同步发电机准同期并列运行

电力系统自动装置

学 姓

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课程设计

同步发电机准同期并列运行

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2012年 11 月 23 日

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目 录

引 言 .............................................. ... ...3 第1章 课题设计概述 ....................................... 4

1.1 课题研究的背景 ...... .................. ........... 4 1.2 国内外研究现状 .......... .......................... 4

第2章 准同期并列装置设计 .......... ...................... 5 准同期并列条件 .......... ...................... .... 5 准同期并列装置主要部件 .......... ................. .5 准同期并列合闸信号的控制逻辑 ..... ..................7 并列装置的整定计算........ ...................... ....7 第3章 并列操作的意义 ..... .................. ...... ......8 第1章 课题设计概述 .................................................................................. - 4 -

课题研究的背景 ....................................................................................... - 4 - 国内外研究现状 ....................................................................................... - 4 - 准同期并列条件 ....................................................................................... - 5 - 并列装置的整定计算 ............................................................................... - 7 - 第3章 并列操作的意义 ......................................................................... - 8 -

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课程设计说明书要求

要求如下：

1.以书面（3000-10000字）和讲述方式，对设计作答辩。 2. 设计中应包括以下内容：

（1）课题来源和选题依据。对研究领域内近10～20年的国内外10～20篇（近5年内文献不少于1/3）相关文献进行阅读、分析和总结，基本掌握本研究课题领域国内外发展动态和研究水平，了解该领域存在问题和进一步开展科研工作的必要性和可行性； （2）课题的设计内容；

（3）课题设计采用的总体方案、具体的设计方法、技术路线；

引 言

作发电机运行的同步电机。是一种最常用的。在现代电力工业中，它广

泛用于、火力发电、以及柴油机发电。由于同步发一般采用直流励磁，当其单机独立运行时，通过调节，能方便地调节发电机的电压。若并入电网运行，因电压由电网决定，不能改变，此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和。

同步的外特性一般指在内电势不变的情况下，负载变化时，发电机机端电压变化的曲线，主要是测试发电机的纵轴同步电抗，也就是发电

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机的内阻抗，是同步发电机带负载能力的重要指标。但现在同步发电机多采用可控硅快速励磁和阻尼绕组，其纵轴同步电抗多为暂态值，远远小于稳态值。此外由于励磁系统的调节作用，外特性是可以人工制造出来，可以是正的或负的，正的外特性就是机端电压随负载电流增长而降低，负的就是机端电压随负载电流增长而提高，一般励磁系统都可以在正负15%的范围内调节。

同步发电机单独运行时，随着负荷的变化，发电机的频率和端电压将发生相应的变化，供电的质量及可靠性变差。为了克服这一缺点，现代电力系统多采用多台发电机并联运行，同时许多发电厂也并联运行形成较大的电力综合系统。目前，电力系统规模日益扩大，发电设备容量也相应增大，系统运行方式的变化也愈加频繁。因此，要求备用发电机迅速投入系统，以满足用户电量增长的要求，同时系统发生故障会失去部分电源时也要求备用机组快速投入电力系统，防止电力系统事故的进一步扩大，这些情况均要求将发电机组安全、可靠、准确的并入电网。

第1章 课题设计概述

课题研究的背景

同步发电机投入电力系统并列运行的操作，或者，电力系统的两部分进行并行运行的操作，被称为并列或者同期操作。随着符合的波动，电力系统中发电机运行台数也经常要变化，因此，同步发电机并列操作是电厂的一项重要操作，另外，当系统发生事故时，也需要将备用发电机组迅速投入电网运行。可见，在电力系统运行中并列操作时较为频繁的，电力系统的容量在不断增大，同步发电机的单机容量也越来越大，大型机组不恰当的并列操作将导致严重的后果。因此，对同步发电机的并行操作进行研究，提高并行操作的准确度和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的显示意义。

国内外研究现状

早期对永磁同步电机的研究主要为固定频率供电的永磁同步电机运行特性的研究，特别是稳态特性和直接起动性能的研究。永磁同步电动机的直接起动

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是依靠阻尼绕组提供的异步转矩将电机加速到接近同步转速，然后由磁阻转矩和同步转矩将电机牵入同步。

上个世纪八十年代国外开始对逆变器供电的永磁同步电动机进行深入的研究。逆变器供电的永磁同步电机与直接起动的永磁同步电机的结构基本相同，但在大多数情况下无阻尼绕组。1980年后发表了大量的论文研究永磁同步电机的数学模型、稳态特性、动态特性。 自适应控制技术能够发送控制对象和运行条件发生变化时控制系统的性能，仿真和实验结果表明，自适应控制技术能够使调速系统在电机参数发生变化时保持良好的性能。滑模变结构控制由于其特殊的“切换”控制方式与电机调速系统中逆变器的“开关”模式相似，并且具有良好的鲁棒控制特性，因此，在电机控制领域有广阔的应用前景。

通过对电机参数变化进行在线辨识，并运用辨识的参数对调速系统进行控制，也能够提高控制系统的鲁棒性。随着人工智能技术的发展，智能控制已成为现代控制领域中的一个重要分支，电气传动控制系统中运用智能控制技术也已成为目前电气传动控制的主要发展方向，并且将带来电气传动技术的新纪元。

第2章 准同期并列装置设计

准同期并列条件

待并发电机组先加励磁电流，调节其端电压的状态参数使之符合并列条件，再合上断路器QF，这种操作为准同期并列。

发电机准同期并列的理想条件为并列断路器两侧电源电压三个状态量全部相等，即

（1） GX（2）U G U X（3） e 0或 fGfX（即频率相等）

（即电压幅值相等） （即相角差为零）

这是，并列合闸的冲击电流等于零，并且并列后发电机G与电网立即进入同步运行，不发生任何扰动现象。

但是，实际运行中待并发电机组的调节系统很难实现上边提到的理想条件调节。因此，三个条件很难同时满足。其实在实际操作中也没有这样苛求的必要。因为并列合闸时只要求冲击电流较小、不危及电气设备，合闸后发电机组能迅速拉入同步运行，对待并发电机和电网运行的影响较小，不致引起不良后

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果。

因此，现实情况中同步电机并列应遵循的原则：

（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时最大值一般不超过1～2倍的额定电流。

（2）发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。

准同期并列装置主要部件

1、控制单元

为了使待并发电机组满足并列条件，准同期并列装置主要有下列三个单元组成。 （1）频率差控制单元。它的任务是检测UG与UX间的滑差角频率S，且调节待并发电机的转速，使发电机电压的频率接近于电网频率。

（2）电压控制单元。它的功能是检测UG与UX间的电压差，且调节发电机电压

UG，使它与UX间的电压差值小于规定

••••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，当待并机组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发出合闸信号，使并列断路器QF的主触头接通时，相角差e接近于零或控制在允许范围以内。 2、自动化程度分类

准同期并列装置主要组成部件如上图所示，同步发电机的准同期并列装置按自动化程度可分为：

（1）半自动并列装置。这种并列装置没有频率差控制和电压差控制功能，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，并列装置就在合适的时间发出合闸信号。它与手动合闸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

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由运行人员手动发出。

（2）自动并列装置。自动并列装置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。由于发电机一般都配有自动电压调节装置，因此在有人值班的发电厂中，发电机的电压往往由运行人员直接操作控制，不需配置电压差控制单元，从而简化了并列装置的结构；在无人值班的发电厂中，自动准同期并列装置需设置具有电压自动调节功能的电压差调整单元。同步发电机并列时，发电机的频率或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。当满足并列条件是，自动选择合适时机发出合闸信号，整个并列过程毋需运行人员参与。

准同期并列合闸信号的控制逻辑

准同期并列合闸信号的控制逻辑结构图

在准同期并列操作中，合闸信号控制单元是准同期并列转装置的核心部件，所以准同期并列装置原理也往往是指该控制单元的原理。其控制原则适当频率和电压都满足并列条件的情况下，在UG与UX两相量重合之前发出发出合闸信号。两电压相量重合之前的信号称为提前量信号。按提前量的不同，准同期并列装置可以分为恒定越前相角和恒定越前时间两种原理。

••并列装置的整定计算

并列装置需要整定的参数如下：

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1、越前时间tYJ

tYJtCtQF

式中 tC：自动装置合闸信号输出回路的动作时间； tQF：并列断路器的合闸时间。

tYJ主要决定于tQF，其值随断路器的类型而不同

2、允许电压差

UG与UX间允许电压差一般定为～U

N 3、允许滑差角速度

由于装置输出回路和断路器的合闸时间存在着分散性(误差)，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SY受到限制。

第3章 并列操作的意义

同步发电机的并列运行方法可以分为准同期并列运行和自同期并列两种。在电力系统正常运行情况下，一般采用准同期并列方法将发电机组投入运行。自同期并列方法法已经很少采用，只有当电力系统发生事故时，为了迅速投入水轮发电机组，过去曾采用自同期并列方法。随着自动控制技术的进步，特别是微型数字式自动并列方法已日趋成熟，现在也可以用准同期法快速投运水轮发电机组。

通过上述文字的描述，我们了解了同步发电机准同期并列的原理，也知道了，在并列断路器两侧电源电压近似频率相等、幅值相等、相角相等时才能将同步发电机并到正在运行的电力系统中，从而使并网过程的冲击电流最小，减少对电力系统的损害，同时认识到了它在电力系统并列运行操作中的重要意义。

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系统框图如下：

软件流程图如下：

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参考文献

[1]天津大学孙雅明主编.电力系统自动控制与装置.北京:水利电力出版社,1990

[2]华北电力学院编.电力系统自动化原理与技术.北京:电力工业出版社,1981 [3]杨冠城主编.电力系统自动装置原理（第四版）.北京:中国电力出版社,2007 [4] 朱东起李发海电机学科学出版社2003、6

[5] 潘新民王燕芳微型计算机控制技术电子工业出版社 [6] 商国才电力系统自动化天津大学出版设2004. 8 [7] 李建忠单片机原理西安电子科技大学出版社2005、6

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