发电机组自动准同期并列控制原理
发布时间：2024-08-08 点击：333
发电机组自动准同期并列控制原理
1．电压差与调整
发电机电压测量可采用傅里叶算法或半周积分算法计算对应电压有效值，有效值δu＝ug-us对应的数字量（δu）d。判别是否满足合闸条件δu≤（δu）set，若满足，开放合闸脉冲；若不满足，闭锁合闸脉冲。
根据（δu）d的正负可判别电压差调整方向，并发出调整信号。若（δu）d＞0判断为发电机电压uc高于系统电压us；若（δu）d＜0判断为发电机电压ug低于系统电压us。
图1示出了电压调节程序示意框图。按pid调节规律根据压差大小δu形成调压脉冲宽度tu，调压脉冲经开出电路通过继电器触点输出，作用于发电机的自动调节励磁装置，改变自动调节励磁装置的目标电压，通过自动装置的调节，使压差快速进入设定范围。
图1 电压调节程序流程图
2．频率差与调整
频率测量用计数器测量周期的方法测fg、fs频率对应的周期tg、ts及对应计数值ng、ns。判别频率差δf＝fg-fs是否满足合闸条件。若满足δf≤（δf）set，开放合闸脉冲；若不满足，闭锁合闸脉冲。
根据其正负可判别频差调整方向，并发出调整信号。若ng≤ns，判断为fg≥fs；若ng≥ns，判断为fg≤fs。
图2示出了频率调节程序流程框图。按pid调节规律根据频差大小δf形成调频脉冲宽度t1，由图可知，只有在频差不满足要求情况下才对发电机进行调频。当频差满足要求但频差甚小（图中示出的是0.05hz）时也发出增速脉冲，以加快并列过程。调速脉冲经开出电路通过继电器触点作用于调速回路实现调速。
频率调节程序流程框图
3．恒定越前时间合闸脉冲
根据恒定越前时间t1ead＝tdc计算理想的导前合闸相角δ1ead（可以计及δ含有加速度的情况）
其中
tdc=tc+tqf
式中t1ead——超前于360°点的一个导前合闸相角；
ωdi——滑差角频率；
tdc——发合闸信号到断路器触头闭合所经历时间；
δωdi/δt——滑差角加速度。
计算点的滑差角速度
式中δi、δi-1——分别为计算点i和上一个计算点i-1的角度值；
2ts——两计算点的时间间隔。
由于两相邻计算点的ωd变化甚微，因此δωdi一般可经若干计算点后才算一次，所以δωdi／δt可表示为
式中 ωdi、ωdi-n——分别为计算点i和前n个计算点i-n的ωd计算值。
根据式（5-46）可以求出最佳的导前合闸相角δlead值，该值与本计算点的相角δ按下式进行比较，若
| (2π-δi) -δlead | ≤?................................(5-49)
则立刻发出合闸命令。
式中 ε——计算允许误差。
若不符合条件，则不发合闸命令。如果
| (2π-δi) -δlead | ＞?................................(5-50)
且
(2π-δi) ＞ δlead
则继续进行下一点计算，直到逐渐逼近符合式（5-49）为止。
4．准同期并列合闸控制流程
在并列操作中，满足并列条件后才允许发出合闸指令，为了防止运行的波动性，电压差、频率差采用定时中断约20ms计算一次，因此，并列条件在实时监视之中，以确保并列操作的安全性。δf、δu只要有一项越限，程序就不进入恒定越前时间发合闸信号的计算。
设电压、频率都具有自动调节功能或其中一项具有自动调节功能，如频率、电压检测越限，就由频差调整、电压差调整按设定好的调整系数和预定调节准则，输出调节控制信号进行调节，促使其满足并列条件。图3所示为并列条件检测、合闸控制流程的原理框图。
图3 并列条件测试和合闸控制流程图
对于没有电压或频率自动调节功能（合环并网）的并列装置，则输出ug（或fg）与us（或fs）间差值的显示信息，供运行操作参考，以利于并列条件尽快实现。
如果δf、δu都小于设定限值，运行工况已满足并列条件，则可捕捉最佳并列合闸时机，程序流程如图5-19所示。
首先进行当前相角差δ的计算，以了解当前并列点间脉动电压ud的状况，δ是否处于π～2π区间。因为恒定越前时间tlead一般限定在两相量间相角差逐渐减小区段。因此，如果δ的值是在0～π之间，则是相角差δ逐渐增大区间，不能作恒定越前时间tlead最佳导前相角（δlead）计算。
如果δ是在π～2π区间，则要设法捕捉到最佳导前相角时刻，发出合闸指令。如一旦错过这一时机，就得等待到下一个脉动周期才能发出合闸指令，导致合闸延迟，特别是要求快速并网时，能争取几秒钟也可能是对电网的巨大贡献。式（5-46）为恒定越前时间对应最佳导前相角δlead的计算式，式中计及了角加速度，即滑差变化率。如果角加速度过大，不仅表明转速不稳定，还说明转轴的驱动能量较大，合闸后，其暂态过程严重，甚之失步，所以需设置限值加以限制，力求并列后能顺利进入同步运行。在加速度小于设定值条件下，式（5-46）计算得到的δlead与当前的δi作比较，如果式（5-49）成立，则立刻发合闸脉冲。
如果差值大于e，则进行预测合闸时间差δt计算，如大于下一个计算点的间隔，则返回，待下一个计算点重新计算。如果δt小于或等于下一计算点时间，那么就延迟δt，发出并列合闸指令，见图3。由图可见，导前时间脉冲应为180°＜8＜360°，即满足条件ni＜ni-1；角加速度不越限；压差满足要求，即｜δu｜≤（δu）set；频差满足要求，即｜δf｜≤（δf）set的条件下形成。导前时间脉冲就是同期并列的合闸脉冲命令。
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发电机电压测量可采用傅里叶算法或半周积分算法计算对应电压有效值，有效值δu＝ug-us对应的数字量（δu）d。判别是否满足合闸条件δu≤（δu）set，若满足，开放合闸脉冲；若不满足，闭锁合闸脉冲。
根据（δu）d的正负可判别电压差调整方向，并发出调整信号。若（δu）d＞0判断为发电机电压uc高于系统电压us；若（δu）d＜0判断为发电机电压ug低于系统电压us。
图1示出了电压调节程序示意框图。按pid调节规律根据压差大小δu形成调压脉冲宽度tu，调压脉冲经开出电路通过继电器触点输出，作用于发电机的自动调节励磁装置，改变自动调节励磁装置的目标电压，通过自动装置的调节，使压差快速进入设定范围。
图1 电压调节程序流程图
2．频率差与调整
频率测量用计数器测量周期的方法测fg、fs频率对应的周期tg、ts及对应计数值ng、ns。判别频率差δf＝fg-fs是否满足合闸条件。若满足δf≤（δf）set，开放合闸脉冲；若不满足，闭锁合闸脉冲。
根据其正负可判别频差调整方向，并发出调整信号。若ng≤ns，判断为fg≥fs；若ng≥ns，判断为fg≤fs。
图2示出了频率调节程序流程框图。按pid调节规律根据频差大小δf形成调频脉冲宽度t1，由图可知，只有在频差不满足要求情况下才对发电机进行调频。当频差满足要求但频差甚小（图中示出的是0.05hz）时也发出增速脉冲，以加快并列过程。调速脉冲经开出电路通过继电器触点作用于调速回路实现调速。
频率调节程序流程框图
3．恒定越前时间合闸脉冲
根据恒定越前时间t1ead＝tdc计算理想的导前合闸相角δ1ead（可以计及δ含有加速度的情况）
其中
tdc=tc+tqf
式中t1ead——超前于360°点的一个导前合闸相角；
ωdi——滑差角频率；
tdc——发合闸信号到断路器触头闭合所经历时间；
δωdi/δt——滑差角加速度。
计算点的滑差角速度
式中δi、δi-1——分别为计算点i和上一个计算点i-1的角度值；
2ts——两计算点的时间间隔。
由于两相邻计算点的ωd变化甚微，因此δωdi一般可经若干计算点后才算一次，所以δωdi／δt可表示为
式中 ωdi、ωdi-n——分别为计算点i和前n个计算点i-n的ωd计算值。
根据式（5-46）可以求出最佳的导前合闸相角δlead值，该值与本计算点的相角δ按下式进行比较，若
| (2π-δi) -δlead | ≤?................................(5-49)
则立刻发出合闸命令。
式中 ε——计算允许误差。
若不符合条件，则不发合闸命令。如果
| (2π-δi) -δlead | ＞?................................(5-50)
且
(2π-δi) ＞ δlead
则继续进行下一点计算，直到逐渐逼近符合式（5-49）为止。
4．准同期并列合闸控制流程
在并列操作中，满足并列条件后才允许发出合闸指令，为了防止运行的波动性，电压差、频率差采用定时中断约20ms计算一次，因此，并列条件在实时监视之中，以确保并列操作的安全性。δf、δu只要有一项越限，程序就不进入恒定越前时间发合闸信号的计算。
设电压、频率都具有自动调节功能或其中一项具有自动调节功能，如频率、电压检测越限，就由频差调整、电压差调整按设定好的调整系数和预定调节准则，输出调节控制信号进行调节，促使其满足并列条件。图3所示为并列条件检测、合闸控制流程的原理框图。
图3 并列条件测试和合闸控制流程图
对于没有电压或频率自动调节功能（合环并网）的并列装置，则输出ug（或fg）与us（或fs）间差值的显示信息，供运行操作参考，以利于并列条件尽快实现。
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首先进行当前相角差δ的计算，以了解当前并列点间脉动电压ud的状况，δ是否处于π～2π区间。因为恒定越前时间tlead一般限定在两相量间相角差逐渐减小区段。因此，如果δ的值是在0～π之间，则是相角差δ逐渐增大区间，不能作恒定越前时间tlead最佳导前相角（δlead）计算。
如果δ是在π～2π区间，则要设法捕捉到最佳导前相角时刻，发出合闸指令。如一旦错过这一时机，就得等待到下一个脉动周期才能发出合闸指令，导致合闸延迟，特别是要求快速并网时，能争取几秒钟也可能是对电网的巨大贡献。式（5-46）为恒定越前时间对应最佳导前相角δlead的计算式，式中计及了角加速度，即滑差变化率。如果角加速度过大，不仅表明转速不稳定，还说明转轴的驱动能量较大，合闸后，其暂态过程严重，甚之失步，所以需设置限值加以限制，力求并列后能顺利进入同步运行。在加速度小于设定值条件下，式（5-46）计算得到的δlead与当前的δi作比较，如果式（5-49）成立，则立刻发合闸脉冲。
如果差值大于e，则进行预测合闸时间差δt计算，如大于下一个计算点的间隔，则返回，待下一个计算点重新计算。如果δt小于或等于下一计算点时间，那么就延迟δt，发出并列合闸指令，见图3。由图可见，导前时间脉冲应为180°＜8＜360°，即满足条件ni＜ni-1；角加速度不越限；压差满足要求，即｜δu｜≤（δu）set；频差满足要求，即｜δf｜≤（δf）set的条件下形成。导前时间脉冲就是同期并列的合闸脉冲命令。
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