电力系统自动控制技术课件：发电机并列的基本原理.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,电力系统自动控制,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,电力系统自动控制技术,发电机并列的基本原理,2026/3/7,2,0,引子,电力系统正成为引领,能源清洁低碳转型,的重要阵地,2026/3/7,3,1.1,电力系统含义,电力系统：,完成一次能源到电能的,生产（转换）、输送、分配、消费,的统一整体，通常由发电机、变压器、电力线路和负荷等,电力设备,及,信息控制,组成的综合系统水电厂,核电厂,火电厂,工厂,电气铁路,风电,地区变电所,配电变电所,居民区,输电线路,居民,配电线路,110,500,变电站,500kV,10kV,枢纽变电所,110kV,2026/3/7,4,电力系统,世界最大人造系统；人类,20,世纪最伟大的,20,项发明之一；当今社会最庞大的工业之一现代电力系统已经发展成为包括几千台同步发电机、数万台风力光伏新能源发电设备、几十上百万各类负荷及配套设备主要特征,产品不可大规模储存，导致,生产和消费的同时性,产品质量不完全决定于生产环节,生产体系易受自然环境影响,恶性连锁事故的破坏力巨大,1.1,电力系统含义,2026/3/7,5,按设计运行含义,安全：各种稳定（功角、电压、频率）、不越限,可靠：供电可靠性，可转移性，,N-1,校验,优质：供电质量（电压、频率、谐波含量）,经济：发输电成本低,如何保证如此复杂庞大系统,按照设计,稳定运行？,1.2,电力系统控制,2026/3/7,6,电力系统自动化系统,是保障电力系统安全稳定优质高效运行的重要保证,本质：,控制理论,在,电网,中的应用,根本思想：分层分区、,分而治之,通信系统加持,现代信息处理技术融合,电力系统逐步发展成为,物理信息融合,的,综合能源自动管控系统,1.2,电力系统控制,2026/3/7,7,2,课程简介,课程目标,对电力系统,运行与控制相关问题,形成较为,系统,的认识,熟悉,发电机并列、励磁、调速,等设备控制原理；理解电力系统,频率调整及电压调整,的基本问题；理解电力系统,功频特性、自动发电控制、经济调度,基本问题及解决思路；,熟悉电网调度自动化、配电网自动化、变电站自动化等,自动化子系统,以及自动重合闸装置、自动解列装置、备用电源自动投入装置、故障录波装置、小电流接地选线等,自动装置,为今后从事电力系统,调度、运行、控制,等理论研究和实践工作奠定基础,2026/3/7,8,2,课程简介,教材和参考书目,【教材】,张恒旭、石访、施啸寒,（编著），电力系统自动化，,2024,年，,机械工业出版社,，,“十,三,五”,国家重点出版物出版规划项目教材,。

参考书】,1,、电力系统自动化，李先彬 主编，中国电力出版社，,2013,年；,2,、电力系统自动化，李岩松 主编，中国电力出版社，,2013,年2026/3/7,9,2,课程简介,考察方式,【,考察方式,】,平时成绩,20%,（作业，课堂表现等），实验,10%,，期末考试,70%,题型：论述,+,计算,【,教学思想,】,：问题驱动，应用导向,【,教学手段,】,：课堂学习，雨课堂作业与资料共享,2026/3/7,10,第一层：直接控制层,从被控对象直接获取状态信息，并按给定值或给定规律控制控制系统的基础，结构可靠、动作迅速、效果明显、数量最多优先采用,该系统可以对发电厂、变电站及发、配电网,络的各种系统装置进行直接控制这些控制,系统结构可靠、动作迅速如发电机,自动并,列装置、同步机自动励磁装置、馈电线路自,动化装置、继电保护装置、负荷控制装置,等,都属于这个范畴,111,2,课程简介,分层控制思想,2026/3/7,11,第二层：监督控制层,实现对被控对象的监督功能，例如越限报警、越限紧急停车、紧急启动等一般由设在直接控制器中的专门部件执行，其整定值由上级管理、控制环节来确定电力系统装置本地的,异常切机、切负荷,（过压过流保护）、,过励,/,欠励限制,，通常附加在直接控制上,2,课程简介,分层控制思想,2026/3/7,12,第三层：寻优控制,自寻稳态最优解,多个设备运行时存在此问题,最优解作为下级控制设备的输入,如场站级无功控制,第四层：协调控制,全系统内的协调。

协调结果为寻优控制依据如经济调度、无功优化等,第五层：经营管理,技术运行状态作为经营决策依据市场、原料、人员及其素质、计划安排等进行综合分析如发电计划、检修计划等,2,课程简介,分层控制思想,第一章 同步发电机同步并列运行,自动并列原理、装置和同步机并列方式,2,课程简介,内容提要,第二章 同步发电机的自动励磁系统发电机励磁系统、励磁调节器的原理,励磁稳定器及电力系统稳定器（,PSS,）,2,课程简介,内容提要,第三章 电力系统频率控制电力系统频率控制的原理、频率控制系统、自动低频减载装置等,2,课程简介,内容提要,第四章 电力系统无功和电压的控制电力系统电压调整和无功功率控制的措施和方法2,课程简介,内容提要,第五章 电力系统的调度自动化,重点介绍高压调度自动化系统（即,EMS,系统）内容涉及电力调度自动化的结构、功能2,课程简介,内容提要,第六章 配电自动化系统低压配电自动化系统（即,DMS,系统）结构、功能2,课程简介,内容提要,第七章 变电站综合自动化系统变电站是电力系统中协调和控制的主要节点，它的自动化水平对于电力系统的稳定有着重要的意义2,课程简介,内容提要,2026/3/7,20,本次课内容,绪论,电力系统自动控制课程定位和内容,复杂大系统分层控制思想,电力系统相关控制子系统与关键设备（内容提要）,同步发电机自动并列,同步发电机并列的含义,并列的基本原则、条件,并列方式的分类,并列操作,对待并发电机组进行,适当的操作,，使之符合,并列条件,后才允许,断路器,QF,合闸,作并网运行。

这一系列操作称为,并列操作,或称,同期操作,，有时也称为“并车”、“并网”等,电路示意图,3,同步发电机并列,含义,什么时候需要并列,正常运行时，为了维持电力系统,频率,、,电压,在允许的范围内，运行中要根据,负荷波动,必要时投入或切除发电机；,在,检修,完，要将机组,重新投入,；,故障情况,下，为了保护发电机（如过流、失磁等），或为了保持主系统的稳定，需要,切除,发电机，并在合适时候将其,重新投入,运行；有时需要将,备用发电机迅速投入,运行并列是同步机,并联运行和组网,的基本操作，保证,电网安全稳定,运行,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后果因此，对同步发电机的并列操作进行研究，提高并列操作的,准确度和可靠性,，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义不当的并列造成的危害,并列瞬间，如果发电机的,冲击电流大,，甚至超过允许值，所产生的,电动力,可能损坏发电机；且冲击电流通过其他电气设备，还会使其他电气设备受损并列后，当发电机在非同步的,暂态过程,时，发电机处于,振荡状态,，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。

3,同步发电机并列,含义,避免不当并列造成的危害,安全性：,并列断路器合闸时，,冲击电流应尽可能的小,，其瞬时最大值一般不超过倍的额定电流稳定性：,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3,同步发电机并列,原则,基于并网原则，制定并网操作条件,3,同步发电机并列,条件,这三个重要参数常被指定为运行母线的,状态量,电网的电压也常用相量来表示式中,电压幅值,电压的角频率,初相角,电力系统运行中，理想情况下，任一母线电压,瞬时值,可表示为,发电机侧电压相关参量：,发电机电压相量；,发电机电压角频率；,发电机电压初相角；,电网电压相量；,电网电压角频率；,电网电压初相角；,发电机电压幅值；,电网电压幅值；,电网侧电压相关参量：,相量差，又称,脉动电压,幅值差,频率差,相角差,等值电路,发电机并列的理想条件为并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等，即图,1-1,（,c,）中的 ，两个相量完全重合并且同步旋转，所以并列的,理想条件,可表达为,:,3,同步发电机并列,条件,+,相序相同,理想条件下：,发电机并列合闸,冲击电流等于零,，,并且并列后发电机与电网,立即进入同步,运行，不发生任何扰动,理想的并列操作，极大地简化并列过程,3,同步发电机并列,理想条件和实用条件,实际运行中：,理想条件中三个条件很难同时满足,不必苛求,，只要,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，则发电机并列操作不致引起任何不良后果,在实际并列操作中，并列的实际条件允许偏离理想条件。

偏离多少是合理的？,3,同步发电机并列,实用条件分析,等效,幅值差,相角差,频率差,3,同步发电机并列,幅值差,、,机端及电网电压,有效值,发电机直轴次暂态电抗,分析：,冲击电流主要为,无功电流,分量，,电动力主要危害发电机定子绕组端部机械强度,冲击电流最大瞬时值限制在,1,2,倍额定电流,以下；我国曾规定压差冲击并列电流不允许超过,机端短路电流,的,1/20,到,1/10,幅值差不能超过,额定电压,的,5,10,，巨型发电机组更规定在,0.1,以下,3,同步发电机并列,相角差,分析：,冲击电流主要为,有功电流,分量,合闸后发电机与电网间立刻交换有功功率，使机组联轴受到突然冲击,保证机组安全运行，一般将有功冲击电流限制在较小数值,系统电压有效值；,发电机交轴次暂态电抗,3,同步发电机并列,频率差,两者间的电角频率之差称为,滑差角频率，简称滑差,，用 表示：,两者频率之差称为,频差，,用 表示,:,滑差周期定义为：,角速度,频差、滑差有正负,3,同步发电机并列,频率差,分析：,滑差频率 就是,频率差,，表示待并发电机与系统之间频率差,滑差,可以反映频率差，两者是,2,倍数关系,滑差周期,为滑差频率的倒数；因此滑差周期可以反映频率差，即,滑差周期大则频率差小、滑差周期小则频率差大,有滑差的情况下，将机组投入电网后，需要经过一段,加减速,过程，才能使机组与系统在频率上,“同步”,。

加速或减速力矩会对机组造成冲击，滑差越大，并列时的冲击就越大，因而应该严格限制并列时的允许滑差,我国在发电厂进行正常,人工手动并列操作,时，一般取,滑差周期在,10,16s,之间,并列的同步过程,加速过程,减速过程,同步机拉入同步过程：,（,1,）发电机的电压超前电网电压，发电机发出有功功率，则发电机将制动而减速；,（,2,）发电机的电压落后电网电压，发电机吸收有功功率，则发电机将加速；,（,3,）所以交换功率的方向与相角差 的正负有关4,）并列时滑差的极限值应根据发电机能否进入同步运行的稳定条件进行校验在一般情况下，并列时,s,值远小于上述极限值，因此可以不必校验但是，当并列的发电机组与电网间的联系较弱时，也有可能需按稳定条件对,s,进行校验3,同步发电机并列,频率差,准同期,和,自同期,两种，,对并列条件的满足程度不同,4,同步发电机并列,准同期方式,准同期：,又称,准同步并列,操作，是指,发电机在并列合闸前已励磁,，当发电机,频率、电压相角、电压幅值,分别和,并列点系统侧,对应值,接近,相同时，将,发电机断路器合闸,，完成并列操作合闸后发电机与电网间,立刻交换有功功率,，使,机组联轴,受到突然冲击,4,同步发电机并列,准同期方式,特点：,冲击电流小,，不会引起系统电压降低；,并列操作过程中需要对,发电机电压、频率进行调整,，并列,时间较长,且,操作复杂,。

适用场合：,正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式,早期并列时间较长且操作复杂，不适于紧急情况的发电机并列,现在准同期并列自动化装置完善，故障下快速机组投入也使用这种方式,4,同步发电机并列,自同期方式,自同期：,将一台,未加。