自动装置及同步发电机的自动并列.pptx

North China Electric Power Universitypage12024/8/28 周三周三 第一章 自动装置 本课程使同学们对电力系统自动化及其基本问题有一个基础性的了解。North China Electric Power Universitypage22024/8/28 周三周三中国电力系统及其互联运行（现状）世界最大的同步互联电网西电东送、三峡核心南直北交、链式同步东北东北华北华北华东华东华中华中西藏西藏台湾台湾西北西北新疆新疆南方南方山东山东川渝川渝福建福建North China Electric Power Universitypage32024/8/28 周三周三电力系统：可怕的超级大系统一个脆弱的庞然大物!1882年到现在，120多年过去了。l作用越来越重要了l系统规模越来越大了l新装备和新技术的使用越来越多了l垄断下的机制和规范逐步不存在了l但是,大停电故障越来越多了大停电故障越来越多了大停电故障越来越多了大停电故障越来越多了North China Electric Power Universitypage42024/8/28 周三周三保守如此，脆弱依然上个世纪上个世纪60年代进入大电网互联年代进入大电网互联时代后，大停电事故频繁发生。时代后，大停电事故频繁发生。North China Electric Power Universitypage52024/8/28 周三周三美加大停电，就发生在昨天North China Electric Power Universitypage62024/8/28 周三周三电力系统的能力North China Electric Power Universitypage72024/8/28 周三周三电力系统的过程+能力0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 Sec.电磁暂态电磁暂态Electromagnetic Switching Transient暂态稳定暂态稳定Transient stability（angle and voltage）系统运行系统运行Power system operation小扰动稳定小扰动稳定Small signal stability长期电压稳定长期电压稳定Long term voltage stability继电保护范围继电保护范围自动装置范围自动装置范围自动化系统范围自动化系统范围人员操作范围人员操作范围局部功能局部功能系统功能系统功能协调协调North China Electric Power Universitypage82024/8/28 周三周三复杂自动化系统分层控制复杂自动化系统分层控制2 自动电压调节1 自动并列4 调度自动化5 状态估计6 安全调度7 自动调频8 低频减载North China Electric Power Universitypage92024/8/28 周三周三发电自动控制发电自动控制控 制 对 象自动控制装置控制信息测量信息North China Electric Power Universitypage102024/8/28 周三周三自动装置硬件组成形式自动装置硬件组成形式1、微型计算机系统2、工业控制计算机系统3、集散控制系统(Distributed Control System-DCS)现场总线系统(Fieldbus Control System-FCS)对于控制功能单一的自动装置,其输入输出的电气量较少,适于采用微型计算机系统,如同步发电机自动并列装置.对于控制功能要求较高,软件开发任务繁重的系统,适于采用工控机系统,如发电机励磁自动调节系统.对于分散的多对象的成套监测控制装置适于采用DCS或FCS,如发电厂、变电站远动装置和电厂机炉集控系统。North China Electric Power Universitypage112024/8/28 周三周三1 1 微型计算机系统微型计算机系统定义（本课程）：把较简单的、借助于特定开发平台定义（本课程）：把较简单的、借助于特定开发平台才能编程的系统称为微型计算机系统。才能编程的系统称为微型计算机系统。微型计算微型计算机系统机系统1 传感器传感器2 采样保持器采样保持器3 模拟多路开关模拟多路开关4 A/D转换器转换器5 存储器存储器6 通信单元通信单元7 中央处理单元中央处理单元CPU8 外部设备外部设备North China Electric Power Universitypage122024/8/28 周三周三微型计算机系统逻辑结构微型计算机系统逻辑结构North China Electric Power Universitypage132024/8/28 周三周三微型计算机系统组成单元微型计算机系统组成单元1、传感器、传感器：将非电量（压力、温度、转速）和电量（电压、电：将非电量（压力、温度、转速）和电量（电压、电流、功率）转换为对应的计算机可以接受的弱电压信号流、功率）转换为对应的计算机可以接受的弱电压信号2、模拟多路开关、模拟多路开关：在采样速度要求不高的场合，一般采用公用：在采样速度要求不高的场合，一般采用公用A/D转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号输入到转换器。在每一个时刻中只将一路模拟信号输入到A/D.目的简目的简化电路，降低成本。化电路，降低成本。3、采样、采样/保持器保持器：A/D转换器完成信转换器完成信号转换需要一段时号转换需要一段时间，在这段时间内间，在这段时间内,输入到输入到A/D的模拟的模拟信号需保持不变，信号需保持不变，由由S/H完成。完成。North China Electric Power Universitypage142024/8/28 周三周三微型计算机系统组成单元微型计算机系统组成单元5、存储器、存储器：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。：用于计算机数据缓存，提供进一步的数据处理。6、通信单元、通信单元：包括：包括通信控制器和通信收发器。通信控制器和通信收发器。通信控制器通信控制器用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及用于控制通信过程，确定通信的数据、地址以及建立建立/拆除通信的数据链路。拆除通信的数据链路。通信收发器通信收发器用于处理通信的物理层功能，包括物理引线的排用于处理通信的物理层功能，包括物理引线的排列、机械特性和物理电平等。列、机械特性和物理电平等。7、CPU及外设及外设：自动装置的核心部件，对系统的工作进行控制：自动装置的核心部件，对系统的工作进行控制和管理，对采集的数据作处理，根据要求做出判断和发出指令等。和管理，对采集的数据作处理，根据要求做出判断和发出指令等。4、A/D转换器转换器：将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，：将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，它是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。它是影响数据采集速率和精度的主要因素之一。North China Electric Power Universitypage152024/8/28 周三周三2 2 工业控制计算机系统工业控制计算机系统工业控制计算机工业控制计算机由稳压电源、机箱和不同功能的总线由稳压电源、机箱和不同功能的总线模板，以及键盘（显示器）等外设接口组成。模板，以及键盘（显示器）等外设接口组成。工业控制计算机系统中的内部总线种类繁多，比较常用的主要有工业控制计算机系统中的内部总线种类繁多，比较常用的主要有：STD、PC104总线总线等。等。STD总线总线共有共有56根总线，信号之间的隔离消除了大部分总线上根总线，信号之间的隔离消除了大部分总线上的干扰，单元为小模板结构，每块模板具有独立性，实现了板级的干扰，单元为小模板结构，每块模板具有独立性，实现了板级功能分散。功能分散。North China Electric Power Universitypage162024/8/28 周三周三2 2 工业控制计算机系统工业控制计算机系统STD总总线线的的功功能能单单元元1 CPU单元单元STD总线的主处理单元，处理数据、地总线的主处理单元，处理数据、地址和控制功能。一般含有高速址和控制功能。一般含有高速CPU和协处理器。和协处理器。2 A/D单元单元提供模拟提供模拟/数字转换接口，模数转换和数数字转换接口，模数转换和数据读取由据读取由CPU单元控制，也可以由外部触发。单元控制，也可以由外部触发。3存储器单元存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。4存储器单元存储器单元作为通用存储器的扩展卡，含有译码、作为通用存储器的扩展卡，含有译码、存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。存储器、后备电池等，防止失电后数据丢失。5系统支持单元系统支持单元包括设置开关、后备电池、实时时钟、包括设置开关、后备电池、实时时钟、看门狗看门狗watchdog、上电复位、总线终端网络和通信口等。、上电复位、总线终端网络和通信口等。6外设单元外设单元包括定时器单元、包括定时器单元、I/O单元、键盘显示板单元、键盘显示板电源板等，用于与外部信号和设备接口和操作。电源板等，用于与外部信号和设备接口和操作。North China Electric Power Universitypage172024/8/28 周三周三3 3 集散控制系统集散控制系统DCSDCS集散控制系统集散控制系统计算机网络技术与工业控制计算机系统相结计算机网络技术与工业控制计算机系统相结合，由若干数据采集测控站和上位机及通信线路组成。合，由若干数据采集测控站和上位机及通信线路组成。数据采集测控站数据采集测控站由单由单片机数据采集控制装置组片机数据采集控制装置组成，位于设备附近，上传成，位于设备附近，上传数据执行控制命令。数据执行控制命令。上位机上位机采用工业控制机或工作站，配置打印机和其他外设。采用工业控制机或工作站，配置打印机和其他外设。采用双机热备用方式。分析处理上传数据、数据存储、系统协调、采用双机热备用方式。分析处理上传数据、数据存储、系统协调、集中显示、打印报表。最重要的是根据数据处理结果确定控制参集中显示、打印报表。最重要的是根据数据处理结果确定控制参数和方法，将结果下达给数据采集测控站。数和方法，将结果下达给数据采集测控站。通信接口通信接口数据结构采数据结构采用串行方式，访问方式为用串行方式，访问方式为令牌形式。令牌形式。North China Electric Power Universitypage182024/8/28 周三周三4 4 现场总线系统现场总线系统FCSFCS现场总线系统现场总线系统将分散在现场的测控设备转变为网络节点，以将分散在现场的测控设备转变为网络节点，以现场总线为纽带，连接成为可以相互沟通信息共同完成自控任务的现场总线为纽带，连接成为可以相互沟通信息共同完成自控任务的网络型控制系统。网络型控制系统。现场总线主节点：现场总线主节点：整个系统协调者，完成整个系统协调者，完成信息的发起功能，完成信息的发起功能，完成显示、输出、打印和数显示、输出、打印和数据存储等功能。据存储等功能。现场总线从节点：现场总线从节点：系统终端设备的执行者，系统终端设备的执行者，不能发起信息，可以完不能发起信息，可以完成接收、查询等。成接收、查询等。路由器路由器主要完成路主要完成路由、中继、数据交换等由、中继、数据交换等功能。功能。North China Electric Power Universitypage192024/8/28 周三周三5 5 典型测量控制系统典型测量控制系统RockwellRockwell测控系统测控系统North China Electric Power Universitypage202024/8/28 周三周三5 5 典型测量控制系统典型测量控制系统AOCTAOCT与保护一体化系统与保护一体化系统North China Electric Power Universitypage212024/8/28 周三周三5 5 典型测量控制系统典型测量控制系统研华工控机系统研华工控机系统North China Electric Power Universitypage222024/8/28 周三周三5 5 典型测量控制系统典型测量控制系统研翔研翔PC104PC104系统系统North China Electric Power Universitypage232024/8/28 周三周三第二章 同步发电机的自动并列 重点讲解发电机同步准同期并列的自动化原理.这是将同步发电机投入电网进行并列运行以组成电力系统的基本步骤.North China Electric Power Universitypage242024/8/28 周三周三一、同步并列与准同期一、同步并列与准同期发电机投入电力系统参加并发电机投入电力系统参加并列运行的操作称为列运行的操作称为“并列操并列操作作”。同步发电机的并列操作称为同步发电机的并列操作称为“同期同期”。以近于同步运行。以近于同步运行条件进行的并列操作称为条件进行的并列操作称为“准同期准同期”。发电厂将一台发电机组用发电厂将一台发电机组用准同期方式并入电厂母线。准同期方式并入电厂母线。将电力系统的两部分用准将电力系统的两部分用准同期的方式进行并列。同期的方式进行并列。并并列列操操作作North China Electric Power Universitypage252024/8/28 周三周三同步发电机并列需遵循的基本原则同步发电机并列需遵循的基本原则1、并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小，其瞬时、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最大值一般不超过1-2倍的额定电流。倍的额定电流。2、发电机并入电网后，应能迅速进入同步运行状态，、发电机并入电网后，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。其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。North China Electric Power Universitypage262024/8/28 周三周三同步发电机的并列方法同步发电机的并列方法同同步步发发电电机机的的并并列列方方法法准准 同同 期期 并并 列列自自 同同 期期 并并 列列在电力系统正常运行的情况下，一般采在电力系统正常运行的情况下，一般采用准同期并列方法将发电机组投入运行。用准同期并列方法将发电机组投入运行。只有当电力系统发生故障时，为了迅速只有当电力系统发生故障时，为了迅速投入水轮发电机组，投入水轮发电机组，过去过去曾采用自同期曾采用自同期并列方法。并列方法。由于微机型数字式自动并列方法已经趋由于微机型数字式自动并列方法已经趋于成熟，于成熟，现在也用准同期并列方法现在也用准同期并列方法投运投运水轮发电机组。水轮发电机组。North China Electric Power Universitypage272024/8/28 周三周三同步发电机并列的理想情况同步发电机并列的理想情况发电机端电压为发电机端电压为电网电压为电网电压为两者之间的相量差为两者之间的相量差为当电网参数一定时，当电网参数一定时，冲击电流就取决于合冲击电流就取决于合闸瞬间闸瞬间 的值的值最理想的情况就是最理想的情况就是 的值为零，此时，的值为零，此时，QF合闸冲击电流为零。合闸冲击电流为零。North China Electric Power Universitypage282024/8/28 周三周三同步发电机并列的理想条件同步发电机并列的理想条件发电机并列的理想条件发电机并列的理想条件 并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等。或或1、频率相等、频率相等2、电压幅值相等、电压幅值相等3、相角差为零、相角差为零此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运此时，合闸冲击电流为零，并列后发电机可以立即与电网同步运行，不会出现扰动现象。行，不会出现扰动现象。实际上，待并发电机组调节系统实际上，待并发电机组调节系统很难实现理想条件很难实现理想条件；在实际；在实际的操作中也的操作中也没有这样的苛求没有这样的苛求。只要合闸冲击电流小，不危及电。只要合闸冲击电流小，不危及电气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致气设备，合闸后机组迅速进入同步运行，对电网影响小，不致于引起任何不良后果即可。于引起任何不良后果即可。North China Electric Power Universitypage292024/8/28 周三周三实际并列条件之一实际并列条件之一电压幅值差电压幅值差并列时的电气状态：并列时的电气状态：可以计算得到冲击电流最大瞬可以计算得到冲击电流最大瞬时值：时值：冲击电流主要为无功电流分量。冲击电流主要为无功电流分量。发电机电压、电网电压的有效值发电机电压、电网电压的有效值发电机直轴次暂态电抗发电机直轴次暂态电抗North China Electric Power Universitypage302024/8/28 周三周三实际并列条件之一实际并列条件之一电压幅值差电压幅值差冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子冲击电流的电动力对发电机组的绕组产生影响，而定子绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。绕组端部机械强度最弱，需特别注意对其造成的危害。并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在并列操作是正常操作，冲击电流最大瞬时值限制在1-2倍的额定电流以下。倍的额定电流以下。为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不为了保证机组的安全，我国规定电压差并列冲击电流不允许超过机端短路电流的允许超过机端短路电流的1/201/10。据此，得到。据此，得到同期并同期并列的一个条件：列的一个条件：电压差电压差 不能超过额定电压的不能超过额定电压的5%10%.现在的一些大型发电机组规定现在的一些大型发电机组规定电压差不超过电压差不超过0.1%,以尽量避免无以尽量避免无功冲击电流功冲击电流North China Electric Power Universitypage312024/8/28 周三周三实际并列条件之二实际并列条件之二合闸相角差合闸相角差并列时的电气状态：并列时的电气状态：计算得到冲击电流最大瞬时值：计算得到冲击电流最大瞬时值：电网电压的有效值电网电压的有效值发电机交轴次暂态电抗发电机交轴次暂态电抗冲击电流主要为有功电流分量。冲击电流主要为有功电流分量。North China Electric Power Universitypage322024/8/28 周三周三实际并列条件之二实际并列条件之二合闸相角差合闸相角差在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行在有相角差的情况下合闸后，发电机与电网间立刻进行有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对有功功率的交换，使得发电机组的联轴受到冲击，这对于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全，于发电机组和电网均产生不利影响，为了保证机组安全，一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。一般将有功冲击电流限制在较小的范围内。例如：一般规定，汽轮发电机组不允许因相角差产生的例如：一般规定，汽轮发电机组不允许因相角差产生的冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短路的冲击电冲击电流值为发电机空载时突然发生机端短路的冲击电流值的流值的1/10可以得到最大允许并列误差角：可以得到最大允许并列误差角：North China Electric Power Universitypage332024/8/28 周三周三实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差并列时的电气状态：并列时的电气状态：断路器断路器QF两侧的电压差为脉动两侧的电压差为脉动电压：电压：脉动电压的幅值脉动电压的幅值North China Electric Power Universitypage342024/8/28 周三周三实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差 是幅值为是幅值为 ,频率接近频率接近工频的交流电压波形。工频的交流电压波形。脉动电压周期脉动电压周期 、滑差频率、滑差频率 、滑差角频率、滑差角频率 都可以都可以用于表示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频用于表示待并发电机的频率与电网之间或两并列电网频率之间的相差程度。率之间的相差程度。North China Electric Power Universitypage352024/8/28 周三周三实际并列条件之三实际并列条件之三频率差频率差此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸时间有关。此时的合闸相角差是时间的函数，与发出合闸时间有关。若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电若发出合闸信号的时刻不恰当，就会产生较大的冲击电流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在流，若发出合闸信号的时刻恰当，就会在QF两侧电压相两侧电压相量重合时合闸，冲击电流为零。量重合时合闸，冲击电流为零。若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，若并列时频率差较大，即使合闸相角差很小，满足要求，也需要发电机经历一段时间的加速或者减速过程，才能也需要发电机经历一段时间的加速或者减速过程，才能实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时实现同步。加速或减速力矩会对机组造成冲击，严重时甚至会导致失步。甚至会导致失步。我国在发电厂进行人工手动并列操作时，一般限制滑差我国在发电厂进行人工手动并列操作时，一般限制滑差周期在周期在10S16S之间。之间。North China Electric Power Universitypage362024/8/28 周三周三同步发电机并列的同步过程分析同步发电机并列的同步过程分析发电机发出发电机发出功率功率发电机吸收发电机吸收功率功率North China Electric Power Universitypage372024/8/28 周三周三自同期并列自同期并列自周期并列自周期并列就是将一台未加励磁电流的发电机组升速就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，滑差角频率不超过允许值，而且，到接近于电网频率，滑差角频率不超过允许值，而且，在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上并在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列断路器QF,接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电接着立刻合上励磁开关，给转子加上励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，由电力系统将并列发电机拉入同步状态。并列发电机拉入同步状态。优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。优点：控制操作非常简单，不需要选择合闸时刻。在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应在电力系统发生故障、频率波动较大的情况下，应用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网，用自同期并列可以迅速把备用的水轮机组投入电网，因此，曾作为系统事故的重要措施之一。因此，曾作为系统事故的重要措施之一。North China Electric Power Universitypage382024/8/28 周三周三自同期并列的缺点自同期并列的缺点1、自同期并列方式、自同期并列方式不能用于两个系统间的操作不能用于两个系统间的操作。2、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加、发电机以自同期方式投入电网。在投入瞬间，未加励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次励磁电流的发电机接入电网，相当于电网经过发电机次暂态电抗形成短路，因而暂态电抗形成短路，因而不可避免出现较大的冲击电流不可避免出现较大的冲击电流。3、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工、发电机母线电压瞬时下降对其他用电设备的正常工作产生影响，自同期并列方法也受到限制。作产生影响，自同期并列方法也受到限制。自同期并列方法现在已经很少采用。自同期并列方法现在已经很少采用。North China Electric Power Universitypage392024/8/28 周三周三小结小结1、电力系统自动装置的结构形式、电力系统自动装置的结构形式2、微型计算机系统和工业控制计算机系统、微型计算机系统和工业控制计算机系统3、集散控制系统和现场总线控制系统、集散控制系统和现场总线控制系统4、同步并列和准同期的基本概念、同步并列和准同期的基本概念5、同步发电机并列的基本原则、同步发电机并列的基本原则6、准同期并列理想条件、准同期并列理想条件7、同步发电机并列时状态量偏离理想条件三种情况下、同步发电机并列时状态量偏离理想条件三种情况下的后果的后果8、自同期并列、自同期并列