图2-3中，以系统电压为参考相量，当の>の时，の>0：当の<の时，の<0。DU0,>0I图2-3滑差电压原理图2元1滑差周期为T可见频差f，、滑差の与滑差周期T是可以相互换算的，o.11它们是描述两电压相量相对运动快慢的一组数据。频差f，、滑差の与滑差周期T都可以用来确定地表示待并发电机与系统之间频率差的大小。滑差大，则滑差周期短；滑差小，则滑差周期长。在有滑差的情况下，将机组投入电网，需要经过一段加速或减速的过程，才能使机组与系统在频率上“同步”。加速或减速力矩会对机组造成冲击。显然，滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限制并列时的允许滑差。我国在发电厂进行正常人工手动并列操作时，一般取滑差周期在10～16s之间。当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压U超前电网电压U，，发电机发出功率，则发电机将被制动而减速；反之，当U，落后U，时，发电机吸收功率，则发电机将被加速，所以交换功率的方向与相角差8的正负有关。P电动机状态0发电机1oa状态-ioa8.S-8-0,图2-4并列的同步过程分析如定义发电机发出功率为“发电机状态”，发电机吸收功率为“电动机状态”，设原动机的输入功率恒定不变，且の。>の,，并列的同步过程如图2-4所示。若合闸时的相角差为8e0，此时的滑差为の。（图中a点），并为超前情况，则合闸后发电机处于“发电机状态”而受到
图 2-3 中，以系统电压Ux ɺ 为参考相量，当ω ω G > x 时， 0 ωs > ；当ω ω G < x 时， 0 ωs < 。 UG ɺ Ux ɺ Us ɺ 0 ωs < 0 ωs > e δ 图 2-3 滑差电压原理图 滑差周期为 2 1 s s s T f π ω = = 。可见频差 s f 、滑差ωs 与滑差周期Ts 是可以相互换算的， 它们是描述两电压相量相对运动快慢的一组数据。 频差 s f 、滑差ωs 与滑差周期Ts 都可以用来确定地表示待并发电机与系统之间频率差的 大小。滑差大，则滑差周期短；滑差小，则滑差周期长。在有滑差的情况下，将机组投入电 网，需要经过一段加速或减速的过程，才能使机组与系统在频率上“同步”。加速或减速力 矩会对机组造成冲击。显然，滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限制并列时的 允许滑差。我国在发电厂进行正常人工手动并列操作时，一般取滑差周期在 10～16s 之间。 当发电机组与电网间进行有功功率交换时，如果发电机的电压UG ɺ 超前电网电压Ux ɺ ， 发电机发出功率，则发电机将被制动而减速；反之，当UG ɺ 落后Ux ɺ 时，发电机吸收功率， 则发电机将被加速，所以交换功率的方向与相角差 e δ 的正负有关。 P eb δ ωs −ωs eb δ δ e0 δ ec δ δ a b c o o 发电机 状态 电动机 状态 图 2-4 并列的同步过程分析 如定义发电机发出功率为“发电机状态”，发电机吸收功率为“电动机状态”，设原动机 的输入功率恒定不变，且ω ω G > x ，并列的同步过程如图2-4所示。若合闸时的相角差为 e0 δ ， 此时的滑差为ωs0 (图中 a 点)，并为超前情况，则合闸后发电机处于“发电机状态”而受到
制动，の开始减小。发电机功率沿功角特性到达b点时，の=の，但这时8达到最大。由于发电机仍处于“发电机状态”，所以の继续减小，8也逐渐减小，发电机功率沿特性曲线往间摆动。到达坐标原点时，电压相量U与U，重合，相角差8为零，但の。<の；过原点后，相角差8开始变负，交换功率变负，发电机组处于“电动机状态”，又重新加速，即。又开始增加。当交换功率沿功角特性曲线变动到の。=の，（图中的c点)，相角差8达到滞后方向最大值。在加速力矩作用下の。继续增大，负的8减小，の。增大，重复前面的摆动过程，由于阻尼等因素的影响，摆动的幅度逐渐减小直到进入同步运行时为止。显然，近入同步状态的暂态过程与合闸时滑差角频率の。的大小有关。当の较小时，到达最大相角b点时的8也较小，可以很快进人同步运行。当の。较大时，则需经历较长时间振荡才能进入同步运行（如果の很大，b点超出180，则将导致失步）。所以滑差大，暂态过程长；滑差小，暂态过程短。2、准同期并列基本原理设并列断路器两侧电压分别为U.和U，，并列断路器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，决定于合闸时的电压差（也称为脉动电压）和滑差角频率の。因此，准向期并列主要是对脉动电压U，和滑差角速度の进行检测和控制，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；检测的信息取自并列断路器两侧的电压，而且主要是对U，进行检测并提取信息。（1）脉动电压并列断路器两侧间电压差u，为脉动电压，其表达式为(2-5)u, =Ug sin(O t+ 9)-U, sin(0, t+P2)设待并发电机电压U与电网电压U，幅值相等，且初始角9=92=0，则u, =2U sin(%_-0 cos(% )(2-6)22(%=t)为电压u,的幅值，则令U,=2Usin(2
制动，ωs 开始减小。发电机功率沿功角特性到达 b 点时，ω ω G = x ，但这时 e δ 达到最大。 由于发电机仍处于“发电机状态”，所以 G ω 继续减小， e δ 也逐渐减小，发电机功率沿特性 曲线往问摆动。到达坐标原点时，电压相量UG ɺ 与Ux ɺ 重合，相角差 e δ 为零，但ω ω G < x ； 过原点后，相角差 e δ 开始变负，交换功率变负，发电机组处于“电动机状态”，又重新加速．即 G ω 又开始增加。当交换功率沿功角特性曲线变动到ω ω G = x (图中的 c 点)，相角差 e δ 达到 滞后方向最大值。在加速力矩作用下 G ω 继续增大，负的 e δ 减小， G ω 增大，重复前面的摆 动过程，由于阻尼等因素的影响，摆动的幅度逐渐减小直到进入同步运行时为止。 显然，近入同步状态的暂态过程与合闸时滑差角频率ωs0的大小有关。当ωs0 较小时， 到达最大相角 b 点时的 e δ 也较小，可以很快进人同步运行。当ωs0较大时，则需经历较长时 间振荡才能进入同步运行（如果ωs0很大，b 点超出180°，则将导致失步）。所以滑差大， 暂态过程长；滑差小，暂态过程短。 2、准同期并列基本原理 设并列断路器两侧电压分别为UG ɺ 和Ux ɺ ，并列断路器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，决定于合闸时的电压差Us ɺ （也称为脉动电压）和滑差 角频率ωs 。因此，准向期并列主要是对脉动电压Us ɺ 和滑差角速度ωs 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 ɺ 值在允许值以内；检测的信息取自并列断 路器两侧的电压，而且主要是对Us ɺ 进行检测并提取信息。 （1）脉动电压 并列断路器两侧间电压差 s u 为脉动电压，其表达式为 1 2 sin( t ) sin( t ) s G G x x u U U = + − + ω ϕ ω ϕ （2-5） 设待并发电机电压UG ɺ 与电网电压Ux ɺ 幅值相等，且初始角 1 2 ϕ ϕ= = 0，则 2 sin( t)cos( t) 2 2 G x G x s G u U ω ω ω ω − + = （2-6） 令 2 sin( t) 2 G x U U s G ω ω− = 为电压 s u 的幅值，则
u, =U, cos( +@tK(2-7)2故式（2-7）中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。又の,=の-の，为滑差角频率。图2-5（a）所示量电压相量间的相角差为8=ot(2-8)于是8otU,=2Ugsin1=2Ugsin-(2-9)22由此可见，u.为正弦脉动波，所以u，又称为脉动电压，其最大幅值为2UG（或2U，）。U.的相量图及其瞬时波形图如图2-5所示。01o+oT.(b)(a)图2-5脉动电压(a）相量图（b）波形图其中相角差8.变动2元的时间称为脉动周期T。如果待并发电机电压U。与电网电压U、幅值不相等，由图2-5（a）的相量图，使用三角公式可求得U,=JU?+U-2U,U.cosQ,t(2-10)当のt=0时，U,=UG-U为两电压幅值差：当のt=元时，U,=UG+U为两电压幅值和。两电压幅值不等时，电压u，波形包络线如图2-6所示，其脉动周期T只与の，有关
cos( t) 2 G x s s u U ω ω+ = （2-7） 故式（2-7）中 s u 波形可以看成是幅值为Us ，频率接近于工频的交流电压波形。 又 s x G ω ω ω = − ，为滑差角频率。图 2-5（a）所示量电压相量间的相角差为 e s δ ω= t （2-8） 于是 2 sin 2 sin 2 2 s e s G G t U U U ω δ = = （2-9） 由此可见， s u 为正弦脉动波，所以 s u 又称为脉动电压，其最大幅值为 2UG（或 2Ux ）。 Us ɺ 的相量图及其瞬时波形图如图 2-5 所示。 UG ɺ Ux ɺ Us ωx ɺ ωG δ e 2 ( ) x ω ϕ t + 1 ( ) G ω ϕ t + G ux u Ts us us us ωt ωt 2π 图 2-5 脉动电压 （a）相量图 （b）波形图 其中相角差 e δ 变动2π 的时间称为脉动周期Ts 。 如果待并发电机电压UG ɺ 与电网电压Ux ɺ 幅值不相等，由图 2-5（a）的相量图，使用三 角公式可求得 2 2 2 cos U U U U U t s x G x G s = + − ω （2-10） 当 0 s ω t = 时，U U U s G x = − 为两电压幅值差；当 s ω π t = 时，U U U s G x = + 为两电 压幅值和。两电压幅值不等时，电压 s u 波形包络线如图 2-6 所示，其脉动周期Ts 只与ωs 有 关
CUG+U.[UG-U,]T.Ta图2-6UG与U.不等时U的波形（2）利用脉动电压检测准同期的条件图2-6表明在脉动电压u，的波形中载有准向期并列所需检测的所有信息一一电压幅值差、频率差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鉴别并列条件的信息，以及选择合适的合闸信号发出时间。（a）电压幅值差电压幅值差UG-U为对应脉冲电压U,波形的最小值。所以通过对Usmm的测量，就可判断待并发电机电压U.与电网电压U，间的电压幅值差是否超出允许值。（b）频率差通过测量脉动周期T,可以获得U与亡,间的频率差。U与U，间的频率差就是脉动电压幅值U,的频率f，其相应的角频率の,=2元f。由=2元，所以要求0,小于某一个允许值，就相当于要求脉动周期T,大于某一于脉动周期T=O给定值。（c）合闸相角差最理想的合闸瞬间是在U。与U.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，整定值和滑差及压差无关，故称为“恒定越前时间”。2.2.4自动准同期装置自动准同期装置一般具有两种功能：一是自动检查待并发电机与母线之间的压差及频差是否符合并列条件，并在满足这两个条件时，能自动地提前发出合闸脉冲，控制断路器闭合。二是当压差、频差不合格时，能对待并发电机自动进行均压、均频，加快进行自动并列的过程。1、控制单元为了使待并发电机满足并列条件，自动准同期装置设置了3个控制单元
U U G x − Us U U G x + Ts1 Ts2 ωs1 ωs2 图 2-6 UG 与Ux 不等时Us 的波形 （2）利用脉动电压检测准同期的条件 图 2-6 表明在脉动电压 s u 的波形中载有准向期并列所需检测的所有信息——电压幅值 差、频率差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鉴别并列条件 的信息，以及选择合适的合闸信号发出时间。 （a）电压幅值差 电压幅值差 U U G x − 为对应脉冲电压Us ɺ 波形的最小值。所以通过对Usmin ɺ 的测量，就 可判断待并发电机电压UG ɺ 与电网电压Ux ɺ 间的电压幅值差是否超出允许值。 （b）频率差 通过测量脉动周期Ts 可以获得UG ɺ 与Ux ɺ 间的频率差。 UG ɺ 与Ux ɺ 间的频率差就是脉动电压幅值Us 的频率 s f ，其相应的角频率 2 s s ω π = f 。由 于脉动周期 2 s s T π ω = ，所以要求ωs 小于某一个允许值，就相当于要求脉动周期Ts 大于某一 给定值。 （c）合闸相角差 最理想的合闸瞬间是在UG ɺ 与Ux ɺ 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，整定值和滑差及压差无关，故称为“恒定越前时间”。 2.2.4 自动准同期装置 自动准同期装置一般具有两种功能：一是自动检查待并发电机与母线之间的压差及频差 是否符合并列条件，并在满足这两个条件时，能自动地提前发出合闸脉冲，控制断路器闭合。 二是当压差、频差不合格时，能对待并发电机自动进行均压、均频，加快进行自动并列的过 程。 1、控制单元 为了使待并发电机满足并列条件，自动准同期装置设置了 3 个控制单元
（1）频率差控制单元。它的任务是检测U与U，间的滑差角频率の，且调节发电机转速，是发电机电压的频率接近系统频率。（2）电压控制单元。它的功能是检测U。与U.间的电压差，且调节发电机电压Uc使它与U，间的电压差小于规定的允许值，促成并列条件的形成。（3）合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并发电机的频率和电压都满足并列条件时，合闸控制单元就选择合适的时间，即在相角差等于零的时刻，提前一个“恒定越前时间”发出合闸信号。2、自动化程度分类同步发电机的准同期并列装置按自动化程度可分为以下两种。（1）半自动准同期并列装置。这种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。并列时，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间发出合闸信号。它与手动并列的区别仅仅是合闸信号由该装置经判断后自动发出，而不是由运行人员手动发出。（2）自动并列装置。如图2-7所示，其中设置了频率差控制单元、电压差控制单元和合闸信号控制单元。当同步发电机并列时，发电机的频率和电压都由并列装置自动调节，使它与电网的频率、电压间的差值减小。当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。UOTv自厂用电并列断路器OrvUG频率差元鑫期华元电源控制单元二升压降压增速减速图2-7准同期并列装置主要组成部件3、数字式并列装置用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。一般模拟式并列装置，为了简化电路，在一个滑差周期时间工内把の假设为恒定。而数字式并列装置可以克服这一假设的局限性，采用较为精确的公式，考虑相角差可能具有加速运动等问题，能按照当时的变化规律，选择最佳的越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，从而提高了自动并列装置的技术性能和运行可靠性。故本节介绍数字式并列装置的硬件构成及其检测方法，而不再介绍模拟式自动并列装置
（1）频率差控制单元。它的任务是检测UG ɺ 与Ux ɺ 间的滑差角频率ωs ，且调节发电机 转速，是发电机电压的频率接近系统频率。 （2）电压控制单元。它的功能是检测UG ɺ 与Ux ɺ 间的电压差，且调节发电机电压UG ɺ ， 使它与Ux ɺ 间的电压差小于规定的允许值，促成并列条件的形成。 （3）合闸信号控制单元。检查并列条件，当待并发电机的频率和电压都满足并列条件 时，合闸控制单元就选择合适的时间，即在相角差 e δ 等于零的时刻，提前一个“恒定越前 时间”发出合闸信号。 2、自动化程度分类 同步发电机的准同期并列装置按自动化程度可分为以下两种。 （1）半自动准同期并列装置。这种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。并列时，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间发出合闸信号。它与手动并列的区别仅仅是合 闸信号由该装置经判断后自动发出，而不是由运行人员手动发出。 （2）自动并列装置。如图 2-7 所示，其中设置了频率差控制单元、电压差控制单元和 合闸信号控制单元。当同步发电机并列时，发电机的频率和电压都由并列装置自动调节，使 它与电网的频率、电压间的差值减小。当满足并列条件时，自动选择合适时机发出合闸信号。 UG ɺ Ux ɺ TVx TVG 图 2-7 准同期并列装置主要组成部件 3、数字式并列装置 用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并列装置，由于硬件简单，编 程方便灵活，运行可靠，且技术上已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。一般模 拟式并列装置，为了简化电路，在一个滑差周期时间Ts 内把ωs 假设为恒定。而数字式并列 装置可以克服这一假设的局限性，采用较为精确的公式，考虑相角差 e δ 可能具有加速运动 等问题，能按照当时的变化规律，选择最佳的越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的 过程，从而提高了自动并列装置的技术性能和运行可靠性。故本节介绍数字式并列装置的硬 件构成及其检测方法，而不再介绍模拟式自动并列装置