn)定輸出電壓、實現(xiàn)有功功率和無功功率的調(diào)節(jié)。5.4.2同步發(fā)電機(jī)自動勵磁控制系統(tǒng)

5.4.2.1小水力同步發(fā)電機(jī)自動勵磁系統(tǒng)的組成及任務(wù)小水力同步發(fā)電機(jī)的自動控制勵磁系統(tǒng)是由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元、檢測部分和同步發(fā)電機(jī)組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)自動控制勵磁系統(tǒng)構(gòu)成框圖1、小水力同步發(fā)電機(jī)自動控制勵磁系統(tǒng)的基本組成2、小水力同步發(fā)電機(jī)自動控制勵磁系統(tǒng)的任務(wù)（1）電壓的調(diào)節(jié)（2）無功功率的調(diào)節(jié)（3）并聯(lián)運行各發(fā)電機(jī)之間無功功率的合理分配（4）提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性（5）改善電力系統(tǒng)的運行條件（6）水力發(fā)電機(jī)組要求實現(xiàn)強(qiáng)行減磁無功負(fù)載電流是造成發(fā)電機(jī)端電壓變化的主要原因。為維持端電壓的穩(wěn)定，負(fù)載變化時必須調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流。圖為隱極同步發(fā)電機(jī)運行時（不計電阻壓降）的相量圖。同步發(fā)電機(jī)運行時相量圖（1）電壓的調(diào)節(jié)-發(fā)電機(jī)定子繞組中由勵磁磁場產(chǎn)生的空載感應(yīng)電動勢；-發(fā)電機(jī)定子端輸出電壓；-定子繞組中的電流；-無功電流；-有功電流；-同步電抗；-功率因數(shù)角；-和之間的夾角（同步發(fā)電機(jī)功率角）。由圖可得

和之間的數(shù)量關(guān)系為：一般很小，可以近似認(rèn)為cos≈1，于是有由上式可見，在發(fā)電機(jī)勵磁電流不變，即空載感應(yīng)電動勢Eq不變時，發(fā)電機(jī)端電壓隨著無功電流的增大而減小，為維持端電壓不變，必須增大發(fā)電機(jī)的勵磁電流。同理，無功電流減小時，發(fā)電機(jī)端電壓將增大，必須減小勵磁電流。同步發(fā)電機(jī)勵磁自動控制系統(tǒng)就是通過不斷地調(diào)節(jié)勵磁電流來維持發(fā)電機(jī)輸出電壓為給定水平。設(shè)同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)UM并聯(lián)，因此發(fā)電機(jī)端電壓不隨負(fù)荷大小而變，其接線圖如圖ａ所示，圖ｂ是不同勵磁電流情況下的相量圖。

同步發(fā)電機(jī)與無窮大電網(wǎng)并聯(lián)ａ）接線圖ｂ）相量圖（2）無功功率的調(diào)節(jié)因發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率只與其輸入功率有關(guān)，與勵磁電流無關(guān)，所以勵磁電流變化時，發(fā)電機(jī)輸出的有功功率ＰG均不變，即

式中C1——常數(shù)。不計定子電阻和凸極效應(yīng)時，發(fā)電機(jī)有功功率又可用下式表示

式中δ——同步發(fā)電機(jī)功率角；

C2——常數(shù)。由上面兩式可見，當(dāng)發(fā)電機(jī)的有功功率不變而勵磁電流變化時，和的值均不變，即式中，K1、K2為常數(shù)。由圖ｂ中的相量關(guān)系可見，發(fā)電機(jī)勵磁電流的變化只是改變了機(jī)組的無功功率和功率角δ值的大小。結(jié)論：與無限大容量母線并聯(lián)運行的機(jī)組，調(diào)節(jié)它的勵磁電流可以改變發(fā)電機(jī)無功功率的數(shù)值。并聯(lián)運行的各發(fā)電機(jī)間無功電流的分配取決于各自的外特性。并聯(lián)運行發(fā)電機(jī)間無功負(fù)荷的分配ａ）原理圖ｂ）外特性和無功負(fù)荷的分配（3）并聯(lián)運行各發(fā)電機(jī)之間無功功率的合理分配當(dāng)兩臺以上發(fā)電機(jī)并聯(lián)運行時：發(fā)電機(jī)的端電壓都等于母線電壓，它們發(fā)出的無功功率電流、之和必須與母線中總無功電流值相等，即結(jié)論：當(dāng)電網(wǎng)需要的無功電流增大時，將改變兩機(jī)組的無功電流分配，斜率越小的機(jī)組，無功電流的增量就越大。當(dāng)母線電壓為、無功電流為時，；當(dāng)電網(wǎng)需要的無功電流增大為時，電網(wǎng)電壓下降為，此時的無功電流增大到，的無功電流增大到，且，顯然。電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定都與勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)有關(guān)。當(dāng)電力系統(tǒng)由于種種原因，出現(xiàn)短時低電壓時，勵磁自動控制系統(tǒng)可以發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，即大幅度地增加勵磁以提高系統(tǒng)電壓，改善系統(tǒng)的運行條件。在機(jī)組甩負(fù)荷或其他原因造成發(fā)電機(jī)過電壓時，強(qiáng)行減磁。（4）提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性（5）改善電力系統(tǒng)的運行條件（6）水力發(fā)電機(jī)組要求實現(xiàn)強(qiáng)行減磁水輪發(fā)電機(jī)組自動控制系統(tǒng)的任務(wù)由勵磁調(diào)節(jié)器和勵磁功率單元共同完成，因此對兩者各自提出如下的要求：3、對勵磁系統(tǒng)的基本要求（1）對勵磁調(diào)節(jié)器的要求時間常數(shù)小，能迅速響應(yīng)輸入情況的變化；能夠合理分配機(jī)組的無功功率；能迅速反應(yīng)系統(tǒng)故障，具備強(qiáng)行勵磁等控制功能，以提高暫態(tài)穩(wěn)定和改善系統(tǒng)運行條件。（2）對勵磁功率單元的要求要求具有足夠的可靠性并具有一定的調(diào)節(jié)容量，以適應(yīng)電力系統(tǒng)各種運行工況；具有足夠的勵磁頂值電壓和電壓上升速度。勵磁頂值電壓是在勵磁功率單元強(qiáng)行勵磁時可能提供的最高電壓；勵磁電壓上升速度是勵磁系統(tǒng)快速響應(yīng)的動態(tài)指標(biāo)。5.4.2.2小水力同步發(fā)電機(jī)自動控制勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)有直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)三大類。直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)中采用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源，供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵磁電流。直流機(jī)勵磁方式又可分為自勵式和他勵式。1、直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)的勵磁系統(tǒng)有直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)三大類。直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)中采用直流發(fā)電機(jī)作為勵磁電源，供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的勵磁電流。直流機(jī)勵磁方式又可分為自勵式和他勵式。1、直流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)圖中直流發(fā)電機(jī)LG本身的勵磁電流通過自勵方式獲得。其勵磁繞組LLQ與直流發(fā)電機(jī)電樞繞組并聯(lián)，直流發(fā)電機(jī)發(fā)出的電提供給同步發(fā)電機(jī)G的勵磁繞組FLQ，TV為變壓器。TA為電流互感器。自勵式直流勵磁機(jī)系統(tǒng)原理接線圖他勵直流勵磁機(jī)系統(tǒng)原理接線圖在自勵系統(tǒng)中增加副勵磁機(jī)，用來供給勵磁機(jī)的勵磁電流，副勵磁機(jī)FL為主勵磁機(jī)JL的勵磁機(jī)，副勵磁機(jī)與主勵磁機(jī)均與發(fā)電機(jī)同軸。2、交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)交流勵磁機(jī)勵磁系統(tǒng)的核心設(shè)備是交流勵磁機(jī)，交流勵磁機(jī)容量相對較小，只占同步發(fā)電機(jī)容量的0.3～0.5，且時間常數(shù)也較小（即響應(yīng)速度快）。交流勵磁機(jī)系統(tǒng)也有他勵方式和自勵方式兩種。交流勵磁機(jī)系統(tǒng)是采用專門的交流勵磁機(jī)代替了直流勵磁機(jī)，并與發(fā)電機(jī)同軸。它運行發(fā)出的交流電，經(jīng)整流電路后變成直流，供給發(fā)電機(jī)勵磁。他勵交流勵磁機(jī)靜止整流勵磁系統(tǒng)原理接線圖晶閘管整流不可控硅整流電源：500HZ的中頻發(fā)電機(jī)自并勵系統(tǒng)中，因沒有轉(zhuǎn)動部分，故又稱靜止勵磁系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)自并勵交流勵磁系統(tǒng)框圖3、發(fā)電機(jī)自并勵交流勵磁系統(tǒng)（靜止勵磁系統(tǒng)）無刷勵磁系統(tǒng)框圖4、無刷勵磁系統(tǒng)5.4.3無功功率補(bǔ)償技術(shù)及裝置在電力系統(tǒng)中電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，由前面的分析可知，無功功率是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素?？梢哉f，電壓問題本質(zhì)上就是無功功率問題。因此解決好無功功率補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義。1、無功功率補(bǔ)償?shù)淖饔茫?）減少電力損失一般工廠動力配線依據(jù)不同的線路及負(fù)載情況，其電力損耗約2%～3%左右，使用無功功率補(bǔ)償后提高了功率因數(shù)，總電流降低，可降低供電端與用電端的電力損失。（2）改善供電品質(zhì)提高功率因數(shù)，減少負(fù)載總電流及電壓降，提高供電設(shè)備容量的利用率。（3）延長設(shè)備壽命改善功率因數(shù)后線路總電流減少，使接近或已經(jīng)飽和的變壓器、開關(guān)等機(jī)器設(shè)備和線路容量負(fù)荷降低，因此可以降低溫升增加壽命。-電源提供的無功功率，包括由發(fā)電機(jī)提供的無功功率和無功功率補(bǔ)償設(shè)備供應(yīng)的無功功率；；-感應(yīng)電動機(jī)等負(fù)荷所需的無功功率；-輸電設(shè)備（包括輸配電變壓器、輸電線路等）引起的無功功率損耗。式中

電網(wǎng)中無功功率電源所發(fā)出無功功率必須與無功功率負(fù)荷及無功功率損耗相平衡，即2、電力系統(tǒng)無功功率平衡與電壓的關(guān)系

（1）補(bǔ)償容量不足時的無功功率平衡負(fù)荷無功功率一電壓特性正常情況下，U=UNU↓→無功功率↓在正常情況下(系統(tǒng)電壓為額定電壓)，系統(tǒng)電源無功Q同電壓U的關(guān)系如圖中的曲線１所示，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點a確定了負(fù)荷節(jié)點的電壓Ua。電力系統(tǒng)和負(fù)荷無功功率電壓的靜態(tài)特性正常情況下，U=UaQ↑→曲線2→2ˊ，無功電源不變→U=Ua′U↓Q↑→無功電源↑→U=Ua（2）補(bǔ)償容量充足時的無功功率平衡3、無功補(bǔ)償?shù)囊话惴椒ǎ?）低壓個別補(bǔ)償（2）低壓集中補(bǔ)償（3）高壓集中補(bǔ)償根據(jù)個別用電設(shè)備對無功功率的需要量將單臺或多臺低壓無功補(bǔ)償設(shè)備分散地與用電設(shè)備并接，它與用電設(shè)備共用一套斷路器，通過控制、保護(hù)裝置與發(fā)電機(jī)同時投切。將低壓無功補(bǔ)償設(shè)備通過低壓開關(guān)接在配電變壓器低壓母線側(cè)，以無功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，根據(jù)低壓母線上的無功負(fù)荷而直接控制無功補(bǔ)償設(shè)備的投切。將無功補(bǔ)償設(shè)備直接裝在變電所的6-10kV高壓母線上的補(bǔ)償方式。4、電力系統(tǒng)的無功電源電力系統(tǒng)的無功電源除了同步電機(jī)外，還有靜止電容器、靜止無功補(bǔ)償器以及靜止無功發(fā)生器，這4種裝置又稱為無功補(bǔ)償裝置。除電容器外，其余幾種既能吸收容性無功功率又能吸收感性無功功率。同步電機(jī)中有同步發(fā)電機(jī)、同步電動機(jī)和同步調(diào)相機(jī)三種。1）同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運行時，可以發(fā)出無功功率:式中，Q、S、P、分別是無功功率、視在功率、有功功率和功率因數(shù)角。2）同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)是空載運行的同步電機(jī)，可視為不帶有功負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)或是不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動機(jī)。（1）同步電機(jī)電容器所輸出的無功功率Qc與其端電壓U的平方成正比，式中Xc—電容器容抗。當(dāng)電容器安裝處節(jié)點電壓下降時，其所提供給電力系統(tǒng)的無功功率也將減少，而此時正是電力系統(tǒng)需要無功功率電源的時候，這是其不足之處。（2）并聯(lián)電容器即

TCR的基本原理圖a）基本原理圖b）電感負(fù)載的交流調(diào)壓電路結(jié)構(gòu)c）三相TCR的基本結(jié)構(gòu)靜止補(bǔ)償器是一種動態(tài)無功功率補(bǔ)償裝置。有兩種基本結(jié)構(gòu)型式的SVC：晶閘管控制電抗器（TCR）和晶閘管投切電容器（TSC）。（3）靜止無功補(bǔ)償器（SVC）晶閘管投切電容器（TSC）是由兩個反并聯(lián)的晶閘管構(gòu)成靜態(tài)開關(guān)與電容串聯(lián)組成。TSC單機(jī)結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)原理圖a)TSC單機(jī)結(jié)構(gòu)b)TSC控制系統(tǒng)靜止無功發(fā)生器（SVG）的主體是一個電壓源型逆變器，通過對可關(guān)斷晶閘管進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐〝嗫刂?，使其處于容性、感性或零?fù)荷狀態(tài)。靜止無功發(fā)生器（SVG）的基本結(jié)構(gòu)（4）靜止無功發(fā)生器（SVG）靜止無功發(fā)生器（SVG）的等效電路及其工作原理a)單相電路b)相量圖—電網(wǎng)電壓—SVG輸出的交流電壓—連接電抗器的電壓的大小來控制SVG從電網(wǎng)吸收的電流是超前90o或滯后90o，同時可以控制電流的大小，即控制無功功率的大小。由5、無功功率補(bǔ)償策略無功功率補(bǔ)償策略目前可分為三相共補(bǔ)和三相分補(bǔ)兩種。三相共補(bǔ)是根據(jù)三相總的無功需求來投切電容器組，電容器接法為三角形。三相共補(bǔ)適用于三相負(fù)載較平衡的場合。三相分補(bǔ)則是根據(jù)每相各自的無功需求投切電容器組，電容器接法為星形。三相分補(bǔ)用于三相負(fù)載不平衡的場合。把三相共補(bǔ)和三相分補(bǔ)相結(jié)合，便實現(xiàn)補(bǔ)償綜合方案-混補(bǔ)，可以用于任何負(fù)載。6、微機(jī)無功功率補(bǔ)償控制器圖中電壓電流互感器組檢測出的電壓和電流等參數(shù)，送入檢測控制器中進(jìn)行計算，計算出應(yīng)該投入的電容容量，然后在電容組合方式中選出一種最接近但又不會過補(bǔ)償?shù)慕M合方式，電容器投切一次到位。無功功率補(bǔ)償原理圖5.4.4小水力同步發(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)技術(shù)5.4.4.1概述由于水電廠的調(diào)節(jié)性能好、調(diào)節(jié)速度快，一般情況下由水電廠承擔(dān)電力系統(tǒng)中峰荷和備用機(jī)組。水力同步發(fā)電機(jī)的并網(wǎng)方法可分為準(zhǔn)同步（準(zhǔn)同期）并網(wǎng)和自同步（自同期）并網(wǎng)兩種。一般采用準(zhǔn)同步并網(wǎng)方法將發(fā)電機(jī)組投入運行。

準(zhǔn)同步并網(wǎng):設(shè)待并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組G已經(jīng)加上了勵磁電流，調(diào)節(jié)待并網(wǎng)G的電壓，使之符合并網(wǎng)條件并將發(fā)電并入系統(tǒng)的操作。準(zhǔn)同步并網(wǎng)條件：要求并網(wǎng)發(fā)電機(jī)電壓和電網(wǎng)電壓的波形、頻率、幅值、相位及相序相同。同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同步并網(wǎng)a）電路示意圖b）相量圖c）等值電路圖并列斷路器合閘之前，QF兩側(cè)電壓的狀態(tài)量一般不相等，通過對發(fā)電機(jī)組G進(jìn)行控制使它符合并網(wǎng)條件，然后發(fā)出QF的合閘信號，使發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)。斷路器QF兩端的電位差=當(dāng)符合準(zhǔn)同步并網(wǎng)條件時，=0，這時并網(wǎng)時產(chǎn)生的沖擊電流為零，對電網(wǎng)的擾動最小。電壓幅值差Us產(chǎn)生的沖擊電流主要為無功沖擊電流，若其他準(zhǔn)同步并網(wǎng)條件滿足，只有并網(wǎng)點兩端電壓的大小不相同，合閘時產(chǎn)生的沖擊電流的最大值可用下式近似計算式中I0max—并網(wǎng)時沖擊電流最大值；

Xd"—待并網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)的縱軸次暫態(tài)電抗。一般要求沖擊電流不超過發(fā)電機(jī)機(jī)端短路電流的0.05～0.1倍，準(zhǔn)同步并網(wǎng)時偏差電壓US不能超過額定電壓的5％～10％。（1）電壓允許偏差實際運行中待并發(fā)電機(jī)組除相序必須與電網(wǎng)嚴(yán)格相同外，頻率、幅值、相位允許有一定的偏差。如果幅值、頻率相同，只有合閘瞬間相位不同，當(dāng)相位差δc較小時，由其引起的沖擊電流主要為有功電流，其最大值近似為并網(wǎng)時，若相位差δc增大，沖擊電流也增大。根據(jù)沖擊電流不超過發(fā)電機(jī)機(jī)端短路電流的0.1倍的要求，合閘時相位差一般不超過10?。式中Xq"—待并網(wǎng)同步發(fā)電機(jī)的交軸次暫態(tài)電抗。（2）相位允許偏差發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的頻率差稱為轉(zhuǎn)差頻率。頻率不相等時，會產(chǎn)生脈動電流，脈動電流將產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩，從而引起剛并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)軸振動，嚴(yán)重時可能使發(fā)電機(jī)失去同步。要求待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的頻率差不超過0.1～0.25Hz。（3）頻率允許偏差為了使待并發(fā)電機(jī)組滿足并網(wǎng)條件，自動準(zhǔn)同步裝置一般設(shè)置三個控制單元。1、自動準(zhǔn)同步裝置的組成5.4.4.2自動準(zhǔn)同步裝置

（2）電壓差控制單元（3）合閘信號控制單元（1）頻率差控制單元

圖為典型自動準(zhǔn)同步裝置構(gòu)成框圖，由圖中可見自動準(zhǔn)同步裝置主要由頻差控制單元，壓差控制單元，合閘信號控制單元和電源部分等組成。典型自動準(zhǔn)同步裝置構(gòu)成框圖微機(jī)自動準(zhǔn)同步裝置構(gòu)成框圖微機(jī)自動準(zhǔn)同步裝置是以微處理器(CPU)為核心的一臺專用的計算機(jī)控制系統(tǒng)。其硬件的基本配置由主機(jī)，輸入、輸出接口和輸入、輸出過程通道等部件組成。2、微機(jī)自動準(zhǔn)同步裝置5.5小水電站的計算機(jī)監(jiān)控與SCADA系統(tǒng)

5.5.1小水電站的計算機(jī)監(jiān)控計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用于小型水電站的自動監(jiān)測、控制和保護(hù)，可對水電站實行遙測、遙信、遙調(diào)和遙控，使水電站運行實現(xiàn)高度自動化，實現(xiàn)少人或無人值班，提高了電站運行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性和安全性。小型水電站一般用于滿足本地區(qū)負(fù)荷所需，單機(jī)容量小，機(jī)組事故停機(jī)對系統(tǒng)的影響較小。此類電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)本著安全經(jīng)濟(jì)的原則，根據(jù)小型水電站自動化設(shè)計的特點，尋求適合小型水電站的模式。小型水電站計算機(jī)監(jiān)控方式一般有4種基本形式：

1、小水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類型

目前大部分小水電站采用以計算機(jī)監(jiān)控為主、常規(guī)設(shè)備為輔的CBSC方式或全計算機(jī)監(jiān)控的SCADA方式。以常規(guī)控制裝置為主，計算機(jī)監(jiān)控為輔的方式，簡稱CASC方式；簡單的計算機(jī)監(jiān)控與常規(guī)控制裝置雙重設(shè)置方式，簡稱CCSC方式；以計算機(jī)監(jiān)控為主、常規(guī)設(shè)備為輔的CBSC方式；融合計算機(jī)數(shù)據(jù)采集與數(shù)字監(jiān)控為一體的全計算機(jī)監(jiān)控SCADA方式。

小水電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計一般都是按“無人值班”或“少人值班”設(shè)計的，其功能主要包括：2、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能數(shù)據(jù)的采集預(yù)處理機(jī)組的運行狀態(tài)檢測和運行參數(shù)的自動記錄與打印機(jī)組的正常自動化操作機(jī)組的機(jī)械保護(hù)與電氣保護(hù)有功和無功的自動調(diào)節(jié)自動發(fā)電控制（AGC）和自動電壓控制（AVC）輔助設(shè)備的自動控制等功能。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)：分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)。集中式監(jiān)控系統(tǒng)功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)目前機(jī)組臺數(shù)較少、控制功能簡單的總?cè)萘繛?000kW及以下的小型水電站多采用集中監(jiān)控系統(tǒng)?？傃b機(jī)容量大于2000kW的小型水電站多采用分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)。1）集中式監(jiān)控系統(tǒng)

集中式監(jiān)控系統(tǒng)是全廠只設(shè)置一臺或二臺計算機(jī)對整個水電廠進(jìn)行集中監(jiān)視、控制。3、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2）分散式監(jiān)控系統(tǒng)分散式監(jiān)控系統(tǒng)是指以功能分散為主要特征，使控制系統(tǒng)實現(xiàn)負(fù)載分散、危險分散、功能分散、地域分散，就水電廠生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)的功能而言，主要是數(shù)據(jù)采集、控制調(diào)節(jié)和事件記錄等功能，因此可以按照這些功能設(shè)立多套相應(yīng)的設(shè)備，獨立完成各自的功能。分布式監(jiān)控系統(tǒng)是指以控制對象分散為主要特征。3）分布式監(jiān)控系統(tǒng)其控制在物理上一般分為兩層：一是對全廠設(shè)備進(jìn)行集中控制的部分，稱之為廠級或主控級監(jiān)控系統(tǒng)；另一部分是位于水力發(fā)電機(jī)層、開關(guān)站等設(shè)備附近的控制部分，稱為現(xiàn)場控制系統(tǒng)?，F(xiàn)場控制系統(tǒng)的主要組成部分就是現(xiàn)場控制單元LCU（LocalControlUnit），兩層之間通過以太網(wǎng)連接。分層分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由電站控制層（控制室）、生產(chǎn)現(xiàn)場控制層兩大部分組成。分層分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖4、分層分布式計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電站控制層即上位機(jī)系統(tǒng)主要硬件一般包括：小型水電站主控級通常采用單機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)兼作操作員工作站。目前主機(jī)一般選用工業(yè)控制用微機(jī)。1）電站控制層（主控級）1～2臺主計算機(jī)操作員工作站和工程師工作站（兼培訓(xùn)工作站）外圍設(shè)備等主控層的主要功能包括：數(shù)據(jù)采集和處理監(jiān)視和控制自動發(fā)電控制（AGC）、自動電壓控制（AVC）記錄和打印通訊控制電站運行管理系統(tǒng)診斷軟件開發(fā)，模擬培訓(xùn)等。①數(shù)據(jù)采集與處理功能數(shù)據(jù)采集主要是采集各控制單元上送的操作和事件數(shù)據(jù)，包括電氣量、模擬量、狀態(tài)量、溫度量以及脈沖量，并存入實時數(shù)據(jù)庫，用于畫面更新、控制調(diào)節(jié)、趨勢分析、記錄打印、操作指導(dǎo)及事故記錄和分析；數(shù)據(jù)處理功能是對模擬量、狀態(tài)量、脈沖量、事件順序數(shù)據(jù)處理、主要參數(shù)趨勢分析處理、事故追憶以及相關(guān)量記錄處理。

②

監(jiān)視與控制功能主控級對電站主要運行參數(shù)及事故、故障狀態(tài)，以數(shù)字、文字、圖形、表格、曲線等形式進(jìn)行動態(tài)監(jiān)視，并在主計算機(jī)CRT上顯示；主控級的控制由值班人員通過CRT、鍵盤、鼠標(biāo)等，對被控制對象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

③自動發(fā)電控制（AGC）功能

AGC功能是根據(jù)給定的運行方式，如調(diào)功方式、負(fù)荷曲線方式、調(diào)頻方式等，自動跟蹤系統(tǒng)頻率，全站總功率給定值等，按全站發(fā)電總耗水量最小的優(yōu)化準(zhǔn)則，避開機(jī)組振動、氣蝕等約束條件，確定本站的最佳開機(jī)臺數(shù)、開停機(jī)順序以及機(jī)組間負(fù)荷的優(yōu)化分配，進(jìn)行機(jī)組的自動開停機(jī)控制或負(fù)荷調(diào)整。④

自動電壓控制(AVC)功能

AVC功能是根據(jù)給定的高壓母線電壓控制曲線，監(jiān)視高壓母線電壓變化，合理分配機(jī)組間的無功功率，經(jīng)機(jī)組控制單元調(diào)節(jié)機(jī)組勵磁，使電站高壓母線電壓維持在給定的范圍內(nèi)。⑤

模擬培訓(xùn)功能利用工程師工作站（兼培訓(xùn)工作站），進(jìn)行值班操作人員的模擬操作培訓(xùn)、維護(hù)培訓(xùn)、軟件開發(fā)培訓(xùn)以及管理培訓(xùn)。2）現(xiàn)場控制層

現(xiàn)場控制層由一系列水電站綜合自動化裝置組成，包括機(jī)組現(xiàn)場控制單元、開關(guān)站及公用設(shè)備現(xiàn)場控制單元、微機(jī)保護(hù)測控單元、輔機(jī)控制單元。每臺機(jī)組設(shè)置一套現(xiàn)場控制單元(LCU)，全站公用設(shè)備設(shè)置一套現(xiàn)場控制單元(LCU)，開關(guān)站也設(shè)置一套現(xiàn)場控制單元(LCU)?，F(xiàn)場控制級的功能主要是：數(shù)據(jù)采集與處理安全運行監(jiān)視控制與調(diào)節(jié)歷史事件順序記錄、通信及自診斷等功能①數(shù)據(jù)采集和處理

LCU每隔一定時間間隔采集一次被監(jiān)測的數(shù)據(jù)或狀態(tài)，這些數(shù)據(jù)或狀態(tài)，可以在中心站查詢時即時發(fā)送，也可將采集的數(shù)據(jù)或狀態(tài)與正常值或原狀態(tài)信號進(jìn)行比較后作出相應(yīng)的處理(如報警、報警解除或求平均值等)。②安全運行監(jiān)視狀態(tài)變化監(jiān)視越限檢查報警過程監(jiān)視趨勢分析等。LCU根據(jù)上位機(jī)或現(xiàn)場人機(jī)接口下達(dá)的命令，可進(jìn)行：③

控制與調(diào)節(jié)機(jī)組開停機(jī)順序控制緊急事故時的停機(jī)控制事故復(fù)歸處理根據(jù)給定值進(jìn)行機(jī)組的有功、無功功率的閉環(huán)調(diào)節(jié)控制④

歷史事件順序記錄⑤

通信⑥

自診斷和自恢復(fù)⑦自動同步并網(wǎng)5、計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點和要求系統(tǒng)的實時性系統(tǒng)的高可靠性系統(tǒng)的