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文檔簡介
1、<p> 本科畢業(yè)設計(論文)開題報告</p><p> 題目:基于微機的自動準同期裝置設計的統(tǒng)的</p><p> 1準同期裝置研究的目的意義</p><p> 1.1 研究目的與意義</p><p> 一臺發(fā)電機組在未并入系統(tǒng)運行之前,它的電壓UG與并列母線電壓UX的狀態(tài)量往往不等,須對待并發(fā)電機組進行適當的操作,使之符
2、合并列條件后才允許斷路器QF合閘作并網運行。這一系列操作稱為并列操作,有時也稱為“并車”、“并網”等。</p><p> 隨著負荷的波動,電力系統(tǒng)中運行的發(fā)電機組臺數也經常要波動。因此,同步發(fā)電機的并列操作是電廠的一項重要操作。另外,當系統(tǒng)發(fā)生某些事故時,也常要求將備用發(fā)電機組迅速投入電網運行??梢?,在電力系統(tǒng)運行中,并列操作是較為繁瑣的。</p><p> 電力系統(tǒng)的容量在不斷增大,
3、同步發(fā)電機的單機容量也越來越大,大型機組不恰當地并列操作將導致嚴重后果。因此,對同步發(fā)電機的并列操作進行研究,提高并列操作的精準度和可靠性,對于系統(tǒng)的可靠運行具有很大的現實意義。</p><p> 同步發(fā)電機組并列時遵循如下的原則:</p><p> ?、挪⒘袛嗦菲骱祥l時,沖擊電流應盡可能的小,其瞬時最大值一般不宜超過1~2倍的額定電流。</p><p> ?、瓢l(fā)
4、電機組并入電網后,應能迅速進入同步運行狀態(tài),其暫態(tài)過程要短,以減少對電力系統(tǒng)的擾動。</p><p><b> 1.2 研究現狀</b></p><p> 在早期,我國大多采用“旋轉燈光法”進行準同期并列操作,這是最原始的準同期方法。后來改用指針式電磁繞組的整步表構成的手動準同期裝置。手動同期完全由人來判斷合閘時機,因而誤差較大,很容易造成同期失敗,甚至損壞設備。
5、</p><p> 二十世紀七十年代,一些電站采用了由分立器件構成的模擬式自動準同期裝置,這是最早的自動準同期裝置。但是模擬式自動準同期裝置由于元器件的不穩(wěn)定性,在合閘時機的選擇和其他方面存在很多缺陷,不能很好的滿足要求。</p><p> 二十世紀八十年代,隨著微機技術的普及,出現了基于微機的數字式準同期裝置?;谖⑻幚砥鞯臄底质綔释谘b置具有高精度、高可靠性、人機界面有好、操作方便
6、、接線簡單等特點。</p><p> 我國是世界上準同期裝置最早研制的國家之一。深圳市智能設備開發(fā)有限公司研制的SID-2系列多功能微機準同期裝置比較具有代表性。它是我國最早從事微機準同期控制器研究、開發(fā)生產的企業(yè)之一,相繼推出了QSA型、SID-1型、SID-2型、SID-2V系列發(fā)電機用微機準同期控制器及SID-2T系列線路用微機準同期控制器。目前國內有許多科研、制造單位都在進行微機自動準同期裝置的研制。&
7、lt;/p><p> 2 同期裝置設計任務概況</p><p> 根據電力系統(tǒng)對發(fā)電機機組并網發(fā)電的要求,設計一套以微機為核心的,基于單片機的自動準同期裝置,實現發(fā)電機機組自動并網發(fā)電的自動準同期裝置,并設計相關的接口電路和外圍電路,并編寫相應的軟件流程圖,最后按要求寫出設計說明書,繪出設計圖樣。</p><p> 具體需要設計:①發(fā)電廠組母線電壓、發(fā)電機組端電壓
8、的檢測電路;②發(fā)電廠母線電壓、發(fā)電機組端電壓的頻率檢測電路;③母線電壓與電機機端電壓相角差的檢測電路;④微機系統(tǒng)及外圍接口電路,并組成系統(tǒng)。</p><p> 3 主要研究內容及研究方法</p><p> 3.1 自動準同期原理</p><p> 設待并發(fā)電機組G已經加上了勵磁電流,其端電壓為UG,調節(jié)待并發(fā)電機組UG的狀態(tài)參數使之符合并列條件并將發(fā)電機并入系
9、統(tǒng)的操作,稱為準同期并列。如圖1所示,QF為并列斷路器,QF的另一側為電網電壓UX。并列斷路器合閘之前,QF兩側電壓的狀態(tài)量一般不相等,須對發(fā)電機組G進行控制使它符合并列條件,然后發(fā)出QF的合閘信號。這里需要說明的是,發(fā)電機三相電壓A、B、C與系統(tǒng)的三相電壓A、B、C的相序要相同,這在新機組裝機時應該調好。</p><p> 圖1 電路示意圖 圖2 相量圖
10、</p><p> 3.1.1 準同期的理想條件</p><p> 設發(fā)電機的電壓UG的角頻率為ωG,電網電壓UX的角頻率為ωX,它們間的相量差UG-UX為US。計算并列時沖擊電流的等值電路如圖3所示。當電網參數一定時,沖擊電流的大小決定于合閘瞬間的US的值。要求QF合閘瞬間的US盡可能的小,其最大值應使沖擊電流不超過允許值。最理想的情況是US的值為零,這時QF合閘的沖擊電流也就等于零
11、;并且希望并列后能順利進入同步運行狀態(tài),對電網無任何擾動。</p><p> 可以看出,發(fā)電機并列的理想條件為并列斷路器兩側電源電壓的三個狀態(tài)量全部相等,即圖2中的UG,UX兩個相量完全重合并且同步旋轉,所以并列的理想條件可表達為:</p><p> fG=fX或ωG=ωX,即頻率相等</p><p> UG=UX,即電壓幅值相等
12、 (1)</p><p> δe=0,即相角差為零</p><p> 這時并列合閘的沖擊電流等于零,并且并列后發(fā)電機G與電網立即進入同步運行,不發(fā)生任何擾動現象??梢栽O想,如果待并發(fā)電機的調速器和調壓器能按式(1)進行調節(jié),實現理想的并列操作,則可極大的簡化并列過程。</p><p> 但是,實際運行中,待并發(fā)電機組的調節(jié)系統(tǒng)并不按式(1)的理想
13、條件調節(jié),因此三個條件很難同時滿足。其實,在實際操作中也沒有這樣的苛刻的必要。因為并列合閘時只要沖擊電流較小,不危機電氣設備,合閘后的發(fā)電機組就能迅速拉入同步運行,對待并發(fā)電機和電網運行的影響較小,不致引起任何不良后果。</p><p><b> 圖3 等值電路圖</b></p><p> 因此,在實際并列操作中并列的實際條件允許偏離式(1),其偏離的允許范圍則需
14、經過分析確定。</p><p> 3.1.2 電壓幅值偏差對準同期的影響</p><p> 設發(fā)電機并列時的電壓相量圖如圖4(a)所示,即并列時:①發(fā)電機頻率fG等于電網頻率fX;②相角差δe等于零;③電壓幅值不等,UG≠UX。在上述條件下,沖擊電流最大瞬時值為</p><p><b> (2)</b></p><p&
15、gt; 式中 UG、UX–—發(fā)電機電壓、電網電壓有效值;</p><p> ——發(fā)電機直軸次暫態(tài)電抗。</p><p> 從圖4(a),當δe很小時,可認為Ih與UG夾角為90°,所以由電壓幅值差產生的沖擊電流Ih主要為無功沖擊電流。</p><p> 沖擊電流的電動力對發(fā)電機組繞組產生影響,由于定子繞組端部的機械強度最弱,所以須特別注意對它所造成
16、的危害。由于并列操作為正常運行操作,沖擊電流最大瞬時值限制在1~2倍額定電流以下為宜。為了保證機組的安全,我國曾規(guī)定電壓差并列沖擊電流不允許超過機端短路電流的1/20~1/10。據此,得到準同期并列的一個條件為:電壓差US不能超過額定電壓的5%~10%?,F在一些巨型發(fā)電機組更規(guī)定在0.1%以下,即要求盡量避免無功沖擊電流。</p><p> ?。╝)
17、 (b)</p><p> 圖4 準同期條件分析</p><p> ?。╝)δe=0時的相量圖;(b)δe≠0時的相量圖</p><p> 3.1.3合閘相角差對準同期的影響</p><p> 設并列合閘時,斷路器兩側電壓相量圖如圖4(b)所示,即:①發(fā)電機頻率fG等于電網頻率fX;②合閘瞬間存在相角差,即δe≠0;③電壓幅
18、值相等,UG=UX。</p><p> 這時發(fā)電機為空載情況,電動勢即為端電壓,并與電網電壓相等,沖擊電流的最大瞬時值為</p><p><b> ?。?)</b></p><p> 式中 UX——系統(tǒng)電壓有效值;</p><p> ——發(fā)電機交軸次暫態(tài)電抗。</p><p> 從圖4(b
19、)可見,當δe很小時,可認為h與G夾角為0°,所以由電壓幅值差產生的沖擊電流h主要為用功沖擊電流。</p><p> 當相角差較小時,沖擊電流主要為有功電流分量,說明合閘后發(fā)電機立刻向電網輸出有功功率,使機組聯軸受到突然沖擊,這對機組和電網運行都是不利的。為了保證機組安全,一般將有功沖擊電流限制在較小數值以內。</p><p> 設待并發(fā)電機電壓與電網電壓之差為S,若G與X之
20、間既存幅值差,又存在相角差,這時S所產生的沖擊電流可綜合以上兩種典型情況進行分析。</p><p> 3.1.4頻率不相等對準同期的影響</p><p> 設待并發(fā)電機的電壓相量如圖5所示,且有UG=UX,電壓幅值相等;當頻率不相等即fG≠fX,兩者的頻率差是一項很重要的參數,用頻差fS表示,即fS=fG-fX。</p><p> 當兩個交流電壓的頻率不等(但
21、較接近)時,一般可用兩個有相對旋轉速度的相量來表示它們。兩個交流電壓G、X間的瞬時相角差δe就是圖中兩個電壓相量間</p><p> 圖5 滑差電壓原理圖</p><p> 的夾角;兩電壓相量同方向旋轉,一快一慢,兩者間的電角頻率只差稱為滑差角頻率,簡稱滑差,用ωS表示。于是得ωS=ωG-ωX,顯然,ωS是有正負值的,其方向與所規(guī)定的參考相量有關。圖5中,以系統(tǒng)電壓X為參考相量,于是ω
22、G>ωX時,ωS>0;當ωG<ωX時,ωS<0。反之,若以G為參考相量,則ωS的方向恰好相反。</p><p> 滑差周期為。可見頻率fS、滑差ωS與滑差周期TS是可以相互換</p><p> 算的,它們是描述兩電壓相量相對運動快慢的一組數據。</p><p> 頻差fS,滑差ωS和滑差周期TS都可以用來確定地表示待并發(fā)電機與系統(tǒng)之間頻率差的大小?;畲?,則滑
23、差周期短;滑差小,則滑差周期長。在有滑差的情況下,將機組投入電網,需要經過一段加速或減速的過程,才能使機組于系統(tǒng)在頻率上“同步”。加速或減速力矩會對機組造成沖擊。顯然,滑差越大,并列時的沖擊就越大,因而應該嚴格限制并列時的允許滑差。我國在發(fā)電廠進行正常人工手動并列操作時,一般取滑差周期在10s~16s之間。</p><p> 3.2 自動準同期裝置</p><p> 3.2.1基于單片
24、機控制的微機準同期裝置</p><p> 微機準同期裝置與電站或變電站的其他檢測、控制和保護裝置可采用分布式或集中式安裝,全部裝置構成電站或變電站整套檢測、控制和保護系統(tǒng),以保障電站或變電站的安全運行。各個裝置獨立完成相應的功能。設計方案原理圖如圖6所示。</p><p> 圖6 設計方案原理圖</p><p> 本文中設計的微機準同期裝置的工作工程是:電力系
25、統(tǒng)通過二次設備將輸送的高</p><p> 電壓轉換為低電壓,將轉換后的正弦波信號進行濾波、波形變換等整理進而減少電網中的高次諧波干擾,并滿足測量電路對信號波形的要求,從而減小采樣、量化和參數測量過程中的誤差。經交流變換及低通濾波后的信號一部分送至A/D轉換電路進行</p><p> 數模轉換并進行參數測量,另一部分送至硬件測頻電路進行頻率差和相角差的測量,達到軟件測量和硬件測量相結合
26、的效果。最后捕捉并網時機準確控制斷路器合閘。當執(zhí)行并網時,斷路器兩側的頻差和壓差如果不滿足并網條件,可以依照偏差量的大小,發(fā)出升、降,增、減速信號進行調節(jié),加速并網條件的形成。</p><p> 3.2.2基于PLC控制的微機準同期裝置</p><p> 為了使待并發(fā)電機組滿足并列條件,自動準同期裝置主要有三個控制單元:頻率差控制單元、電壓差控制單元、合閘信號控制單元。</p&g
27、t;<p> 1、頻率差控制單元:測量發(fā)電機頻率fG與系統(tǒng)頻率fX的差值并調節(jié)fG ,使它與fX的差值小于規(guī)定值。</p><p> 2、電壓差控制單元:測量發(fā)電機電壓G與母線電壓X幅值的差值并調節(jié)G,使它與X的差值小于規(guī)定值。</p><p> 3、合閘信號控制單元:檢測發(fā)電機電壓與系統(tǒng)電壓的相角差,在合適的時間發(fā)出合閘信號,使斷路器主觸點接觸的瞬間,相角差接近于0。
28、</p><p> 調速單元、調壓單元、合閘單元以及機組、系統(tǒng)總體連接圖如圖7所示。</p><p> 如圖7所示,其中設置了頻率差控制單元、電壓差控制單元和合閘信號控制單元。當同步發(fā)電機并列時,發(fā)電機的頻率和電壓都由并列裝置自動調節(jié),使它與電網的頻率、電壓間的差值減小。當滿足并列條件時,自動選擇合適的時機發(fā)出合閘信號。</p><p> 圖7 基于PLC控制
29、的總體連接圖</p><p> 3.3單片機與PLC的選擇</p><p> 由于單片機具有以下優(yōu)點:</p><p> ?、偌啥雀?。單片機包括CPU、4KB容量的ROM(8031無)、128B容量的RAM、2個16位定時/計數器、4個8位并行口、全雙工串口行口;②系統(tǒng)結構簡單,使用方便,實現模塊化;③單片機可靠性高,可工作到10^6 ~10^7小時無故障;④
30、處理功能強,速度快。</p><p> 故在本次設計中最終將選用單片機來實現對設備的控制。</p><p><b> 4 預期結果</b></p><p> 經過對發(fā)電機機端和系統(tǒng)母線電壓的幅值、頻率相位參量檢測硬件電路的設計,將這些參量轉換為微機能夠識別的信號,利用編寫的程序軟件對這些信號進行分析、比較、計算,并根據運算結果輸出相關的控
31、制信號,經驅動放大后去驅動或操作相關的外置設備,達到自動準同期操作的預期效果。</p><p> 經過各個裝置獨立完成各自的相關功能后,并經過控制器的總體調節(jié),能夠基本實現準同期并列的相關操作,并且將頻差、壓差控制在允許的偏差范圍內:</p><p> ?。?)發(fā)電機組并網時電壓差US不超過額定電壓的5%~10%;</p><p> ?。?)發(fā)電機組并網時頻率差f
32、S不超過±0.1HZ;</p><p> ?。?)發(fā)電機組并網時相角差很小。(未查到具體數據,請陳老師告知)</p><p> 最后,發(fā)電機組能夠順利并網。</p><p><b> 5 時間進程安排</b></p><p><b> 6 參考文獻</b></p>&l
33、t;p> [1] 《電氣控制與可編程控制器技術》(第2版) 史國生編,化學工業(yè)出版社,2004.2出版</p><p> [2] 《電力系統(tǒng)自動化》李先彬主編,中國電力出版社,2004.7出版</p><p> [3] 《單片機原理及接口技術》李朝青主編,北京航空航天大學出版社,1999.3出版</p><p> [4] 《電力系統(tǒng)自動化》孫瑩主編,中
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