无扰动稳定控制装置切换原理

        如果系统的工作电源发生断线或者短路跳闸，使得母线失去工作电源，那么在备用电源投入运行之前，由于惯性及储存的磁场能量，系统内部的发电机、电动机将进入“惰走”阶段，母线电压即为众多“惰走”电机的合成反馈电压，称为母线残压。母线残压的幅值和频率将随着时间逐渐衰减，母线残压与备用电源之间的相位差将逐渐增大。母线残压的极坐标形式如图1所示。切换时间与相位、残压演变的特点参见仿真图2。

        图中VD为母线残压，VS为备用电源电压，为备用电源电压与母线残压之间的电压差。

        快速切换是指在母线失去工作电源后很短时间内，在母线残压与备用电源的电压幅值及相位还没有拉开时迅速切换。如图1所示，假设正常运行时工作电源与备用电源同相，其电压相量端点为A，则母线失电后残压相量端点将沿残压曲线由A向B方向移动。若是能保证电动机安全自起动的压差，则在A-B段内合上备用电源，就是所谓的“快速切换”。这种切换方式，切换时间最短，既能保证电动机安全，又不使电动机转速下降太多。

        首次同相切换是指在母线残压与备用电源电压的相位首次重合时进行切换。以图3-1为例，首次同相切换的时间约为0.6s。首次同相切换方式，切换时母线残压和备用电源的电压之差最小，备用电源合上时产生的冲击电流最小。这种切换方式虽然比快速切换用时长，但是比残压切换用时短很多，切换时电动机的转速不至于下降很大，对电动机的自起动也很有利。

        首次同相切换可以作为快速切换的可靠后备，避免慢速切换。在一些因系统结构、开关设备等条件限制，不易实现快速切换的情况下，首次同相切换具有特别重要的意义，例如：

        系统接线或运行方式造成初始角大，快速切换无法实现时；

        开关合闸时间长，快速切换无法实现时；

        某些故障情况下，工作电源断开时，相位差已不满足快速切换条件时；

        作电源和备用电源来自两个独立的系统，两系统间不仅存在相位差，而且存在频差时。

        假如上述两种切换方法都失败了，则需要采用慢速切换方式（同BZT切换原理：残压切换或长延时切换）。这种切换方式耗时稍长，而且很多电动机可能会因为低压保护而被切除，进而给系统带来大机组重起时的冲击电流问题。

        工业电力系统中往往有同步发电机和同步电动机。在工作电源发生故障后，系统中同步发电机出力难以支撑系统的负荷。当系统频率下降到发电机低频保护整定值时，发电机将被切除。但同步发电机在被切除之前，仍会对母线残压产生一定的影响。

        失去电源后的孤网系统无法从外网获得功率，系统内部潮流极度不平衡，产生很大有功缺额。负荷全部转移到系统内的发电机上，负载电流的增加导致了电枢反应的增加，使发电机机端电压和转速逐渐下降。但由于调速系统能调节原动机输出的机械功率，增加发电机的有功输出，从而减缓系统频率的下降。另一方面，励磁系统会在短时间内快速反应，进行强行励磁，增加发电机的励磁电流，减小了发电机机端电压的下降速度。

        同步电动机的模型和同步发电机一样，唯一不同的是同步发电机没有原动机，因此不能对系统频率的下降提供支持。同步电动机由于转子和负荷的惯性，仍会保持相当一段时间的“惰走”，从而在机端感应出电压。同时其励磁系统能调节同步电动机的无功电流和功率因数，电机工作在过励状态，使之向电网发出无功功率，从而减缓了系统电压的下降速度。

        所以如果系统中有发电机存在，对快速切换更有利。