自动准同期并网装置探究和设计

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1、自动准同期并网装置探究和设计【摘要】本文介绍了准同期并网原理及非同期并网的危害，研究设计了一种PLC控制的自动准同期并网装置，该装置利用PLC系统实时采集差频三角波电压，以PLC的平均扫描周期作为差频电压采样周期的计时单位，根据相似三角形原理对合闸超前时间进行计算，快速、准确地捕捉合闸时机，实现发电机的自动准同期并网操作。【关键词】自动准同期；非同期；可编程序控制器1.引言在电力系统运行操作中，发电机的并网操作是一项非常重要的工作。随着我国电力行业的快速发展，发电机组单机容量的不断增大，机组控制系统自动化水平的日益提高，对发电机同期系统的要求也越来越高。如果同期系统出现问题

2、，将有可能造成机组的非同期并网，这会对价值数千万元的发电机组造成严重的损伤。自动准同期并网装置正是为了保证安全、快速地实现同期并网操作而设计的一种电力系统自动化装置，它的首要功能是实现同期并列操作在符合同期并列条件时迅速并且准确的完成，尽量减小并网操作给电网和发电机带来的冲击。准同期装置执行并网操作的准确性和及时性是衡量准同期装置性能的重要指标。早在同期装置出现以前，准同期并网合闸主要是依靠操作人员借助于各种仪表手动进行。这就要求操作人员熟练地对各种仪表配合使用，无疑对于操作人员的经验及熟练程度提出了较高的要求，更重要的是手动并网根本无法实现机组的自动启动和并列操作。模拟式

3、准同期装置的出现改善了手动准同期装置的缺陷，但是模拟式自动准同期装置原理粗糙，经常发生误并列根本无法满足快速、准确、稳定的要求。伴随科学技术的进步，模拟式准同期装置逐渐被微机式准同期装置取代，微机式准同期装置与模拟准同期装置相比极大地提高了准同期装置的各项性能指标和并网的准确可靠性[1]。准同期装置性能的提高对电网安全平稳运行和节约能源都是至关重要的，因此研究设计快速、准确、稳定的准同期并网装置具有重大的理论和现实意义。2.非同期并网的危害在图1所示的两个独立电源组成的双电源网络中，利用联络线L的断路器2DL进行同期并网。(1)当电压不等的情况，并网瞬间产生的冲击电流，其周

4、期分量的有效值为(式1)式中：为冲击电流的周期分量的有效值；为待并系统电压瞬时值；为运行系统电压瞬时值；为待并系统次暂态电抗。当待并系统电压大于运行系统电压时，滞后90°,对待并系统发电机起去磁作用，系统并列后发电机立即带无功功率。待并系统电压小于运行系统电压时，超前90。，对待并系统发电机起助磁作用，系统并列后发电机吸收无功功率。当压差△（］很大，则冲击电流很大，将会使发电机定子绕组发热，使得定子绕组在电动力作用下受损。（2）当相位不一致时，并网瞬间产生的冲击电流，其周期分量的有效值为当待并系统电压超前运行系统电压时，的主要成分为同相位的有功分量，待并系统并入系统时，立即

5、带有功功率，对发电机起制动作用，有利于将待并系统电压拉到与系统电压同相位。当待并系统电压滞后运行系统电压时，的主要成分为反相位的有功分量，待并系统并入系统时，立即吸收有功功率，对发电机起加速作用，有利于将待并系统电压拉到与系统电压同相位。如果很大，则冲击电流很大，其有功分量在发电机轴上产生冲击力矩，使设备烧毁。特别是等于180°时，则冲击电流等于系统首端三相短路电流的两倍，损害最严重。（3）当频率不等的情况，待并系统电压与运行系统电压之间具有相对运动，存在频率差，如果频率差较大，则在并列合闸后在0°〜360°之间周期性变化，当=0°和二360°时，电压差ZXU二0,贝q,当

6、=180°时，电压差△U=2U2=2U1,则最大。待并系统在频率差较大的情况下并网，立即带上较多的有功功率，对发电机转子产生较大的力矩，使待并系统发电机产生机械振动，严重时失步，造成并列不成功。如果待并系统频率低于运行系统频率，并列后发电机将会吸收电网有功，其逆功率对汽轮机末级叶片造成损坏［2］。3•准同期并网原理发电机组和电网的同期并网操作是准同期并网操作中经常遇到且最典型的，所以分析准同期并网原理时以发电机组和系统并网为例［3］,假设同期并列前的系统侧电压和机组电压如下所示：以上公式中：机组侧电压有效值；系统侧电压有效值；Umx断路器机组侧电压；Umg断路器系统侧电压；

7、机组侧电压角频率；系统侧电压角频率；机组侧电压初相角；系统侧电压初相角。可见，合闸电压向量差的大小主要取决于合闸时刻的大小，这个瞬时的电压的取值取决于合闸时刻断路器两侧的电压幅值差、频率差和相角差。理想的并网条件为：（式8）当断路器两侧满足理想并网条件时，电压向量差，也就是说这时没有冲击电流产生。然而实际的电网中理想并网条件是难以完全满足的。例如当系统侧和机组侧频率相等时，相角差的变化率为零，如果此时相角差不满足条件，则会出现同频不同相的情况，这时往往就需要对发电机频率进行调整。实际同期操作中如果并网参数满足一定并