電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)課件：準(zhǔn)同期并列控制原理與裝置

電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)

準(zhǔn)同期并列控制原理與裝置2025/3/72上次課內(nèi)容理解同步發(fā)電機(jī)并列含義掌握同步發(fā)電機(jī)并列時遵循原則掌握理想條件和實(shí)用條件兩類同期操作的含義自同期準(zhǔn)同期2025/3/73上次課內(nèi)容理解同步發(fā)電機(jī)并列含義對待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行適當(dāng)操作，使之滿足并列條件后合閘并網(wǎng)斷路器掌握同步發(fā)電機(jī)并列時遵循原則沖擊電流小、拉入同步快掌握理想條件和實(shí)用條件理想：相序相同、頻率相等、電壓幅值相等、相角差為零實(shí)用（準(zhǔn)同期）：相序相同、頻率相近（Ts>10s）、電壓幅值相近（△U<10%）、相角差近似為零兩類同期操作的含義自同期：將未加勵磁電流的機(jī)組升速到接近電網(wǎng)頻率，在滑差頻率及頻率加速度不超過允許值時并網(wǎng)，并合上勵磁開關(guān)準(zhǔn)同期：先加勵磁，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率、電壓相角、幅值分別和并列點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)對應(yīng)值接近相同時，將發(fā)電機(jī)斷路器合閘2025/3/74本次課內(nèi)容準(zhǔn)同期并列的基本原理基于脈動電壓的同期條件檢測準(zhǔn)同期并列裝置基本構(gòu)成合閘控制：恒定越前時間控制恒定越前時間裝置實(shí)現(xiàn)線性整步電壓頻差控制壓差控制合閘信號邏輯2025/3/751準(zhǔn)同期并列基本原理：準(zhǔn)同期并列主要對電壓差和滑差角頻率進(jìn)行檢測和控制，并選擇合適的時間發(fā)出合閘信號，使合閘瞬間的脈動電壓值在允許值以內(nèi)。并列過程：檢測脈動電壓并提取信息：幅值差、頻率差基于頻率差進(jìn)行滑差控制基于幅值差進(jìn)行壓差控制2025/3/76電網(wǎng)電壓和機(jī)組端電壓實(shí)時差值包含準(zhǔn)同期并列所需檢測的所有信息：電壓幅值差、頻率差以及相角差隨時間的變化規(guī)律（如何檢測？）1.1基本原理——脈動電壓2025/3/771.1基本原理——脈動電壓相量圖2025/3/78（1）UG、Ux電壓幅值相等時當(dāng)兩側(cè)電壓幅值相等而頻率不等時，脈動電壓瞬時值為：設(shè)初始角，則令為脈動電壓的幅值，則1.1基本原理——脈動電壓特征波形可以看成是幅值為、頻率接近于工頻的交流電壓波形—兩電壓相量間的相角使用慢變信號對近似工頻信號的幅度調(diào)制1.1基本原理——脈動電壓特征—滑差角頻率1.1基本原理——脈動電壓特征Us為周期為Ts的正弦電壓，幅值為2UG相角差從零增加至π時，Us由零增加至最大值相角差從π增加至2π時，Us由最大值減小到零1.1基本原理——脈動電壓特征Us為周期為Ts的正弦電壓相角差從零增加至π時，Us由零增加至最大值相角差從π增加至2π時，Us由最大值減小到零（2）UG、Ux電壓幅值不相等時仍有當(dāng)ωst=0時，為兩電壓幅值差。當(dāng)時，為兩電壓幅值和。2025/3/7121.1基本原理——同期信息檢測（1）電壓幅值差通過對的測量，就可判斷和間的電壓幅值差是否超出允許值。（2）頻率差

和間的頻率差就是脈動電壓的頻率，與滑差角頻率的關(guān)系如下式所示：可見反映了頻率差的大小。要求小于某一允許值，就相當(dāng)于要求脈動電壓周期大于某一個給定值。ωs=2πfs2025/3/7132準(zhǔn)同期并列裝置——自動準(zhǔn)同期并列裝置自動準(zhǔn)同期并列裝置組成圖2025/3/7142準(zhǔn)同期并列裝置——自動準(zhǔn)同期并列裝置構(gòu)成頻率差控制單元檢測發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓間的滑差角頻率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)的頻率接近系統(tǒng)頻率電壓差控制單元檢測發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)電壓間的電壓幅值差頻率，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓幅值接近電網(wǎng)電壓幅值合閘信號控制單元檢查并列條件，當(dāng)待并機(jī)組的頻率和電壓都滿足并列條件時，選擇適當(dāng)?shù)臅r間（相角差為零時之前的某個時刻，即“恒定越前時間”）發(fā)出合閘脈沖電源單元為同期裝置提供工作電源2025/3/715準(zhǔn)同期并列合閘信號控制邏輯結(jié)構(gòu)圖o2準(zhǔn)同期并列裝置——合閘信號生成2025/3/716

沒有頻差調(diào)節(jié)和電壓調(diào)節(jié)功能，只有合閘信號控制單元。同步發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同期并列裝置按自動化程度分為：（2）半自動準(zhǔn)同期并列裝置（3）自動準(zhǔn)同期并列裝置

設(shè)置了頻率控制單元、電壓控制單元和合閘信號控制單元。（1）手動并列：只有一個同步指示器2準(zhǔn)同期并列裝置——分類2025/3/717半自動準(zhǔn)同期并列裝置組成2準(zhǔn)同期并列裝置——分類2025/3/718自動準(zhǔn)同期并列裝置組成圖2準(zhǔn)同期并列裝置——分類2025/3/7192準(zhǔn)同期并列裝置——恒定越前時間控制合閘相角差控制若合閘時間已知，那么提前與合閘時間相等時間發(fā)出合閘命令，可實(shí)現(xiàn)合閘相角差為零，進(jìn)而無有功沖擊電流越前時間斷路器操作機(jī)構(gòu)和合閘回路的固有動作時間，必須在兩電壓相量重合之前發(fā)出合閘信號，即取一提前量。這一段時間一般稱為“越前時間”恒定越前時間越前時間只需按斷路器的合閘時間進(jìn)行整定，整定值應(yīng)和滑差及壓差無關(guān)，故稱為“恒定越前時間”2025/3/7202準(zhǔn)同期并列裝置——恒定越前時間控制進(jìn)一步解析越前—相對于發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓之間相角差提前越前時間—相對于提前的時間恒定越前時間－相對于提前的時間，此時間一經(jīng)整定則不隨壓差和頻差變化。恒定越前時間整定：tc：自動準(zhǔn)同期裝置動作時間tQF：并列斷路器的合閘時間2025/3/7212準(zhǔn)同期并列裝置——恒定越前時間控制越前角相對合閘角為零提前的角度稱為越前相角越前相角由越前時間和滑差共同決定合閘命令發(fā)出時的越前相角為：2025/3/722實(shí)際合閘時間存在偏差，使用恒定的越前時間，會導(dǎo)致合閘角存在不為零，而是與時間偏差及頻差成正比。根據(jù)時間偏差以及發(fā)電機(jī)允許的角度偏差可以計算允許的頻差——自動并列裝置動作時間誤差；——斷路器動作時間誤差。2準(zhǔn)同期并列裝置——頻差允許計算2025/3/723

決定于發(fā)電機(jī)的最大沖擊電流值

:將取得的值代入角度差計算式，即可求得允許滑差。e".max"2.552sin2XhqUiXd=允許的角度偏差與其允許的沖擊電流對應(yīng)2準(zhǔn)同期并列裝置——頻差允許計算2025/3/7242準(zhǔn)同期并列裝置——頻差允許計算2025/3/7253恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——線性整步電壓脈動電壓不能直接用于合閘控制。脈動電壓含有同期合閘所需要的所有信息：電壓幅值差、頻率差和合閘相角差脈動電壓幅值與發(fā)電機(jī)電壓和系統(tǒng)電壓有關(guān)，利用脈動電壓檢測并列條件的越前時間信號和頻率檢測引入了受電壓影響的因素，造成越前時間信號時間誤差不準(zhǔn)恒定越前時間控制關(guān)鍵：找到相角差信息反映變量線性整步電壓：幅值與相角差之間是分段線性關(guān)系；2025/3/726（1）整步電壓含有頻差信息整步電壓的周期就是滑差周期，可用于檢測頻差的大??；由于線性整步電壓的最大值一定，所以其斜率與頻差成正比。（2）整步電壓含有相位差信息整步電壓與隨時間變化的任一時刻相位差有對應(yīng)關(guān)系。3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——線性整步電壓2025/3/727線性整步電壓生成整形電路：是正弦波轉(zhuǎn)換成與之頻率和相位相同的一系列方波相敏電路：是在兩個輸入信號的電平異或取反濾波回路：是由低通濾波器和射極跟隨器組成。為了獲得線性整步電壓與相角差的線性關(guān)系3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——線性整步電壓2025/3/728基于線性整步電壓的恒定越前信號生成恒定越前時間通過對整步電壓進(jìn)行比例－微分運(yùn)算及電平比較電路來實(shí)現(xiàn)。電平檢測器3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——恒定越前時間2025/3/729保證恒定越前時間的原理-了解3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——恒定越前時間2025/3/730保證恒定越前時間的原理-了解3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——恒定越前時間2025/3/731結(jié)論：電平檢測器翻轉(zhuǎn)瞬間的越前時間tYJ值與滑差ws無關(guān)，而是僅與R1及C有關(guān)的常量右端的負(fù)號表示與所取時間標(biāo)尺的方向相反，即為“越前”時間開關(guān)的合閘時間不同時，可以通過調(diào)整R1與C實(shí)現(xiàn)整定保證恒定越前時間的原理-了解3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——恒定越前時間2025/3/732檢測比較恒定越前時間電平檢測器和恒定越前相角電平檢測器的動作次序來實(shí)現(xiàn)滑差檢查前者動作時間固定，后者動作相角固定3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——頻差控制2025/3/733檢測當(dāng)時當(dāng)時當(dāng)時即：通過比較兩者動作先后順序即可判斷實(shí)際頻差偏大還是偏小，即恒定越前相角電平檢測器先于恒定越前時間電平檢測器動作時，頻差滿足要求；反之，頻差過大3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——頻差控制2025/3/734調(diào)整僅在相角差位于0~π區(qū)間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整方向：如果待并發(fā)電機(jī)的頻率低于電網(wǎng)頻率，則要求發(fā)電機(jī)升速，發(fā)升速脈沖。反之，應(yīng)發(fā)減速脈沖。速度：當(dāng)頻率差值較大時，發(fā)出的調(diào)節(jié)量相應(yīng)大些。當(dāng)頻率差值較小時，發(fā)出的調(diào)節(jié)量也就小些，以配合并列操作的工作。3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——頻差控制2025/3/735滑差控制實(shí)際過程區(qū)間鑒相：只在δe=50°時發(fā)一個寬度恒定的脈沖使與門Y5、Y6開放一段時間。其余時間Y5、Y56被閉鎖，不發(fā)調(diào)速脈沖越前鑒相：當(dāng)fG<fX時，系統(tǒng)方波由高平變?yōu)榈碗娖綍r，發(fā)電機(jī)仍為高電平增速脈沖輸出一系列正脈沖反之，減速脈沖回路輸出一系列正脈沖3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——頻差控制2025/3/736滑差控制實(shí)際過程

比例調(diào)節(jié)：在每一個滑差周期內(nèi)發(fā)一次寬度恒定的增速或減速脈沖，均頻脈沖時間的占用率與頻差成正比，稱為比例脈沖調(diào)節(jié)制。頻差大時，使均頻脈沖的次數(shù)較為頻繁，進(jìn)入汽輪機(jī)的動力元素在單位時間內(nèi)的改變量較大，以迅速彌補(bǔ)頻率的差別；頻差小時，使均頻脈沖的次數(shù)較少，進(jìn)入汽輪機(jī)的動力元素在單位時間內(nèi)的改變也較少，從而避免過調(diào)；比例調(diào)節(jié)脈沖可以使均頻過程迅速而平穩(wěn)地進(jìn)行。3恒定越前時間控制實(shí)現(xiàn)——頻差控制2025/3/737檢測不可使用線性整步電壓可直接用UG和Ux的幅值進(jìn)行比較，兩電壓分別經(jīng)變壓器、整流橋和一個電壓平衡電路后檢測電壓差的絕對值控制自動調(diào)節(jié)待并發(fā)電機(jī)