新聞主題	發電機組自動準同期并列控制原理

 

1．電壓差與調整

 

發電機電壓測量可采用傅里葉算法或半周積分算法計算對應電壓有效值，有效值ΔU＝U_G-U_S對應的數字量（ΔU）_D。判別是否滿足合閘條件ΔU≤（ΔU）_set，若滿足，開放合閘脈沖；若不滿足，閉鎖合閘脈沖。

根據（ΔU）_D的正負可判別電壓差調整方向，并發出調整信號。若（ΔU）_D＞0判斷為發電機電壓Uc高于系統電壓U_S；若（ΔU）_D＜0判斷為發電機電壓U_G低于系統電壓Us。

圖1示出了電壓調節程序示意框圖。按PID調節規律根據壓差大小ΔU形成調壓脈沖寬度t_U，調壓脈沖經開出電路通過繼電器觸點輸出，作用于發電機的自動調節勵磁裝置，改變自動調節勵磁裝置的目標電壓，通過自動裝置的調節，使壓差快速進入設定范圍。

 

圖1 電壓調節程序流程圖

 

2．頻率差與調整

 

頻率測量用計數器測量周期的方法測f_G、f_S頻率對應的周期T_G、Ts及對應計數值N_G、Ns。判別頻率差Δf＝f_G-fs是否滿足合閘條件。若滿足Δf≤（Δf）_set，開放合閘脈沖；若不滿足，閉鎖合閘脈沖。

根據其正負可判別頻差調整方向，并發出調整信號。若N_G≤Ns，判斷為f_G≥fs；若N_G≥Ns，判斷為f_G≤fs。

圖2示出了頻率調節程序流程框圖。按PID調節規律根據頻差大小Δf形成調頻脈沖寬度t₁，由圖可知，只有在頻差不滿足要求情況下才對發電機進行調頻。當頻差滿足要求但頻差甚小（圖中示出的是0.05Hz）時也發出增速脈沖，以加快并列過程。調速脈沖經開出電路通過繼電器觸點作用于調速回路實現調速。

 

頻率調節程序流程框圖

 

3．恒定越前時間合閘脈沖

根據恒定越前時間t_1ead＝t_DC計算理想的導前合閘相角δ_1ead（可以計及δ含有加速度的情況）

 

 

其中                                     

t_DC=t_c+t_QF 

式中 t_1ead——超前于360°點的一個導前合閘相角；

ω_di——滑差角頻率；

t_DC——發合閘信號到斷路器觸頭閉合所經歷時間；

Δω_di/Δt——滑差角加速度。

 

計算點的滑差角速度

 

 

式中δ_i、δ_i-1——分別為計算點i和上一個計算點i-1的角度值；

2t_S——兩計算點的時間間隔。

由于兩相鄰計算點的ω_d變化甚微，因此Δω_di一般可經若干計算點后才算一次，所以Δω_di／Δt可表示為

 

 

式中 ω_di、ω_di-n——分別為計算點i和前n個計算點i-n的ω_d計算值。

根據式（5-46）可以求出最佳的導前合閘相角δ_lead值，該值與本計算點的相角δ按下式進行比較，若

| ( 2π - δ_i ) - δ_lead | ≤?................................(5-49)

則立刻發出合閘命令。

式中 ε——計算允許誤差。

若不符合條件，則不發合閘命令。如果

| ( 2π - δ_i ) - δ_lead | ＞?................................(5-50)

且                                

 ( 2π - δ_i ) ＞ δ_lead

則繼續進行下一點計算，直到逐漸逼近符合式（5-49）為止。

 

4．準同期并列合閘控制流程

 

在并列操作中，滿足并列條件后才允許發出合閘指令，為了防止運行的波動性，電壓差、頻率差采用定時中斷約20ms計算一次，因此，并列條件在實時監視之中，以確保并列操作的安全性。Δf、ΔU只要有一項越限，程序就不進入恒定越前時間發合閘信號的計算。

設電壓、頻率都具有自動調節功能或其中一項具有自動調節功能，如頻率、電壓檢測越限，就由頻差調整、電壓差調整按設定好的調整系數和預定調節準則，輸出調節控制信號進行調節，促使其滿足并列條件。圖3所示為并列條件檢測、合閘控制流程的原理框圖。

 

圖3 并列條件測試和合閘控制流程圖

 

對于沒有電壓或頻率自動調節功能（合環并網）的并列裝置，則輸出U_G（或f_G）與U_S（或f_S）間差值的顯示信息，供運行操作參考，以利于并列條件盡快實現。

如果Δf、ΔU都小于設定限值，運行工況已滿足并列條件，則可捕捉最佳并列合閘時機，程序流程如圖5-19所示。

首先進行當前相角差δ的計算，以了解當前并列點間脈動電壓U_d的狀況，δ是否處于π～2π區間。因為恒定越前時間t_lead一般限定在兩相量間相角差逐漸減小區段。因此，如果δ的值是在0～π之間，則是相角差δ逐漸增大區間，不能作恒定越前時間t_lead最佳導前相角（δ_lead）計算。

如果δ是在π～2π區間，則要設法捕捉到最佳導前相角時刻，發出合閘指令。如一旦錯過這一時機，就得等待到下一個脈動周期才能發出合閘指令，導致合閘延遲，特別是要求快速并網時，能爭取幾秒鐘也可能是對電網的巨大貢獻。式（5-46）為恒定越前時間對應最佳導前相角δ_lead的計算式，式中計及了角加速度，即滑差變化率。如果角加速度過大，不僅表明轉速不穩定，還說明轉軸的驅動能量較大，合閘后，其暫態過程嚴重，甚之失步，所以需設置限值加以限制，力求并列后能順利進入同步運行。在加速度小于設定值條件下，式（5-46）計算得到的δ_lead與當前的δ_i作比較，如果式（5-49）成立，則立刻發合閘脈沖。

如果差值大于e，則進行預測合閘時間差Δt計算，如大于下一個計算點的間隔，則返回，待下一個計算點重新計算。如果Δt小于或等于下一計算點時間，那么就延遲Δt，發出并列合閘指令，見圖3。由圖可見，導前時間脈沖應為180°＜8＜360°，即滿足條件N_i＜N_i-1；角加速度不越限；壓差滿足要求，即｜ΔU｜≤（ΔU）_set；頻差滿足要求，即｜Δf｜≤（Δf）_set的條件下形成。導前時間脈沖就是同期并列的合閘脈沖命令。

 

同步并聯柜電路圖

 

 

 

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