第四章 并列控制

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1、1并列运行的含义并列运行的含义n 提高供电的可靠性；提高供电的可靠性；n 提高供电的经济性；提高供电的经济性；n 提高电能的质量。提高电能的质量。无穷大电网的含义无穷大电网的含义0 xxxSUCfCZ 将两台或多台发电机分别接在电力系统对应母线上，或通过变压器、输电线接在电力系统的公共母线上，共同向负荷供电。并列运行的优点并列运行的优点并列方法并列方法n 准同期法准同期法n 自同期法自同期法n 跟踪同期跟踪同期第四章第四章 并列控制并列控制 4-1 电力系统并列概述电力系统并列概述2第四章第四章 并列控制并列控制 4-1 电力系统并列概述电力系统并列概述发电机并列：发电机并列： 是将发电机与系

2、统或另外的发电机连接的断路器闭合使发电是将发电机与系统或另外的发电机连接的断路器闭合使发电机投入电力系统运行的操作。机投入电力系统运行的操作。系统并列：系统并列： 是将连接两个系统联络线上的断路器闭合使两个分开的系统是将连接两个系统联络线上的断路器闭合使两个分开的系统并列运行的操作。并列运行的操作。并列并列发电机发电机并列：并列：系统系统并列：并列：发电机发电机 发电机发电机发电机发电机 系统系统 系统系统 系统系统3 4-1 电力系统并列概述电力系统并列概述两个独立的电源并列运行在一起，必须具备下列条件：两个独立的电源并列运行在一起，必须具备下列条件：（1）电压（大小）相等；）电压（大小）相

3、等；（2）频率相同；）频率相同；（3）电压的相位角差不超过允许值；）电压的相位角差不超过允许值；（4）待并发电机的相序与另一发电机）待并发电机的相序与另一发电机/电网的相序相同。电网的相序相同。否则否则v可能产生巨大的冲击电流；可能产生巨大的冲击电流；v引起电力系统电压严重下降；引起电力系统电压严重下降；v可能使电力系统发生振荡以至于瓦解。可能使电力系统发生振荡以至于瓦解。v巨大的冲击电流将产生强大的电动力，可能对电气设备造成严重的损坏，巨大的冲击电流将产生强大的电动力，可能对电气设备造成严重的损坏，系统振荡并失去稳定，造成严重后果。系统振荡并失去稳定，造成严重后果。4 4-1 电力系统并列概

4、述电力系统并列概述（1 1）冲击电流（合闸后通过主触头的电流）冲击电流（合闸后通过主触头的电流） 不超过允许值，并尽可能小不超过允许值，并尽可能小（2 2）并列后能迅速同步运行）并列后能迅速同步运行 并列后主触头两侧的发电机并列后主触头两侧的发电机（或等效发电机）（或等效发电机）以相同的电气角速度旋转以相同的电气角速度旋转一、对并列的基本要求一、对并列的基本要求并列操作结果的两种可能：并列操作结果的两种可能：成功成功失败失败解列解列需要经验丰富需要经验丰富5n力破坏示意图力破坏示意图 冲击电流对发电机定子和转子的破坏冲击电流对发电机定子和转子的破坏 1. 1. 定子绕组的端部受到很大的电磁力定

5、子绕组的端部受到很大的电磁力的作用，使绕组变形：的作用，使绕组变形： 定子绕组端部与转子绕组端部相互间的作用定子绕组端部与转子绕组端部相互间的作用力力F1； 定子绕组端部与铁心之间的作用力定子绕组端部与铁心之间的作用力F2。 定子绕组端部相互间的作用力定子绕组端部相互间的作用力F3； 2. 2. 转轴受到很大的电磁力矩作用，使转轴受到很大的电磁力矩作用，使振动加剧；振动加剧； 3. 3. 冲击电流很大，会引起绕组过热。冲击电流很大，会引起绕组过热。6二、准同期并列二、准同期并列XUGGUGGt00XXtGXGUSUXUj01 a b电电压压加加于于QF两两侧侧（一）准同期并列的理想条件（一）准

6、同期并列的理想条件用于：用于：机组并电网和电网并电网机组并电网和电网并电网原理：原理：待并列双方电压加于并列断路器主触头两端；调整电压三要素；合闸。待并列双方电压加于并列断路器主触头两端；调整电压三要素；合闸。7,0,0,0GXGXSGXGXGXGXGXGXfffffUUUUUUU准同期并列前：准同期并列前：准同期并列的理想条件：准同期并列的理想条件：00sin()sin()GGGGXXXXuUtuUt发电机电压：瞬时电压系统电压：SGXUUUU电压差：瞬时状态：瞬时状态：GX、发电机电压和系统电压的相角，电气角度在早期工程实际中，三个条件很难同时满足。在早期工程实际中，三个条件很难同时满足。

7、 8（二）准同期并列的误差对并列的影响（二）准同期并列的误差对并列的影响,GXGXGXffUU1.8 2shmshpiIshIXUGUU01 1、合闸电压幅值差对并列的影响、合闸电压幅值差对并列的影响分析的前提条件：分析的前提条件：冲击电流的影响：冲击电流的影响： 冲击电流为无功分量，冲击电流为无功分量，不会加重原动机的负担，但不会加重原动机的负担，但会在电枢绕组中产生很大的会在电枢绕组中产生很大的冲击力，使电枢绕组端部受冲击力，使电枢绕组端部受冲击力的作用而变形。冲击力的作用而变形。并列冲击电流并列冲击电流 的周期分量有效值：的周期分量有效值：GXshpqXUUIXXqX 发电机次暂态电抗X

8、X电力系统等值电抗并列冲击电流的最大值：并列冲击电流的最大值：shI9并列冲击电流的并列冲击电流的波形波形三相短路时最严重相的电流波形图三相短路时最严重相的电流波形图cos()atTshshpmshpmiItIeshpi周期分量部分shapi非周期分量部分shim10 并列并列冲击电流冲击电流最大最大值值 并列并列冲击电流是冲击电流是冲击冲击全电流的瞬时全电流的瞬时最大最大值，出现在值，出现在并列合闸并列合闸后半个周期后半个周期时时刻刻，即，即t t=0.01=0.01秒时秒时刻刻。c o satTs hs h p ms h p miItIe 0.01220.010.01coscos 2(1)

9、2aaatTTaTshshpmshpmshpmshpmtTtTTshpmshpmshpshshpshmiItIeIIeIIeIeKIi 0.011aTshKe 冲 击 系 数sh mi因为因为其中：其中：mshi110.010.0102001ashaashLRTeKLTRRLTeK 纯电感电路纯电阻电路1 V1.8,2.551 V1.3,1.84shshmshpshshmshpkKiIkKiI当短路点位于高压系统时（以上）：当短路点位于低压系统时（以下）：shK 的确定12 并列并列冲击电流有效值冲击电流有效值 22220002202111() ( 2(-112)12(-1)Tshapshap

10、tTshp apTTTshshpshapshpshapiishpshshpshpshIiidtidtidtTTTIkdITIkiit:1.8,1.51:1.3,1.09shshshpshshshpkIIkII高压系统低压系统 并列并列冲击电流有效值是短路后第一个周期的冲击电流有效值是短路后第一个周期的冲击冲击全电流全电流有效值。有效值。shIshim132 2、合闸相角差对并列的影响、合闸相角差对并列的影响,GXGXGXffUUsinsin2sincos2sin222SGqqqUUUEEE0chIGUUXUshIqE 发电机交轴次暂态电势。分析的前提条件：分析的前提条件：()()2sin21.

11、8 2GXshpqXqXqshpqXshmshpUUUIj XXj XXEIXXiI冲击电流的影响：冲击电流的影响：1)1)电枢绕组端部受电枢绕组端部受力力变形变形; ; 2)2)转轴上受冲击转轴上受冲击转矩转矩的作用的作用, ,使机轴扭曲变形使机轴扭曲变形; ;) )电枢绕组电枢绕组发热发热。并列冲击电流并列冲击电流 的周期分量的的周期分量的有效值：有效值：shI143 3、合闸频率差对并列的影响、合闸频率差对并列的影响2122221212121()2GXGXGXWJWJWWWJ 待并网发电机转子角速度系统等值的转子角速度并网前转子储存的动能：并网后转子应具备的动能：并网瞬间：分析的前提条件

12、：分析的前提条件：,GXGXGXUUff存在电网与发电机的能量交换，存在电网与发电机的能量交换， 送入电网（或由电网补充）。送入电网（或由电网补充）。W由于机组有转动惯量，这一能量交换过程将伴随着机组转速摇摆（振荡）进行，由于机组有转动惯量，这一能量交换过程将伴随着机组转速摇摆（振荡）进行，转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动（拍振）。转轴上时而产生制动转矩、时而产生驱动转矩，结果是电机振动（拍振）。冲击电流的影响：冲击电流的影响：拍振电流使电枢绕组端部受力拍振电流使电枢绕组端部受力变形，使电枢绕组发热。变形，使电枢绕组发热。f 与的 关 系 ？15发电机功角特性曲线；发电

13、机功角特性曲线；发电机电势发电机电势 和系统电压和系统电压 之间滑差角频率之间滑差角频率 与功角与功角 的关系曲线（的关系曲线（ 初始小，并列成功）初始小，并列成功）qEXUssGX 发电机电势发电机电势 和系统电压和系统电压 之间滑差角频率之间滑差角频率 与功角与功角 的关系曲线（的关系曲线（ 初始大，并列失败）初始大，并列失败）qEXUssse分析的假定条件：分析的假定条件：n系统无限大系统无限大n机组调速器不动作机组调速器不动作16sGX GX 由于由于 ，在机组转子惯性的作用下机组不能稳定在，在机组转子惯性的作用下机组不能稳定在A点运行，机组转子将点运行，机组转子将以大于以大于 的速度

14、旋转。这将导致：的速度旋转。这将导致：XeSGP发电机组的转子受到的电磁阻力增加（）至至B点时，点时， ，发电机与系统同速了，此时发电机向系统输出有功功率，发电机与系统同速了，此时发电机向系统输出有功功率 。0SBP 由于机组被拉入同步的过程中机组调速器是不动作的，这么大的功率来自于由于机组被拉入同步的过程中机组调速器是不动作的，这么大的功率来自于发电机转子中储存的动能转化而来。发电机转子中储存的动能转化而来。AB过程过程设发电机断路器主触头闭合设发电机断路器主触头闭合的瞬间发电机运行在图中的瞬间发电机运行在图中A=0=0ePSSAe17sGX eBC过程过程00e=P 在在B点，由于机组输出

15、的功率大于原动机输入的功率，再加上机组转动惯量的点，由于机组输出的功率大于原动机输入的功率，再加上机组转动惯量的作用，机组将继续减速，这将导致：作用，机组将继续减速，这将导致：GeSGXP机组转子受到的电磁阻力转矩逐渐减小向负方向增加() 。至至C点时，点时， ，机组输入输出有功功率平衡，机组输入输出有功功率平衡， 。0SC18sGX eCD过程过程 在在C点，由于机组转子惯性的作用，将使点，由于机组转子惯性的作用，将使 进入负值区。此时发电机输出的进入负值区。此时发电机输出的功率变为负值，发电机从系统汲取有功功率（相当于电动机），这将导致：功率变为负值，发电机从系统汲取有功功率（相当于电动机

16、），这将导致：S至至D点时，点时， ，机组与系统同速，此时机组从系统汲取有功功率，机组与系统同速，此时机组从系统汲取有功功率 。0SDP19sGX eDE过程过程 在在D点，由于存在加速功率点，由于存在加速功率 ，机组会继续加速，这将导致：，机组会继续加速，这将导致：DPSeP的负值减少的负值减少。上述过程一直持续到上述过程一直持续到E点。在点。在E点，点，000.SePP，机组与系统同步；20 根据设定的分析条件（并列瞬间根据设定的分析条件（并列瞬间 ， ），），设发电机断路器主触头闭合的瞬间发电机运行在图中设发电机断路器主触头闭合的瞬间发电机运行在图中A点：点： ， ， 。并列过渡过程分析

17、：并列过渡过程分析：GX00e=PGX=0=0=0ePSSA 由于由于 ，在机组转子惯性的作用下机组不能稳定在，在机组转子惯性的作用下机组不能稳定在A点运行，机组转子将点运行，机组转子将以大于以大于 的速度旋转。这将导致：的速度旋转。这将导致：XeSGP发电机组的转子受到的电磁阻力增加（）至至B点时，点时， ，发电机与系统同速了，此时发电机向系统输出有功功率，发电机与系统同速了，此时发电机向系统输出有功功率 。0SBP 由于机组被拉入同步的过程中机组调速器是不动作的，这么大的功率来自于由于机组被拉入同步的过程中机组调速器是不动作的，这么大的功率来自于发电机转子中储存的动能转化而来。发电机转子中

18、储存的动能转化而来。 在在B点，由于机组输出的功率大于原动机输入的功率，在加上机组转动惯量点，由于机组输出的功率大于原动机输入的功率，在加上机组转动惯量的作用，机组将继续减速，这将导致：的作用，机组将继续减速，这将导致：GeSGXP发电机组的转子受到的电磁减小向负方向增加(180 一般情况下，机组并列时一般情况下，机组并列时 都比较小，上述情况很少出现。都比较小，上述情况很少出现。SsGX e234 4、 相序不同对并列的影响相序不同对并列的影响,120 ,3,.GXGUUUU相序不同的发电机绝不能并列 因为此时与恒差恒等于它将产生巨大的冲击电流而危及电机nU不超过不超过10%n相位差不超过相

19、位差不超过10%n频率偏差不超过频率偏差不超过0.2%-0.5%（0.1-0.25Hz)。 发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许发电机实际并列时，除了相序必须一致外，其它条件允许有一定的偏差有一定的偏差: :245 5、 脉动电压分析脉动电压分析设并列断路器设并列断路器QF两侧电压分别为两侧电压分别为 和和 ；并列断路；并列断路器器 QF主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同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，决定于合闸时步运行的暂态过程，决定于合闸时 因此，准同期并列只要对电压矢量差因此，准同期并列只要对电压矢量差 进行检测进行检测和控制，并选择合适

20、的时刻发出合闸信号，使合闸瞬间和控制，并选择合适的时刻发出合闸信号，使合闸瞬间的的 值在允许值以内，即可实现冲击电流最小并列。值在允许值以内，即可实现冲击电流最小并列。XUGGU电电压压加加于于QF两两侧侧GUXUGXsUUUU电压矢量差：电压矢量差：SUSU255 5、 脉动电压分析脉动电压分析频差、滑差、滑差周期频差、滑差、滑差周期 频差频差 ：sfsGXfff滑差滑差 ：sGXs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 ：sT21sssTf上述参数都是描述断路器上述参数都是描述断路器QF两侧电压矢量相对运动快慢的一组数据。两侧电压矢量相对运

21、动快慢的一组数据。准同期并列控制主要是检测准同期并列控制主要是检测QF两侧的电压差两侧的电压差 并提取信息。并提取信息。 SU265 5、 脉动电压分析脉动电压分析XUGXGXUUsu（1） 与与 电压幅值相等电压幅值相等 断路器断路器QF两侧电压差瞬时值两侧电压差瞬时值 为为GU为便于分析问题，设待并发电机为便于分析问题，设待并发电机12sin()sin()sGGxxuUtUt275 5、 脉动电压分析脉动电压分析XU（1） 与与 电压幅值相等电压幅值相等 GU设初始角设初始角 ，应用和差化积公式得：，应用和差化积公式得： 2sin()cos()22GxGxsGuUtt12定义定义 为为 的

22、幅值，则的幅值，则 2sin()2GxsGUUtsucos()2GxssuUt波形可以看成是幅值为波形可以看成是幅值为 、频率接近于工频的交流电压波形、频率接近于工频的交流电压波形susU285 5、 脉动电压分析脉动电压分析XU（1） 与与 电压幅值相等电压幅值相等 GU因为因为 ，两电压相量间的相角差为，两电压相量间的相角差为 则则 的幅值的幅值2sin()2sin()2sin()222seesGGxtUUUUsGXest 因此因此 为一正弦脉动电压，其最大幅值为为一正弦脉动电压，其最大幅值为 （或（或 ）。）。 的的相量图及其瞬时值波形如下图所示。转动一圈的时间为脉动周期相量图及其瞬时值

23、波形如下图所示。转动一圈的时间为脉动周期 。 su2GU2xUsUsTsu295 5、 脉动电压分析脉动电压分析（1） 与与 电压幅值相等电压幅值相等 XUGU305 5、 脉动电压分析脉动电压分析（2） 与与 电压幅值不相等电压幅值不相等 XUGU0XXt()e GXGUsUXUj0i应用三角公式可求得应用三角公式可求得 的值为的值为 sU222cossGxGxsUUUU Ut0QFQFssGxssGxtUUUtUUU时，即断路器两侧电压幅值差时，即断路器两侧电压幅值和sU31时时 的波形的波形 sUGxUU时时 的波形的波形 sUGxUU5 5、 脉动电压分析脉动电压分析32（三）准同期并

24、列特点（三）准同期并列特点 准同期并列操作是将待并发电机转速升至接近同期转速后加励磁，当发电机准同期并列操作是将待并发电机转速升至接近同期转速后加励磁，当发电机（或待并系统）频率、电压相角、电压大小分别与运行系统（以下简称系统）频率、（或待并系统）频率、电压相角、电压大小分别与运行系统（以下简称系统）频率、电压相角、电压大小接近相同时，把待并发电机（或待并系统）投入系统，即合上电压相角、电压大小接近相同时，把待并发电机（或待并系统）投入系统，即合上相应的断路器。相应的断路器。准同期并列的特点是准同期并列的特点是l并列时间较长；并列时间较长；l可能由于操作人员失误，发生误操作，而造成非同期并列；

25、可能由于操作人员失误，发生误操作，而造成非同期并列；l但是由于并列时冲击电流较小，不会引起系统电压降低，获得广泛的应用；但是由于并列时冲击电流较小，不会引起系统电压降低，获得广泛的应用；l准同期并列适用于发电机并入系统和两个系统之间的并列，所以变电站都采用准同准同期并列适用于发电机并入系统和两个系统之间的并列，所以变电站都采用准同期并列。期并列。33 因为尚无励磁，因为尚无励磁，DL闭合瞬间相当关于发电机定子短路闭合瞬间相当关于发电机定子短路三、自同期并列三、自同期并列QFKKQFKKMCMCMCMC发电机启动前，将断开，断开，闭合；开动原动机，转子旋转，转子升速到额定转速的95%以上接近同步

26、转速时，闭合，其辅助出点联动将闭合、断开，给发电机转子绕组加励磁电流KMCKMCZRGQFXUXX发电机组将在电势增加、冲击电流减小的过程中被系统拉入同步发电机组将在电势增加、冲击电流减小的过程中被系统拉入同步冲击电流冲击电流XchqXUIXX发电机端电压发电机端电压XGqqXUUXXX34 只能在事故和频率降低时使用；只能在事故和频率降低时使用； 一般适用于水轮发电机组，很少用于汽轮发电机组；一般适用于水轮发电机组，很少用于汽轮发电机组； 只能用于发电机与系统的并列，不能用于系统与系统的并列；只能用于发电机与系统的并列，不能用于系统与系统的并列； 不适用于大容量发电机并列（扰动大），很少采用

27、不适用于大容量发电机并列（扰动大），很少采用（有关规程规定：对于单机容有关规程规定：对于单机容量在量在100MW100MW以下的汽轮发电机，当最大冲击电流周期分量不超过额定电流的以下的汽轮发电机，当最大冲击电流周期分量不超过额定电流的0.740.74倍时，才倍时，才允许采用自同期并列允许采用自同期并列）。自同期并列的缺点自同期并列的缺点: : 冲击电流大，容易造成机组损坏；冲击电流大，容易造成机组损坏； 机组机组附近电压瞬时下降，对电力系统扰动大，频率震荡。附近电压瞬时下降，对电力系统扰动大，频率震荡。自同期并列的适用场合：自同期并列的适用场合：35 发电厂（或变电站）中每个有可能进行同期操作

28、的断路器，称为同期点。也发电厂（或变电站）中每个有可能进行同期操作的断路器，称为同期点。也就是说当断路器两侧有可能出现非同一系统电源时，此断路器是同期点。选择如下：就是说当断路器两侧有可能出现非同一系统电源时，此断路器是同期点。选择如下：四、同期点及同期方式的设置四、同期点及同期方式的设置（1 1）发电机出口断路器及发电机一双绕组变压器出口断路器，都是同期点。发电机出口断路器及发电机一双绕组变压器出口断路器，都是同期点。因为各因为各发电机的并列操作，通常均是利用各自的断路器进行并列的。发电机的并列操作，通常均是利用各自的断路器进行并列的。（2 2）母联断路器都是同期点。母联断路器都是同期点。它

29、们是同一母线上的所有电源元件的后备同期点。它们是同一母线上的所有电源元件的后备同期点。（3 3）自耦变压器或三绕组变压器的三侧断路器都是同期点。自耦变压器或三绕组变压器的三侧断路器都是同期点。这些并列点是为了减少这些并列点是为了减少并列时可能出现的倒闸操作，以保证事故情况下迅速可靠的恢复供电。并列时可能出现的倒闸操作，以保证事故情况下迅速可靠的恢复供电。（4 4）系统联络线的线路断路器都是同期点。系统联络线的线路断路器都是同期点。（5 5）旁路断路器也是同期点。旁路断路器也是同期点。因为它可以代替联络线断路器进行并列。因为它可以代替联络线断路器进行并列。（6 6）若不同的厂用变若不同的厂用变压

30、器压器引至不同系统，也是同期点。引至不同系统，也是同期点。36 可以利用脉动电压可以利用脉动电压u us s检测准同期并列的条件是否满足要求。检测准同期并列的条件是否满足要求。一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理 4-2 自动准同期并列自动准同期并列准同期并列时，同时满足频率、相角条件有一定技术困难。准同期并列时，同时满足频率、相角条件有一定技术困难。 左图表明，在左图表明，在脉动电压脉动电压u us s的波形中包含的波形中包含准同期并列所需检测的所有信息：准同期并列所需检测的所有信息：电压幅值差电压幅值差频率差频率差相角差随时间变化的规律相角差随时间变

31、化的规律脉动电压脉动电压us也称作滑差电压。也称作滑差电压。 37一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理 4-2 自动准同期并列自动准同期并列脉动电压脉动电压us的波形中包含的信息：的波形中包含的信息：1.1.电压幅值差电压幅值差 电压幅值差电压幅值差|UGU x|对应于脉动电压对应于脉动电压us波形的最小幅值，由做下图得波形的最小幅值，由做下图得 minsGxUUU通过对通过对Usmin的测量，就可判断的测量，就可判断 与与 间间的电压幅值差是否超出允许值。的电压幅值差是否超出允许值。 GUXU38一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自

32、动准同期并列基本原理 4-2 自动准同期并列自动准同期并列脉动电压脉动电压us的波形中包含的信息：的波形中包含的信息：2.2.频率差频率差 与与 间的频率差就是脉动电压间的频率差就是脉动电压 的频率的频率 。 GUXUsUsf因为因为22sssfT可见可见s反映了频率差反映了频率差fs 的大小。要求的大小。要求s 小小于某一允许值，就相当于要求脉动电压周于某一允许值，就相当于要求脉动电压周期期Ts大于某一个给定值。大于某一个给定值。 39一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理 4-2 自动准同期并列自动准同期并列脉动电压脉动电压us的波形中包含的信息：的波

33、形中包含的信息：2.2.频率差频率差 设滑差角频率允许值设滑差角频率允许值sy最大为最大为0.2% 。sf即即0.220.2rad/s100syNf（）对应的脉动电压周期对应的脉动电压周期Ts的值为的值为210ssyTs （ ）40一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理 4-2 自动准同期并列自动准同期并列脉动电压脉动电压us的波形中包含的信息：的波形中包含的信息：3.3.合闸相角差合闸相角差e的控制的控制最理想的合闸瞬间是在最理想的合闸瞬间是在 与与 两电压向量重合的瞬间。两电压向量重合的瞬间。 GUXU考虑到断路器操作机构和合闸回路的固有动作时间，必须

34、在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 与与 电压电压向量重合之前某一时刻发出合闸信号，即取一提前量。向量重合之前某一时刻发出合闸信号，即取一提前量。 这一段时间一般称为这一段时间一般称为“越前时间越前时间”，由于该越前时间只需按断路器的合闸时，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。间（准同期装置的动作时间可忽略）进行整定。GUXU由于这一段时间（越前时间）整定值与滑差及压差无关，所以称为由于这一段时间（越前时间）整定值与滑差及压差无关，所以称为“恒定恒定越前时间越前时间”。41 发电机与系统电压在频率和相角基本相同的情况下（不能发电机与系

35、统电压在频率和相角基本相同的情况下（不能完全相同），完全相同），向发电机断路器发出闭合信号，将发电机并入电，向发电机断路器发出闭合信号，将发电机并入电力系统。这个越前时间等于发电机断路器的力系统。这个越前时间等于发电机断路器的。()e 一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理 4-2 自动准同期并列自动准同期并列定义定义42()0e 恒定越前时间自动准同期并列矢量示意图恒定越前时间自动准同期并列矢量示意图恒定越前一个恒定时间的目的：使合闸瞬间恒定越前一个恒定时间的目的：使合闸瞬间()e XGXUsUGUj01一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前

36、时间自动准同期并列基本原理GX43 恒定越前时间自动准同期合闸信号控制单元的控制原则是当频率和电恒定越前时间自动准同期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，在压满足并列条件的情况下，在 与与 要重合之前发出合闸信号。在两要重合之前发出合闸信号。在两电压向量重合之前的信号称为提前量信号。电压向量重合之前的信号称为提前量信号。 GUXU(1)越前时间越前时间tYJ 通常令通常令 YJcQFttT式中式中 tc 自动准同期装置的动作时间；自动准同期装置的动作时间； tQF并列断路器的合闸时间。并列断路器的合闸时间。tYJ主要决定于主要决定于tQF，其值随断路器的类型不同而不同

37、。，其值随断路器的类型不同而不同。 一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理44(2)允许滑差角速度允许滑差角速度 恒定越前时间原理恒定越前时间原理 一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理45(2)允许滑差角速度允许滑差角速度 由于由于YJ = s tYJ ，当，当tYJ 为定值时，为定值时， YJ 与与s 成正比。成正比。 即由于即由于 s1 s2 s3 ， 所以所以 YJ1 YJ2 YJ3 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闸时间

38、tQF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允许滑差角速度SY 受到限制。受到限制。 一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理46(2)允许滑差角速度允许滑差角速度 设设ey为发电机组的允许合闸相角，最大允许滑差为为发电机组的允许合闸相角，最大允许滑差为sy eysycQFtt 式中式中 自动准同期装置的动作误差时间；自动准同期装置的动作误差时间； 并列断路器的合闸动作误差时间。并列断路器的合闸动作误差时间。ctQFtey决定于发电机的最大冲击电流值决定于发电机的最大冲击电流

39、值 ，当给定，当给定 值后，可求得值后，可求得 shmishmi()2arcsin()2 1.8 2shmqXeyqiXXradE将将ey 代入上式，即可求得允许滑差代入上式，即可求得允许滑差sy 。 一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理一、恒定越前时间自动准同期并列基本原理47二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置G自自动动准准同同期期装装置置均频控制均频控制单元单元均压控制均压控制单元单元合闸控制合闸控制单元单元48二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置自动准同期装置按自动化程度分为：自动准同期装置按自动化程度分为：（1 1）半

40、自动准同期并列装置）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 2）自动准同期并列装置）自动准同期并列装置设置频率控制单元、电压控制单元和合闸信号控制单元设置频率控制单元、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

41、条件时，自动选择合适时机发出合闸信号当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号49同期电压的引入同期电压的引入v在准同期操作时，需要检测同期电压是否满足并列条件。同期电压是同在准同期操作时，需要检测同期电压是否满足并列条件。同期电压是同期点（断路器）两侧电压经过电压互感器变换和二次回路变换后的交流期点（断路器）两侧电压经过电压互感器变换和二次回路变换后的交流电压，为了全厂（站）配用一套同期装置，需要把同期电压引到同期电电压，为了全厂（站）配用一套同期装置，需要把同期电压引到同期电压小母线上。所以，通常把同期电压小母线上的二次电压称为同期电压。压小母线上。所以，通常把同期电压小母线上的二次电

42、压称为同期电压。同期电压的引入方式（即同期电压小母线的数目）与同期系统采用的接同期电压的引入方式（即同期电压小母线的数目）与同期系统采用的接线方式有关。线方式有关。发电机出口断路器三相同期电压的引入电路发电机出口断路器三相同期电压的引入电路50二、恒定越前时间自动准同期并列装置构成二、恒定越前时间自动准同期并列装置构成 脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息：脉动电压含有同期合闸所需要的所有信息： 电压幅值差电压幅值差 频率差频率差 合闸相角差合闸相角差 但是，在实际装置中，但是，在实际装置中，不能直接利用其检测并列条件不能直接利用其检测并列条件。原因是，它的幅值与发电机电压和系统电压有关。原因

43、是，它的幅值与发电机电压和系统电压有关。51二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（1）线性整步电压）线性整步电压UsL 其幅值在一周期内与相角差其幅值在一周期内与相角差e分段按比例变化的电压，一般分段按比例变化的电压，一般呈三角形波形。其特点如下：呈三角形波形。其特点如下： eGX0sLeU 区间时，与成反比esLsLmUU=0时，为最大值0sLeU 区间时，与成正比sLeGXUUU与成分段比例关系与和无关52二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置全波线性整步电压全波线性整步电压整形整形相敏相敏滤波滤波53二、恒定越前时间自动准同期

44、并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（1）线性整步电压）线性整步电压UsL线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为：线性整步电压的数学描述可用两个直线方程表示为： ()0()0sLmsLeesLmsLeeUUUU式中，式中，UsLm三角波的顶值电压三角波的顶值电压 线性整步电压形成电路由：线性整步电压形成电路由： 电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波器和射极跟随器组成。电压变换、整形电路、相敏电路、低通滤波器和射极跟随器组成。 54二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置线性整步电压线性整步电压UsL的生成方法的生成方法（1） 整形电路是将整形电路是将U

45、G和和Ux的正弦波变换成与主频率和相位相同的正弦波变换成与主频率和相位相同的一系列方波，方波的幅值与的一系列方波，方波的幅值与UG和和Ux的幅值无关。的幅值无关。（2） 相敏电路是在两个输入信号的电平相同时输出为高电平相敏电路是在两个输入信号的电平相同时输出为高电平“1”，两者不同时则输出为低电平两者不同时则输出为低电平“0”。 （3） 滤波电路和射极跟随器输出。为了获得线性整步电压滤波电路和射极跟随器输出。为了获得线性整步电压UsL与与相角差相角差e的线性关系，采用的线性关系，采用LC滤波器平滑波形，为了提高整步电滤波器平滑波形，为了提高整步电压信号的负载能力，采用射极跟随器输出。压信号的负

46、载能力，采用射极跟随器输出。 （1）线性整步电压）线性整步电压UsL55恒定越前时间电路原理图恒定越前时间电路原理图二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（2）恒定越前时间的整定）恒定越前时间的整定恒定越前时间部分是由恒定越前时间部分是由R、C组成组成的的比例微分回路比例微分回路和和电平检测器电平检测器构成构成56利用叠加原理求利用叠加原理求UR2示意图示意图二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（2）恒定越前时间的整定）恒定越前时间的整定222RRRUUU57二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（2）

47、恒定越前时间的整定）恒定越前时间的整定 在左图（在左图（b）中，由于电容器）中，由于电容器 C 的容量很小，容抗很的容量很小，容抗很大，其作用可以忽略，故大，其作用可以忽略，故2212()(0)RsLmssURUttRR 在左图（在左图（c）中，如）中，如 ，则，则1212sR RTCRR212121212(0)RsLsLmssdUUR RR RUCCtdtRRRR58二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（2）恒定越前时间的整定）恒定越前时间的整定在在 区间，若电平检测器翻转电平置为区间，若电平检测器翻转电平置为2122121212()sLmsLmss YJsL

48、mUURR RRtCURRRRRR0st212sLmRURR反转时间为反转时间为tYJ，则动作的临界条件为，则动作的临界条件为22212RRsLmRUUURR即即111s YJstRC11s YJstRC得得1YJtRC 59二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（2）恒定越前时间的整定）恒定越前时间的整定1YJtRC 电平检测器反转瞬间的电平检测器反转瞬间的tYJ值与值与s无关，无关，而是仅与而是仅与R1及及C 的的数值有关的常量，右端的数值有关的常量，右端的负号表示与所取时间标尺的方向相反，即为负号表示与所取时间标尺的方向相反，即为“越前越前”时间，故时间，故

49、tYJ 为恒定越前时间。为恒定越前时间。 左图表示在不同的滑差周期下，越前时左图表示在不同的滑差周期下，越前时间能够恒定的示意图。间能够恒定的示意图。恒定越前时间电平检测器原理示意图恒定越前时间电平检测器原理示意图60二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置（3）滑差检测）滑差检测 利用比较恒定越前利用比较恒定越前时间电平检测器时间电平检测器和恒和恒定越前定越前相角电平检测器相角电平检测器的动作次序来实现滑的动作次序来实现滑差检测，如左图所示。差检测，如左图所示。 恒定越前相角电平检测器输入恒定越前相角电平检测器输入UsL，当，当UsL 等于或大于等于或大于UsLK

50、 时，检测器动作，输出低电时，检测器动作，输出低电平。平。 随着滑差的减小，即随着滑差的减小，即Ts1 |tYJ| ，即恒定越前相角电平检，即恒定越前相角电平检测器先于越前时间动作时，才说明这时的测器先于越前时间动作时，才说明这时的s小于允许滑差的频率小于允许滑差的频率sy，从而做出频率差符，从而做出频率差符合并列条件的判断。合并列条件的判断。恒定越前相角电平检测器工作原理图恒定越前相角电平检测器工作原理图频差检测不合格频差检测不合格临界频差临界频差频差检测合格频差检测合格syAYJstt二、恒定越前时间自动准同期并列装置二、恒定越前时间自动准同期并列装置62二、恒定越前时间自动准同期并列装置

51、二、恒定越前时间自动准同期并列装置（4）电压差电压差检测检测 线性整步电压不载有并列电两侧电压幅值的信息线性整步电压不载有并列电两侧电压幅值的信息 无法利用其进行电压差检测无法利用其进行电压差检测 电压差检测可直接用电压差检测可直接用 和和 的幅值进行比较：的幅值进行比较： 两电压分别经变压器、整流桥和一个电压平衡电路后检测电压差的绝对值两电压分别经变压器、整流桥和一个电压平衡电路后检测电压差的绝对值 当此电压差小于允许值时发出当此电压差小于允许值时发出“电压差合格允许合闸电压差合格允许合闸”信号信号GUXU63三、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准同期并列合闸信号控制逻辑

52、结构图准同期并列合闸信号控制逻辑结构图 与门与门 合闸信号合闸信号电压允许信号电压允许信号频差允许信号频差允许信号提前量信号提前量信号非门非门与门与门 双稳双稳记忆记忆与门与门 tYJUsLKUUUUU动作合闸动作合闸UsSZY2Y1合闸控制逻辑框图合闸控制逻辑框图电压差电压差检测器输出检测器输出相角电平检测器输出相角电平检测器输出时间电平检测器输出时间电平检测器输出上电防误动作锁死上电防误动作锁死64四、准同期并列的控制四、准同期并列的控制（1）频率）频率差差控制控制待并发电机的频率低于电网频率，则要求发电机升速，发升速脉冲。反之，应发待并发电机的频率低于电网频率，则要求发电机升速，发升速脉

53、冲。反之，应发减速脉冲。减速脉冲。（频差方向识别）（频差方向识别）当频率差值较大时，发出的调节量相应大些。当频率差值小时，发出的调节量也当频率差值较大时，发出的调节量相应大些。当频率差值小时，发出的调节量也就小些，以配合并列操作的工作。就小些，以配合并列操作的工作。（频差大小识别）（频差大小识别）将待并发电机的频率调整到接近于电网频率，使频率差趋向并列条件允许的范围将待并发电机的频率调整到接近于电网频率，使频率差趋向并列条件允许的范围GUXU控制目的：控制目的：控制要求：控制要求：频率差控制单元可由频率差控制单元可由频率差方向测量环节频率差方向测量环节和和频率调整执行环节频率调整执行环节两部分

54、组成。两部分组成。 前者判别前者判别 和和 间频率的高低，作为发升速脉冲或减速脉冲的依据。间频率的高低，作为发升速脉冲或减速脉冲的依据。 后者按比例调节的要求，调整发电机组的转速。后者按比例调节的要求，调整发电机组的转速。控制单元组成：控制单元组成：65四、准同期并列的控制四、准同期并列的控制（1）频率）频率差差控制控制GUXU滑差方向的检测原理滑差方向的检测原理滑差方向的检测原理图滑差方向的检测原理图当当fG fX，s0时，在相角差时，在相角差e自自0运动到运动到180的过程中，的过程中， 始终超前始终超前 ；当当fG fX ，s0时，在相角差时，在相角差e自自0运动到运动到180的过程的过

55、程中，中， 始终超前始终超前 ；因此，要判断因此，要判断s的方向，只需在的方向，只需在e 自自0运动到运动到180的过的过程中的任一时间，看程中的任一时间，看 和和 谁超前谁滞后即可。谁超前谁滞后即可。 的下倾侧就是所要求的鉴别区间，该区间的任一点的下倾侧就是所要求的鉴别区间，该区间的任一点都可用来进行越前鉴别。都可用来进行越前鉴别。sLUGUXUXUGU66四、准同期并列的控制四、准同期并列的控制（1）频率）频率差差控制控制频差控制方法频差控制方法频差控制框图频差控制框图 区间鉴别区间鉴别 只在只在e=50o时发一个宽度恒定的脉冲使与门时发一个宽度恒定的脉冲使与门Y5 、 Y6开放一段时间，

56、发出调速脉冲。开放一段时间，发出调速脉冲。 其余时间其余时间Y5 、 Y6 被闭锁，不发出调速脉冲，如下图所示。被闭锁，不发出调速脉冲，如下图所示。67四、准同期并列的控制四、准同期并列的控制（1）频率）频率差差控制控制频差控制方法频差控制方法越前鉴别越前鉴别判定判定 和和 谁是越前电压。谁是越前电压。输入信号为输入信号为 和和 的方波。的方波。在越前相角在越前相角| |e e |为为0 -0 -区间内，区间内， 当当fG fX，则越前鉴别的减速脉冲回路输出一系列正脉冲。，则越前鉴别的减速脉冲回路输出一系列正脉冲。上述方法可以判别滑差的方向。上述方法可以判别滑差的方向。GUXUGUXU在每一个

57、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比例调节比例调节频差控制波形图频差控制波形图68四、准同期并列的控制四、准同期并列的控制（2）电压差电压差控制控制 在并列操作过程中，自动调节待并发电机的电压，使电压差条件符在并列操作过程中，自动调节待并发电机的电压，使电压差条件符合并列的要求。合并列的要求。构成框图与频率差控制的相似构成框图与频率差控制的相似, ,由由电压差方向测量环节电压差方向测量环节和和脉冲展宽脉冲展宽电路电路组成。组成。69a)a

58、)原理上：原理上：b)b)不能保证不能保证 , ,且合闸时间有误差且合闸时间有误差c)c)均频均压控制速度慢（控制命令是间歇式脉冲）均频均压控制速度慢（控制命令是间歇式脉冲）d)d)同期装置是独立于调速和励磁系统（多种装置，投资大），增大了同期装置是独立于调速和励磁系统（多种装置，投资大），增大了控制系统的投资控制系统的投资0f()0e 五、自动跟踪同期并列（五、自动跟踪同期并列（20世纪世纪80年代后出现）年代后出现）（一）传统同期并列方式缺点（一）传统同期并列方式缺点自同期并列自同期并列：同期暂态电流大。：同期暂态电流大。恒定越前时间同期并列：恒定越前时间同期并列：70（二）跟踪同期并列（

59、二）跟踪同期并列GGGGfUu,XXXXfUu,原原 动动 机机动 力 元 素动 力 元 素输输 入控入控 制制 励励 磁磁 系系 统统断路器断路器控控 制制 调速同期装置调速同期装置 G71调速同期装置调速同期装置在机组不同工作情况下完成的功能：在机组不同工作情况下完成的功能： 同期并列阶段：跟踪同期控制、并列控制。同期并列阶段：跟踪同期控制、并列控制。 发电机并网以后：只执行调速控制。发电机并网以后：只执行调速控制。()0eUf 、（二）跟踪同期并列（二）跟踪同期并列1 1、跟踪同期控制、跟踪同期控制 是一个闭环自动控制系统是一个闭环自动控制系统 输入：发电机和系统的电压矢量信息输入：发电

60、机和系统的电压矢量信息 输出：原动机和励磁系统的控制量输出：原动机和励磁系统的控制量 目标：目标：2 2、断路器合闸控制、断路器合闸控制人工合闸人工合闸自动合闸自动合闸3 3、跟踪同期并列不需要专用的硬设备（多功能合一）、跟踪同期并列不需要专用的硬设备（多功能合一）724 4、跟踪同期并列的并列方式、跟踪同期并列的并列方式手动并列：取消同期装置自动合闸功能，人工合闸。手动并列：取消同期装置自动合闸功能，人工合闸。自动并列：系统正常运行。自动并列：系统正常运行。快速并列：电力系统紧急控制时使用，跟踪同期条件放宽。快速并列：电力系统紧急控制时使用，跟踪同期条件放宽。5 5、跟踪同期并列的现状、跟踪

61、同期并列的现状更适合汽轮发电机应用。更适合汽轮发电机应用。我国生产的水轮发电机组微机调速器中已普遍设置了频率跟我国生产的水轮发电机组微机调速器中已普遍设置了频率跟踪功能。踪功能。是发电机与系统并列的主流方式。是发电机与系统并列的主流方式。断路器合闸控制大多采用由专门设置的同期装置完成。断路器合闸控制大多采用由专门设置的同期装置完成。73 （为适用冲击小速度快的同期要求而出现）（为适用冲击小速度快的同期要求而出现）随着大容量机组随着大容量机组（耐冲击差）（耐冲击差）的出现，例如外的出现，例如外600MW以上机组要求并列时合闸相以上机组要求并列时合闸相角角 ，电压差小于额定电压，电压差小于额定电压

62、 ，要求故障时快速并入电力，要求故障时快速并入电力系统。系统。2 40001一、概述一、概述 4-3 微机自动同期装置微机自动同期装置作为一种计算机自动控制装置由硬件和软件两部分组成作为一种计算机自动控制装置由硬件和软件两部分组成硬件硬件：基于微处理器（：基于微处理器（CPU）构成的主机、输入和输出通道、）构成的主机、输入和输出通道、 接口电路、人机联系设备。大同小异。接口电路、人机联系设备。大同小异。软件软件：跟踪同期并列的计算机程序。是各种不同微机自动同：跟踪同期并列的计算机程序。是各种不同微机自动同期装置的主要区别。期装置的主要区别。微机自动同期装置的微机自动同期装置的研究主要集中在研究

63、主要集中在和和两个方面两个方面74（1）整流滤波A/D数字量（2）对交流电压直接采样求出电压数值电压测量的工作模式与微机励磁装置相同电压测量的工作模式与微机励磁装置相同电压测量：电压测量：二、微机自动同期装置中的参数测量二、微机自动同期装置中的参数测量75 频率、相角差测量：频率、相角差测量：GU降压降压降压降压整形整形整形整形异或门异或门定时定时/计数计数定时定时/计数计数定时定时/计数计数CPUXUGFUXFUFU76数字测频率、数字测相角差的具体方法数字测频率、数字测相角差的具体方法 XeNNGUGFUXFUFUXUGUXUGTXTTGNXNN设微机中定时设微机中定时/计数器的计数脉冲频率为计数器的计数脉冲频率为cfGGc/TNf发电机电压的发电机电压的1/2周期时间：周期时间：XXc/TNf系统电压的系统电压的1/2周期时间：周期时间：发电机电压的频率：发电机电压的频率：cGGG122ffTN系统电压的频率：系统电压的频率：cXXX122ffTN发电机与系统电压的相角差：发电机与系统电压的相角差：