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电力系统自动控制理论chapter1-2准同期并列的基本原理_图文

第二节

准同期并列的基本原理

在满足并列条件的情况下,采用准同期并列方 法将待并发电机组投入电网运行,前已述及只 要控制得当就可使冲击电流很小且对电网扰动 甚微。 因此准同期并列是电力系统运行中的主要并列 方式。

第二节

准同期并列的基本原理
?

设并列断路器DL两侧电压分别为 U G和 U x ; 并列断路器DL主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值 以及进入同步运行的暂态过程,决定于合闸时的脉 ? 动电压 U s 和滑差角速度 ω s 。 ? 因此,准同期并列主要对脉动电压 U s 和滑差角速度 ω s进行检测和控制,并选择合适的时间发出合闸信 ? 号,使合闸瞬间的 U s 值在允许值以内。 检测的信息也就取自DL两侧的电压,而且主要是对 ? U s 进行检测并提取信息。

?

第二节
一、脉动电压

准同期并列的基本原理

(一) U G 与 U x 两电压幅值相等

?

?

& & ?UG = Ux 为便于分析问题,设待并发电机 ? ?ωG ≠ ωx
断路器DL两侧间电压差

us 为

u s = U G sin(ω G t + ? 1) ? U x sin (ω x t + ? 2 )

第二节 准同期并列的基本原理
设初始角 ?1 = ? 2 = 0 ,并应用和差化积公式得:
? ωG ? ω x ? ? ωG + ω x ? t ? cos? t? u s = 2 U G sin ? 2 2 ? ? ? ?
? ωG ? ω x ? t ?为脉动电压的幅值,则 令U s = 2U G sin? 2 ? ?

? ωG + ω x ? t? u s = U s cos? 2 ? ?

u s 波形可以看成是幅值为 U s 、频率接近于工频的
交流电压波形。

第二节 准同期并列的基本原理
又 ω s = ω G ? ω x ,为滑差角速度。 两电压相量间的相角差为

δ e = ω st
于是
U s = 2U s sin

(1-7)
ωst
2 = 2U G sin

δe
2

= 2U x sin

δe

2 (1-8)

u s 为正弦脉动电压,其最大幅值为 2U (或 2U x)。 G
所示。 转动一圈的时间为脉动周期 T s 。
U s 的相量图及其瞬时值波形如图1-5(a)、(b)
?

第二节 准同期并列的基本原理
+j
?
?

us
Us
( ω G t + ?1 ) + i
(a )

u x uG

Ux

ωx
( ω xt + ? 2 )

o
?

ωt
Us


δe

ωG

UG

us
o

ωt

图 1-5 脉动电压

Ts

(b)

(a)相量图(b)波形图

第二节 准同期并列的基本原理
(二) U G 与 U x 两电压幅值不相等 由图1-1(b)的相量图,应用三角公式可求得 U s 的 值为 (1-9) 当 ω st = 0 时, U s = U G ? U x 为两电压幅值差; 当 ω st = π 时, U s = U G + U x 为两电压幅值和。
2 = U 2 + U G ? 2U x U G cos ω s t Us x
?

?

第二节 准同期并列的基本原理
US
ω s1

ω s2

t
图 1-6 U G = U x 时 U s 的波形 ω s1 ω s2

T s1

T s2

US

UG +U x
图 1-7

UG ? U x

t

T s1

T s2
U G 与 U x 不等时 U s 的波

第二节 准同期并列的基本原理
(三)利用脉动电压 u s 检测准同期并列的条件 脉动电压 u s 有时也称作滑差电压。 1、电压幅值差 ? 电压幅值差 U G ? U x 为对应于脉动电压波形 U s 的 最小幅值,由图1-7得
U s min = U G ? U x

通过对 U s min 的测量,就可判断 U G 与 U x 间的电压 幅值差是否超出允许值。

?

?

第二节 准同期并列的基本原理
2、频率差
U G 与 U x 间的频率差就是脉动电压 U s 的频率 f s
?

?

?



ω s = 2π f s

可见 ω s 反映了频率差 f s 的大小。要求 T s小于某一 允许值,就相当于要求脉动电压周期 ω s 大于某一个 给定值。

第二节 准同期并列的基本原理
3、合闸相角差

δ e 的控制
?

最理想的合闸瞬间是在 U G 与 U x 两电压相量重合 的瞬间。 考虑到断路器操作机构和合闸回路的固有动作时间, 必须在两电压相量重合之前发出合闸信号,即取一 提前量。 这一段时间一般称为“越前时间”,由于该越前时 间只需按断路器的合闸时间(准同期装置的动作时 间可忽略)进行整定,整定值应和滑差及压差无关, 故称为“恒定越前时间”。

?

第二节 准同期并列的基本原理
二、自动准同期装置
?

a
x

U

b
TV

DL 并列断路器

a
b
来自厂用电
频率差 控制单元

?

UG

c
TV
电压差 控制单元 合闸信号 控制单元

G

电源

增速

减速

升压 降压

合闸

图 1-8 自动准同期并列装置组成

第二节 准同期并列的基本原理
(1)频差控制单元。检测 U G 与 U x 间的滑差角速 度ω s ,调节转速,使发电机电压的频率接近于系统 频率。 ? ? (2)电压控制单元。检测 U G 与 U x 间的电压差, ? ? 且调节电压 U G使它与 U x 的差值小于允许值,促使 并列条件的形成。 (3)合闸信号控制单元。检查并列条件,当频率 和电压都满足并列条件,选择合适的时机,即在相 角差 δ e 等于零的时刻,提前一个“恒定越前时间” 发出合闸信号。
?

?

第二节 准同期并列的基本原理
自动准同期装置的组成可用图1-8表示,按自动化程度分为: (1)半自动准同期并列装置 没有频差调节和电压调节功能,只有合闸信号控制单元 待并发电机的频率和电压由运行人员监视和调整 当频率和电压都满足并列条件时,并列装置就会在合适的 时刻发出合闸信号 (2)自动准同期并列装置 设置了频率控制单元、电压控制单元和合闸信号控制单元 待并发电机的频率或电压都由并列装置自动调节 当满足并列条件时,自动选择合适时机发出合闸信号

第二节 准同期并列的基本原理
三、准同期并列合闸信号的控制
电压差允许 频率差允许

与 门

合闸信号

提前量信号

提前量信号形成

图 1-9 准同期并列合闸信号控制逻辑结构图

第二节 准同期并列的基本原理
合闸信号控制单元的控制原则是当频率和电压满足 ? ? 并列条件的情况下,在 U G 与 U x 要重合之前发出合 闸信号。在两电压相量重合之前的信号称为提前量 信号。 1、越前时间 t YJ 通常令 (1-10)

tYJ = t c + t DL

式中

——自动准同期装置的动作时间; t DL ——并列断路器的合闸时间。 t YJ 主要决定于 t DL ,其值随断路器的类型而不同。

tc

第二节 准同期并列的基本原理
2、允许滑差角速度
Us

ω s1
δ YJ 1
o

ω s2

ω s1 > ω s 2 > ω s 3

ω s3

δ YJ 2
tDL
t DL
图 1-10 恒定越前时间原理

δ YJ 3
t DL

ω st

t

第二节 准同期并列的基本原理
δ 由于δ YJ = ω s t YJ ,当 t YJ 为定值时, YJ 与 ω s 成正比。 即由于 ω s1 > ω s 2 > ω s 3 所以 δ YJ1 > δ YJ 2 > δ YJ 3
由于装置的越前信号时间、出口继电器的动作时 间以及断路器的合闸时间 t DL 存在着分散性,并列 时难免具有合闸相角差,这就使并列时的允许滑差 角速度 ω sy 受到限制。

第二节 准同期并列的基本原理
设 δ ey 为发电机组的允许合闸相角,最大允许滑差 ω sy δ ey (1-11) = ω sy
? t c + ? t DL

式中 ?t c 、? t DL ——自动并列装置、断路器的动作误 差时间。 δ ey 决定于发电机的最大冲击电流值 i'h' ?max ,当给定 i'h' ?max ' '' 值后,可求得 i 'h?max ? (X q + X x )
δ ey = 2 arcsin
2 ×1.8
'' 2 Eq

( rad )

将取得的 δ ey 值代入(1-11)式,即可求得允许滑 差 ω sy 。

第二节 准同期并列的基本原理
例1-1 某发电机采用自动准同期并列方式与系统进 行并列,系统的参数已归算到以发电机额定容量的 标么值。 " 一次系统的参数为:发电机交轴次暂态电抗 X d为 0.125;系统等值机组的交轴次暂态电抗与线路电抗 为0.25;断路器合闸时间 t DL = 0.5 s ,它的最大可能误 差时间为±20%;自动并列装置最大误差时间为 ±0.05s;待并发电机允许的冲击电流为 i'h' ?max = 2 I Ge 。 试计算允许合闸误差角 δ ey、允许滑差角速度 ω sy,与 相应的脉动电压周期。

第二节 准同期并列的基本原理
解(1)允许合闸误差角

δ ey

δ

ey

= 2 arcsin

2 ×1× ( 0.125 + 0.25 )

2 ×1.8 × 2 ×1.05 = 2 arcsin 0.0992 = 0.199 rad=11.4°

(2)允许滑差角速度 ω sy 断路器合闸动作误差时间 ?t DL = 0.5 × 0.2 = 0.1 s 自动并列装置的误差时间 ?t c = 0.05 s 0.199 所以 = = 1.33 rad/s

ω

sy

0.15

第二节 准同期并列的基本原理
如果滑差角速度采用标么值表示,则
1.33 ω sy = = 0.42 × 10? 2 ω sy* = 2π f e 2π × 50

(3)脉动电压周期 T s

Ts=

ω


sy

=

2π = 4.7 s 1.33


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