CN100384048C - 同步发电机数字式自动准同期控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

同步发电机数字式自动准同期控制装置，包括可接入电网和发电机电压信号的第一、第二电压互感器，第一、第二电压互感器通过低通滤波器和整形电路将信号送入可编程计算机控制器，可编程计算机控制器输出的用于调频控制加减速脉冲信号、用于调压控制升降压脉冲信号和用于控制断路器合闸脉冲信号分别由加速继电器或减速继电器、升压继电器或降压继电器和合闸继电器接收，分别送入调速器、励磁装置和断路器，可编程计算机控制器的存储单元中预装有控制程序。该程序自动准同期控制方法是根据电网和发电机电压信号进行频率、电压和相位差检测，判断是否发出合闸脉冲，进行断路器合闸动作控制。本发明装置结构简单，便于使用、维护及调整，可靠性高。

Description

同步发电机数字式自动准同期控制装置及控制方法

技术领域

本发明属电力系统自动控制技术领域，涉及一种适用于同步发电机的自动准同期控制装置，特别涉及一种数字式自动准同期控制装置，本发明还涉及使用该装置进行控制的方法。

背景技术

自动准同期控制装置是同步发电机同步操作的主要控制设备，它的性能优劣和可靠性的高低直接影响着发电机与电力系统的安全运行。目前应用于同步发电机的自动准同期控制装置，一般采用集成电路或单片机实现。由集成电路构成的自动准同期控制装置原理陈旧、判据粗糙、元器件参数不稳定、工艺低劣等，引起装置误动作、发生误并网及同期失败的实例屡见不鲜；基于单片机的自动准同期控制装置其硬件一般为各厂家自行设计制造，且均为小批量生产，故元件检测、筛选、老化处理、焊接及生产工艺等都受到限制，造成可靠性较低，运行中可能出现单片机死机，从而使自动准同期控制装置的可靠性大大降低，影响发电机的同期操作。可编程逻辑控制器PLC可靠性较高，但在电网与发电机的频率、相位差测量以及其电压的交流采样等方面难以满足同期装置的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于同步发电机的数字式自动准同期控制装置，解决了现有自动准同期控制装置可靠性低、性能差的缺点。

本发明的另一目的是提供使用该装置实现同步控制的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种同步发电机数字式自动准同期控制装置，包括可接入电网电压信号的第一电压互感器和可接入发电机电压信号的第二电压互感器，第一电压互感器将电网电压信号分别送入第一低通滤波器和第一整形电路，第一低通滤波器将电网电压信号送入可编程计算机控制器PCC，第一整形电路将电网电压信号变成方波信号后，分两路分别送入可编程计算机控制器PCC，一路用于测量电网频率信号，另一路检测电网与发电机电压的相位差；第二电压互感器将发电机电压信号分别送入第二低通滤波器和第二整形电路，第二低通滤波器将发电机电压信号送入可编程计算机控制器PCC，第二整形电路将发电机电压信号变成方波信号后，分两路分别送入可编程计算机控制器PCC，一路用于测量发电机频率信号，另一路检测电网与发电机电压的相位差；断路器辅助接点信号送入可编程计算机控制器PCC；加速继电器或减速继电器接收由可编程计算机控制器PCC输出的用于调频控制加减速的脉冲信号，并送入调速器；升压继电器或降压继电器接收由可编程计算机控制器PCC输出的用于调压控制升降压的脉冲信号，并送入励磁装置；合闸继电器接收由可编程计算机控制器PCC输出的用于控制断路器合闸的脉冲信号，送入断路器控制其操作，可编程计算机控制器PCC包括顺序相连的时间处理单元TPU、处理器CPU和存储单元，存储单元中预装有自动准同期控制程序。

可编程计算机控制器PCC还包括数字量输入接口、数字量输出接口、模拟量输入接口及通讯接口。

第一低通滤波器和第二低通滤波器分别将电网和发电机电压信号送入可编程计算机控制器PCC的模拟量输入接口，第一整形电路和第二整形电路分别将电网和发电机电压信号变成方波信号送入可编程计算机控制器PCC的数字量输入接口，断路器辅助接点信号送入可编程计算机控制器PCC的数字量输入接口，加速继电器或减速继电器、升压继电器或降压继电器、合闸继电器由可编程计算机控制器PCC数字量输出接口接收其输出的脉冲信号。

可编程计算机控制器PCC还连接有人机接口。

本发明所采用的另一技术方案是，采用上述装置进行自动准同期控制的方法，按下列程序进行：

根据电网AB相电压信号和发电机电压信号进行：

I.频率测量

a.电网频率测量

将用于测量电网频率的可编程计算机控制器PCC的时间处理单元TPU通道0配以门时测量专用功能模块LTXcpi0()，该模块设置为检测相邻两上升沿之间的时间DifCnt_x，电网电压的周期Tx为DifCnt_x，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，电网频率Fx＝Fc/DifCnt_x，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率；

b.发电机频率测量

将用于测量发电机频率的时间处理单元TPU通道2配以门时测量专用功能模块LTXcpi2()，该模块设置为检测相邻两上升沿之间的时间DifCnt_g，发电机电压的周期Tg为DifCnt_g，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，发电机频率Fg＝Fc/DifCnt_g，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率；

c.计算得出频率差与角频率差

频率差ΔF＝Fx-Fg，角频率差ω_D＝2πΔF，

其中，Fx是电网频率，Fg是发电机频率；

II.电压测量

a.在模拟输入的初始化函数IP161cac中设置AD转换为触发方式，并指定用于AD转换结果的缓存区FIFO的地址和容量，在MODE属性中开启FIFO功能，设置TPU通道F发送驱动2个AD通道同时采样的触发信号，

b.将用于产生驱动2个AD通道同时采样的触发信号的时间处理单元TPU通道F配以时间处理单元TPU的脉宽调制输出专用功能模块LTXdpwmF()，该模块设置为脉宽调制方式，若AD转换采样周期为T_dpwm，则调制脉冲的高电平宽度为HighTicks0，低电平宽度为LowTicks0＝T_dpwm-HighTicks0，HighTicks0与LowTicksr0的时间单位均为时间处理单元TPU内部时钟的周期，

c.采用傅氏算法求得电网电压Vx与发电机电压Vg；

III.相位差测量

a.将用于检测电网电压信号上升沿的时间处理单元TPU通道1配以时间处理单元TPU输入专用功能模块LTXdit1()，该模块设置为电网电压信号上升沿到来时无延时地向检测相位差的时间处理单元TPU通道3发出一个链接信号，

b.将用于检测相位差的时间处理单元TPU通道3配以时间处理单元TPU的输入专用功能模块LTXdit3()，该模块设置为接到链接信号时读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time0，同时在发电机电压信号上升沿时刻读取时间处理单元TPU内部时钟时间time1，则相位差φ＝(time1-time0)×Fx×2π，其中Fx为电网频率；

IV.调速与调压控制

a.当频率差|Fx-Fg|大于准同期要求且Fg＜Fx时，将用于加速脉冲输出的时间处理单元TPU通道8配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol8()，该模块设置为输出一个宽WSIH的高电平脉冲，WSIH＝K_f×|Fx-Fg|对应于加速脉冲宽度，K_f为均频系数，

b.当频率差|Fx-Fg|大于准同期要求且Fg＞Fx时，将用于减速脉冲输出的时间处理单元TPU通道9配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol9()，该模块设置为输出一个宽WSDH的高电平脉冲，WSDH＝K_f×|Fx-Fg|对应于减速脉冲宽度，K_f为均频系数，

c.当电压差|Vx-Vg|大于准同期要求且Vg＜Vx时，将用于升压脉冲输出的时间处理单元TPU通道A配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdolA()，该模块设置为输出一个宽WVIH的高电平脉冲，WVIH＝K_v×|Vx-Vg|对应于升压脉冲宽度，K_v为均压系数，

d.当电压差|Vx-Vg|大于准同期要求且Vg＞Vx时，将用于降压脉冲输出的时间处理单元TPU通道B配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdolB()，该模块设置为输出一个宽WVDH的高电平脉冲，WVDH＝K_v×|Vx-Vg|对应于降压脉冲宽度，K_v为均压系数；

V.合闸脉冲输出与断路器的合闸回路动作时间测量

a.当频率差与电压差均满足准同期要求时，开始检查相位差是否进入180°～0°区间，并根据断路器的合闸回路动作时间t_dq与角频率差ω_D计算理想导前角：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dq}}={\mathrm{\ω}}_D{t}_{\mathrm{dq}}+\frac{1}{2}\×\frac{{\mathrm{d\ω}}_D}{\mathrm{dt}}{t}_{\mathrm{dq}}^2\×\frac{1}{6}\×\frac{d^2{\mathrm{\ω}}_D}{{\mathrm{dt}}^2}{t}_{\mathrm{dq}}^2,$

b.当相位差与理想导前角一致时，将用于合闸脉冲输出的时间处理单元TPU通道6配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol6()，该模块设置为输出一个宽HiFilter的高电平脉冲，同时在其上升沿时刻无延时地向用于检测合闸回路动作时间的时间处理单元TPU通道4发出一个链接信号，HiFilter对应于合闸脉冲宽度，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，

c.将用于检测合闸回路动作时间的时间处理单元TPU通道4配以时间处理单元TPU的输入专用功能模块LTXdit4()，该模块设置为接到链接信号时读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time2，同时在合闸信号的上升沿时刻读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time3，则断路器合闸回路动作时间t_dq＝(time3-time2)/Fc，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率。

本发明的控制装置，采用低通滤波器、整形电路和可编程计算机控制器PCC实现同步发电机自动准同期控制，取代了集成电路及单片机自动准同期控制装置，与现有技术相比，结构简单，便于使用、维护及调整，而且可编程计算机控制器PCC独有的时间处理单元TPU完全解决了同期装置的频率、相位差测量以及其电压的交流采样等难题，同时其平均无故障时间高达50万小时，具有很高的可靠性。

附图说明

图1为本发明控制装置的结构示意图。

图2为图1的原理示意图。

图中，1.第一电压互感器，2.第二电压互感器，3.第一低通滤波器，4.第二低通滤波器，5.第一整形电路，6.第二整形电路，7.可编程计算机控制器PCC，8.人机接口，9.加速继电器，10.减速继电器，11.升压继电器，12.降压继电器，13.合闸继电器，14.存储单元，15.调速器，16.励磁装置，17.断路器。

具体实施方式

附图为本发明的一个具体实施例。

下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。

如图1所示，本发明的同步发电机数字式自动准同期控制装置，包括可接入电网电压信号的第一电压互感器1和可接入发电机电压信号的第二电压互感器2，第一电压互感器1将电网电压信号分别送入第一低通滤波器3和第一整形电路5，第一低通滤波器3将电网电压信号送入可编程计算机控制器PCC7的模拟量输入接口，第一整形电路5将电网电压信号变成方波信号后，分两路分别送入可编程计算机控制器PCC7的数字量输入接口，一路用于测量电网频率信号，另一路检测电网与发电机电压的相位差；第二电压互感器2将发电机电压信号分别送入第二低通滤波器4和第二整形电路6，第二低通滤波器4将发电机电压信号送入可编程计算机控制器PCC7的模拟量输入接口，第二整形电路6将发电机电压信号变成方波信号后，分两路分别送入可编程计算机控制器PCC7的数字量输入接口，一路用于测量发电机频率信号，另一路检测电网与发电机电压的相位差；断路器辅助接点信号送入可编程计算机控制器PCC7的数字量输入接口；加速继电器9或减速继电器10接收由可编程计算机控制器PCC7数字量输出接口输出的用于调频控制加减速的脉冲信号，并送入调速器15；升压继电器11或降压继电器12接收由可编程计算机控制器PCC7数字量输出接口输出的用于调压控制升降压的脉冲信号，并送入励磁装置16；合闸继电器13接收由可编程计算机控制器PCC7数字量输出接口输出的用于控制断路器合闸的脉冲信号，送入断路器17控制其操作，可编程计算机控制器PCC7包括顺序相连的时间处理单元TPU、处理器CPU和存储单元14，存储单元14中预装有自动准同期控制程序，可编程计算机控制器PCC7还连接有人机接口8。

工作原理如图2所示，电网AB相电压信号连接在第一电压互感器1的输入端，第一电压互感器1的输出分别送入由电阻R1、电容C1组成的第一低通滤波器3和由电阻R2、电容C2及比较器U1A组成的第一整形电路5，第一低通滤波器3的输出直接连接到可编程计算机控制器PCC7的I/O组Group1的模拟量输入接口3、4端口，第一整形电路5的输出分两路分别送入可编程计算机控制器PCC7的I/O组Group1的数字量输入接口16、17端口，采用可编程计算机控制器PCC7型号IP161；发电机AB相电压信号连接在第二电压互感器2的输入端，第二电压互感器2的输出分别送入由电阻R3、电容C3组成的第二低通滤波器4和由电阻R4、电容C4及比较器U1B组成的第二整形电路6，第二低通滤波器4的输出直接连接到可编程计算机控制器PCC 7的I/O组Group1的模拟量输入接口6、7端口，第二整形电路6的输出分两路分别送入可编程计算机控制器PCC7的I/O组Group1的数字量输入接口18、19端口；断路器辅助接点信号直接送入可编程计算机控制器7的I/O组Group2的数字量输入接口16端口；用于调频控制加减速的脉冲信号由可编程计算机控制器PCC 7的I/O组Group3的数字量输出接口16、17端口输出，分别经加速继电器9或减速继电器10送入调速器15；用于调压控制升降压的脉冲信号由可编程计算机控制器PCC7的I/O组Group3的数字量输出接口18、19端口输出，分别经升压继电器11或降压继电器12送入励磁装置16；用于控制断路器合闸的脉冲信号由可编程计算机控制器PCC 7的I/O组Group2的数字量输出接口18端口输出，经合闸继电器13控制断路器17；可编程计算机控制器PCC 7的通讯接口用于与其它设备通讯，人机接口8用于现场显示、相关参数与运行方式的设置。

采用本发明自动准同期控制装置进行自动准同期控制方法，按下列程序进行：

根据电网AB相电压信号和发电机电压信号进行：

I.频率测量

a.电网频率测量

将用于测量电网频率的可编程计算机控制器PCC7的时间处理单元TPU通道0配以门时测量专用功能模块LTXcpi0()，该模块设置为检测相邻两上升沿之间的时间DifCnt_x，电网电压的周期Tx为DifCnt_x，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，电网频率Fx＝Fc/DifCnt_x，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率；

b.发电机频率测量

将用于测量发电机频率的时间处理单元TPU通道2配以门时测量专用功能模块LTXcpi2()，该模块设置为检测相邻两上升沿之间的时间DifCnt_g，发电机电压的周期Tg为DifCnt_g，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，发电机频率Fg＝Fc/DifCnt_g，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率；

c.计算得出频率差与角频率差

频率差ΔF＝Fx-Fg，角频率差ω_D＝2πΔF，

其中，Fx是电网频率，Fg是发电机频率；

II.电压测量

a.在模拟输入的初始化函数IP161cac中设置AD转换为触发方式，并指定用于AD转换结果的缓存区FIFO的地址和容量，在MODE属性中开启FIFO功能，设置TPU通道F发送驱动2个AD通道同时采样的触发信号，

b.将用于产生驱动2个AD通道同时采样的触发信号的时间处理单元TPU通道F配以时间处理单元TPU的脉宽调制输出专用功能模块LTXdpwmF()，该模块设置为脉宽调制方式，若AD转换采样周期为T_dpwm，则调制脉冲的高电平宽度为HighTicks0，低电平宽度为LowTicks0＝T_dpwm-HighTicks0，HighTicks0与LowTicksr0的时间单位均为时间处理单元TPU内部时钟的周期，

c.采用傅氏算法求得电网电压Vx与发电机电压Vg；

III.相位差测量

a.将用于检测电网电压信号上升沿的时间处理单元TPU通道1配以时间处理单元TPU输入专用功能模块LTXdit1()，该模块设置为电网电压信号上升沿到来时无延时地向检测相位差的时间处理单元TPU通道3发出一个链接信号，

b.将用于检测相位差的时间处理单元TPU通道3配以时间处理单元TPU的输入专用功能模块LTXdit3()，该模块设置为接到链接信号时读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time0，同时在发电机电压信号上升沿时刻读取时间处理单元TPU内部时钟时间time1，则相位差φ＝(time1-time0)×Fx×2π，其中Fx为电网频率；

IV.调速与调压控制

a.当频率差|Fx-Fg|大于准同期要求且Fg＜Fx时，将用于加速脉冲输出的时间处理单元TPU通道8配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol8()，该模块设置为输出一个宽WSIH的高电平脉冲，WSIH＝K_f×|Fx-Fg|对应于加速脉冲宽度，K_f为均频系数，

b.当频率差|Fx-Fg|大于准同期要求且Fg＞Fx时，将用于减速脉冲输出的时间处理单元TPU通道9配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol9()，该模块设置为输出一个宽WSDH的高电平脉冲，WSDH＝K_f×|Fx-Fg|对应于减速脉冲宽度，K_f为均频系数，

c.当电压差|Vx-Vg|大于准同期要求且Vg＜Vx时，将用于升压脉冲输出的时间处理单元TPU通道A配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdolA()，该模块设置为输出一个宽WVIH的高电平脉冲，WVIH＝K_v×|Vx-Vg|对应于升压脉冲宽度，K_v为均压系数，

d.当电压差|Vx-Vg|大于准同期要求且Vg＞Vx时，将用于降压脉冲输出的时间处理单元TPU通道B配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdolB()，该模块设置为输出一个宽WVDH的高电平脉冲，WVDH＝K_v×|Vx-Vg|对应于降压脉冲宽度，K_v为均压系数；

V.合闸脉冲输出与断路器的合闸回路动作时间测量

a.当频率差与电压差均满足准同期要求时，开始检查相位差是否进入180°～0°区间，并根据断路器的合闸回路动作时间t_dq与角频率差ω_D计算理想导前角：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dq}}={\mathrm{\ω}}_D{t}_{\mathrm{dq}}+\frac{1}{2}\×\frac{{\mathrm{d\ω}}_D}{\mathrm{dt}}{t}_{\mathrm{dq}}^2\×\frac{1}{6}\×\frac{d^2{\mathrm{\ω}}_D}{{\mathrm{dt}}^2}{t}_{\mathrm{dq}}^2,$

b.当相位差与理想导前角一致时，将用于合闸脉冲输出的时间处理单元TPU通道6配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol6()，该模块设置为输出一个宽HiFilter的高电平脉冲，同时在其上升沿时刻无延时地向用于检测合闸回路动作时间的时间处理单元TPU通道4发出一个链接信号，HiFilter对应于合闸脉冲宽度，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，

c.将用于检测合闸回路动作时间的时间处理单元TPU通道4配以时间处理单元TPU的输入专用功能模块LTXdit4()，该模块设置为接到链接信号时读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time2，同时在合闸信号的上升沿时刻读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time3，则断路器合闸回路动作时间t_dq＝(time3-time2)/Fc，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率。

数字式自动准同期装置根据电网AB相电压信号和发电机电压信号进行频率、电压和相位差检测，并进一步计算频率差和电压差，当频率差超过准同期要求时，根据频率差的大小和方向，通过加速继电器9或减速继电器10向调速器15发出加、减速脉冲直至频率差满足准同期要求；当电压差超过准同期要求时，根据电压差的大小和方向，通过升压继电器11或降压继电器12向励磁装置16发出升、降压脉冲直至电压差满足准同期要求；当频率差和电压差满足准同期要求时，开始检查相位差是否进入180°～0°区间，并根据断路器的合闸回路动作时间与滑差频率计算理想导前角，当相位差与理想导前角一致时，发出合闸脉冲；发出合闸脉冲后，再进行断路器17的合闸回路动作时间测量，为下次操作做好准备。

Claims (5)

1.一种同步发电机数字式自动准同期控制装置，其特征在于，包括可接入电网电压信号的第一电压互感器(1)和可接入发电机电压信号的第二电压互感器(2)，第一电压互感器(1)将电网电压信号分别送入第一低通滤波器(3)和第一整形电路(5)，第一低通滤波器(3)将电网电压信号送入可编程计算机控制器PCC(7)，第一整形电路(5)将电网电压信号变成方波信号后，分两路分别送入可编程计算机控制器PCC(7)，一路用于测量电网频率信号，另一路检测电网与发电机电压的相位差；第二电压互感器(2)将发电机电压信号分别送入第二低通滤波器(4)和第二整形电路(6)，第二低通滤波器(4)将发电机电压信号送入可编程计算机控制器PCC(7)，第二整形电路(6)将发电机电压信号变成方波信号后，分两路分别送入可编程计算机控制器PCC(7)，一路用于测量发电机频率信号，另一路检测电网与发电机电压的相位差；断路器辅助接点信号送入可编程计算机控制器PCC(7)加速继电器(9)或减速继电器(10)接收由可编程计算机控制器PCC(7)输出的用于调频控制加减速的脉冲信号，并送入调速器(15)；升压继电器(11)或降压继电器(12)接收由可编程计算机控制器PCC(7)输出的用于调压控制升降压的脉冲信号，并送入励磁装置(16)；合闸继电器(13)接收由可编程计算机控制器PCC(7)输出的用于控制断路器合闸的脉冲信号，送入断路器(17)控制其操作，所述可编程计算机控制器PCC(7)包括顺序相连的时间处理单元TPU、处理器CPU和存储单元(14)，所述存储单元(14)中预装有自动准同期控制程序。

2.按照权利要求1所述的自动准同期控制装置，其特征在于，所述可编程计算机控制器PCC(7)还包括数字量输入接口、数字量输出接口、模拟量输入接口及通讯接口。

3.按照权利要求2所述的自动准同期控制装置，其特征在于，所述第一低通滤波器(3)和第二低通滤波器(4)分别将电网和发电机电压信号送入可编程计算机控制器PCC(7)的模拟量输入接口，第一整形电路(5)和第二整形电路(6)分别将电网和发电机电压信号变成方波信号送入可编程计算机控制器PCC(7)的数字量输入接口，断路器辅助接点信号送入可编程计算机控制器PCC(7)的数字量输入接口，加速继电器(9)或减速继电器(10)、升压继电器(11)或降压继电器(12)、合闸继电器(13)由可编程计算机控制器PCC(7)数字量输出接口接收其输出的脉冲信号。

4.按照权利要求1或2所述的自动准同期控制装置，其特征在于，所述可编程计算机控制器PCC(7)还连接有人机接口(8)。

5.采用权利要求1所述装置进行自动准同期控制的方法，其特征在于，该方法按下列步骤进行：

根据电网AB相电压信号和发电机电压信号进行：

第一步：频率测量

第1-1步，电网频率测量：

将用于测量电网频率的可编程计算机控制器PCC(7)的时间处理单元TPU通道0配以门时测量专用功能模块LTXcpi0()，该模块设置为检测相邻两上升沿之间的时间DifCnt_x，电网电压的周期Tx为DifCnt_x，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，电网频率Fx＝Fc/DifCnt_x，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率；

第1-2步，发电机频率测量：

将用于测量发电机频率的时间处理单元TPU通道2配以门时测量专用功能模块LTXcpi2()，该模块设置为检测相邻两上升沿之间的时间DifCnt_g，发电机电压的周期Tg为DifCnt_g，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，发电机频率Fg＝Fc/DifCnt_g，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率；

第1-3步，计算得出频率差与角频率差：

频率差ΔF＝Fx-Fg，角频率差ω_D＝2πΔF，

其中，Fx是电网频率，Fg是发电机频率；

第二步：电压测量

第2-1步，在模拟输入的初始化函数IP161cac中设置AD转换为触发方式，并指定用于AD转换结果的缓存区FIFO的地址和容量，在MODE属性中开启FIFO功能，设置TPU通道F发送驱动2个AD通道同时采样的触发信号，

第2-2步，将用于产生驱动2个AD通道同时采样的触发信号的时间处理单元TPU通道F配以时间处理单元TPU的脉宽调制输出专用功能模块LTXdpwmF()，该模块设置为脉宽调制方式，若AD转换采样周期为T_dpwm，则调制脉冲的高电平宽度为HighTicks0，低电平宽度为LowTicks0＝T_dpwm-HighTicks0，HighTicks0与LowTicksr0的时间单位均为时间处理单元TPU内部时钟的周期，

第2-3步，采用傅氏算法求得电网电压Vx与发电机电压Vg；

第三步：相位差测量

第3-1步，将用于检测电网电压信号上升沿的时间处理单元TPU通道1配以时间处理单元TPU输入专用功能模块LTXdit1()，该模块设置为电网电压信号上升沿到来时无延时地向检测相位差的时间处理单元TPU通道3发出一个链接信号，

第3-2步，将用于检测相位差的时间处理单元TPU通道3配以时间处理单元TPU的输入专用功能模块LTXdit3()，该模块设置为接到链接信号时读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time0，同时在发电机电压信号上升沿时刻读取时间处理单元TPU内部时钟时间time1，则相位差φ＝(time1-time0)×Fx×2π，其中Fx为电网频率；

第四步：调速与调压控制

第4-1步，当频率差|Fx-Fg|大于准同期要求且Fg＜Fx时，将用于加速脉冲输出的时间处理单元TPU通道8配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol8()，该模块设置为输出一个宽WSIH的高电平脉冲，WSIH＝K_f×|Fx-Fg|对应于加速脉冲宽度，K_f为均频系数，

第4-2步，当频率差|Fx-Fg|大于准同期要求且Fg＞Fx时，将用于减速脉冲输出的时间处理单元TPU通道9配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol9()，该模块设置为输出一个宽WSDH的高电平脉冲，WSDH＝K_f×|Fx-Fg|对应于减速脉冲宽度，K_f为均频系数，

第4-3步，当电压差|Vx-Vg|大于准同期要求且Vg＜Vx时，将用于升压脉冲输出的时间处理单元TPU通道A配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdolA()，该模块设置为输出一个宽WVIH的高电平脉冲，WVIH＝K_v×|Vx-Vg|对应于升压脉冲宽度，K_v为均压系数，

第4-4步，当电压差|Vx-Vg|大于准同期要求且Vg＞Vx时，将用于降压脉冲输出的时间处理单元TPU通道B配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdolB()，该模块设置为输出一个宽WVDH的高电平脉冲，WVDH＝K_v×|Vx-Vg|对应于降压脉冲宽度，K_v为均压系数；

第五步：合闸脉冲输出与断路器的合闸回路动作时间测量

第5-1步，当频率差与电压差均满足准同期要求时，开始检查相位差是否进入180°～0°区间，并根据断路器的合闸回路动作时间t_dq与角频率差ω_D计算理想导前角：

${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{dq}}={\mathrm{\ω}}_D{t}_{\mathrm{dq}}+\frac{1}{2}\×\frac{d{\mathrm{\ω}}_D}{\mathrm{dt}}{t}_{\mathrm{dq}}^2\×\frac{1}{6}\×\frac{d^2{\mathrm{\ω}}_D}{d{t}^2}{t}_{\mathrm{dq}}^2,$

第5-2步，当相位差与理想导前角一致时，将用于合闸脉冲输出的时间处理单元TPU通道6配以时间处理单元TPU的输出专用功能模块LTXdol6()，该模块设置为输出一个宽HiFilter的高电平脉冲，同时在其上升沿时刻无延时地向用于检测合闸回路动作时间的时间处理单元TPU通道4发出一个链接信号，HiFilter对应于合闸脉冲宽度，其时间单位为时间处理单元TPU内部时钟的周期，

第5-3步，将用于检测合闸回路动作时间的时间处理单元TPU通道4配以时间处理单元TPU的输入专用功能模块LTXdit4()，该模块设置为接到链接信号时读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time2，同时在合闸信号的上升沿时刻读取时间处理单元TPU内部时钟的时间time3，则断路器合闸回路动作时间t_dq＝(time3-time2)/Fc，其中Fc为时间处理单元TPU内部时钟的频率。

Images