《电力系统自动控制》课程教学资源（教案讲义）第一章 同步发电机的同步并列

三、自同期并列 自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网 频率,滑差角速度ω,不超过允许值,且机组的加速度小于某一给定值的条件 下,首先合上并列断路器DL接着立刻合上励磁开关Kg,给转子加上励磁电 流,在发电机电动势逐渐增长的过程中,由电力系统将并列的发电机组拉入 同步运行 自同期并列最突出优点是控制操作非常简单,限于当时控制技术水平, 在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下,应用自同期并列可以迅速把 备用机组投入电网运行,所以曾一度广泛应用于水轮发电机组,作为处理系 统事故的重要措施之一。 自同期并列方式不能用于两个系统间的并列操作。同时应该看到当发电 机用自同期方式投入电网时,在投入瞬间,未经励磁的发电机接入电网,相 当于电网经发电机次暂态电抗x短路,因而不可避免地要引起冲击电流。 当机组一定时,自同期并列的冲击电流主要决定于系统的情况,即决定 于系统电压U和系统电抗x2。自同期时发电机的端电压值UG与冲击电流成 正比。 另外,必须指出:发电机母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作 将产生影响,为此也需受到限制,所以自同期并列方法现已很少采用。 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

6 三、自同期并列 自同期并列操作是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近于电网 频率，滑差角速度s 不超过允许值，且机组的加速度小于某一给定值的条件 下，首先合上并列断路器 DL 接着立刻合上励磁开关KE ，给转子加上励磁电 流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列的发电机组拉入 同步运行。 自同期并列最突出优点是控制操作非常简单，限于当时控制技术水平， 在电力系统发生事故、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把 备用机组投入电网运行，所以曾一度广泛应用于水轮发电机组，作为处理系 统事故的重要措施之一。 自同期并列方式不能用于两个系统间的并列操作。同时应该看到当发电 机用自同期方式投入电网时，在投入瞬间，未经励磁的发电机接入电网，相 当于电网经发电机次暂态电抗 X d " 短路，因而不可避免地要引起冲击电流。 当机组一定时，自同期并列的冲击电流主要决定于系统的情况，即决定 于系统电压U x和系统电抗 X x 。自同期时发电机的端电压值UG与冲击电流成 正比。 另外，必须指出：发电机母线电压瞬时下降对其它用电设备的正常工作 将产生影响，为此也需受到限制，所以自同期并列方法现已很少采用。 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 设并列断路器DL两侧电压分别为U。和Ux;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,和滑差角速度o,。因此,淮同期并列主要对脉动电压U,和滑差 角速度ω,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,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 进行检测并提取信息。现对脉动电压的变化规律进行分析。 脉动电压 (一)U。与U两电压幅值相等 为便于分析问题,设待并发电机电压U与电网电压U的幅值相等,而 oG与o不等,因此U。与U,是作相对运动的两个电压相量。这时断路器DL 两侧间电压差u为 ul,=UG sin(oGt+,)-Ursin(o, [+P, 设初始角g1=g2=0,并应用和差化积公式得 2UG t Icos OG tOx (1-5) 令U=2 basin(m-On为脉动电压的幅值,则 OG t Ox U (1-6) 由(1-6)式可知u波形可以看成是幅值为U,、频率接近于工频的交流 电压波形。 又ω,=oa-o,为滑差角速度。两电压相量间的相角差为

7 此准同期并列是电力系统运行中的主要并列方式。 设并列断路器 DL 两侧电压分别为  UG 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  Us 和滑差角速度s 。因此，准同期并列主要对脉动电压  Us 和滑差 角速度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  Us 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  Us 进行检测并提取信息。现对脉动电压的变化规律进行分析。 一、 脉动电压 （一）  UG 与  U x 两电压幅值相等 为便于分析问题，设待并发电机电压  UG 与电网电压  U x 的幅值相等，而  G 与x不等，因此  UG 与  U x 是作相对运动的两个电压相量。这时断路器 DL 两侧间电压差us为       1 2 us  UG sin G t  U x sin x t  设初始角1＝ 2＝０，并应用和差化积公式得：               u  U t t G x G x s G 2 cos 2 2 sin     （1-5） 令        U  U t G x s G 2 2 sin   为脉动电压的幅值，则        u  U t G x s s 2 cos   （1-6） 由（1-6）式可知us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。 又s   G x ，为滑差角速度。两电压相量间的相角差为

δe (1-7) 于是 MMMAAAMO 图1-5脉动电压 (a)相量图(b)波形图 由此可见,m为正弦脉动电压,其最大幅值为2U。(或2Un)。U,的相量 图及其瞬时值波形如图1-5(a)、(b)所示。如用相量分析,则可设想系统 电压U固定,而待并发电机的电压U。以滑差角速度a,对U转动。当相角差

8 t  e   s （1-7） 于是 2 2 2 2 2 2 e x e G s s s U sin U sin t U U sin       （1-8） 由此可见，us为正弦脉动电压，其最大幅值为2UG（或2U x）。  Us 的相量 图及其瞬时值波形如图 1-5（a）、（b）所示。如用相量分析，则可设想系统 电压  U x 固定，而待并发电机的电压  UG 以滑差角速度s 对  U x 转动。当相角差 图 1-5 脉动电压 （a）相量图（b）波形图  G ( t )  x   2  i  j U x  x U s  U G   e ( Gt )   1 (a) Us 2 t t us ux uG uso o Ts (b)

δ从0到变动时,U,的幅值相应地从零变到最大值2UG;当δ。从n到2(重 合)变动时,U,的幅值又从最大值回到零。转动一圈的时间为脉动周期7,。 (二)U。与U,两电压幅值不相等 如果并列断路器DL两侧的电压幅值不相等,由图1-1(b)的相量图 应用三角公式可求得U,的值为 +UG-2U,UG coso,t (1-9) 当o=0时,U,=Ua-U为两电压幅值差; 当an=z时,U,=Ua+U为两电压幅值和 两电压幅值U,不等时电压波形如图1-7所示,由于脉动周期r,只与o,有 关,所以图1-7中的脉动电压周期,表达得与图1-6相同。 图1-6UG=U,时U,的波形 UG+U 图1-7UG与Ux不等时U,的波形

9  e 从０到 变动时，  Us 的幅值相应地从零变到最大值2UG；当 e 从 到2 (重 合)变动时，  Us 的幅值又从最大值回到零。转动一圈的时间为脉动周期T s 。 （二）  UG 与  U x 两电压幅值不相等 如果并列断路器 DL 两侧的电压幅值不相等，由图 1-1（b）的相量图； 应用三角公式可求得U s的值为 U U U U U t s x G 2 x G coss 2 2    （1-9） 当st  0时，U s  UG U x 为两电压幅值差； 当st   时，U s  UG U x为两电压幅值和。 两电压幅值U s不等时电压波形如图 1-7 所示，由于脉动周期T s 只与s 有 关，所以图 1-7 中的脉动电压周期T s 表达得与图 1-6 相同。 UG  Ux 图 1-6 UG =U x 时Us的波形 o U S s1 s2 t T s1 T s2 图 1-7 UG 与U x 不等时Us 的波形 t UG  Ux s1 U s2 S o T T s2 s1

(三)利用脉动电压u,检测准同期并列的条件 图1-6和图1-7表明在脉动电压u的波形中载有准同期并列所需检测的所 有信息一—电压幅值差、频率差以及相角差随时间的变化规律。因而可以利 用它为自动并列装置提供并列条件的信息以及选择合适的合闸信号发出时 间。脉动电压u,有时也称作滑差电压 、电压幅值差 电压幅值差G-U为对应于脉动电压U,波形的最小幅值,由图1-7得 -U 通过对Uxm的测量,就可判断U。与Ux间的电压幅值差是否超出允许值。 2、频率差 UG与U2间的频率差就是脉动电压U,的频率f,,它与滑差角速度o,的关 系如下式所示: 2丌∫ 可见o反映了频率差∫的大小。要求o,小于某一允许值,就相当于要求 脉动电压周期r,大于某一个给定值 例如,设滑差角速度的允许值小于0.2%,即 On≤0.2× ≤0.2r(rad

10 （三）利用脉动电压us检测准同期并列的条件 图1-6和图1-7表明在脉动电压us的波形中载有准同期并列所需检测的所 有信息——电压幅值差、频率差以及相角差随时间的变化规律。因而可以利 用它为自动并列装置提供并列条件的信息以及选择合适的合闸信号发出时 间。脉动电压us有时也称作滑差电压。 1、电压幅值差 电压幅值差 UG U x 为对应于脉动电压  Us 波形的最小幅值，由图 1-7 得 U s min  UG U x 通过对U s min的测量，就可判断  UG 与  U x 间的电压幅值差是否超出允许值。 2、频率差  UG 与  U x 间的频率差就是脉动电压  Us 的频率 f s ，它与滑差角速度s 的关 系如下式所示： f s s   2 可见s 反映了频率差 f s 的大小。要求s 小于某一允许值，就相当于要求 脉动电压周期T s 大于某一个给定值。 例如，设滑差角速度的允许值sy 小于 0.2％，即 100 2 0.2 f e sy      0.2 （rad/s）