CN103066616A - 一种发电机组自动并车控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种发电机组自动并车控制方法及系统，用于机电自动化领域。本发明实施例根据当前实时的待并车机组与电网的频率差、相位差及其变化趋势，并考虑主开关合闸延时及程序执行时间等延时，采用自动并车方法动态计算出合闸指令发出时的越前时间，应用高精度计数器捕捉待并机组与电网的相位差时间，当捕捉到该时间差值时，发出合闸指令，以保证实际合闸时间即相位差为零的时刻，具有控制更灵活，合闸更准确的优点。

Description

一种发电机组自动并车控制方法及系统

技术领域

本发明涉及机电自动化技术领域，具体地说更涉及一种发电机组自动并车控制方法及系统。

背景技术

随着现代电子及电气技术的飞速发展，在大型电气化系统中，例如船舶领域，船上的半导体器件及用电设备逐渐增多，这就对电能的质与量的需求日益增加，因此，对电站发电机组的自动化要求也在不断提高。

船舶电站发电机组自动化的主要要求是保证连续的保质供电及合理的分配电能。因为电能一方面要满足船上用电负荷的不断变化，保证电网频率和电压的稳定；另一方面还要充分考虑电能使用的经济性和利用率。

发电机组的自动并车控制作为电站发电机组自动化控制系统中一个最基本和最关键的功能，其在保证电能质量、连续性及合理分配起着至关重要的作用。通常发电机组自动并车控制就是通过检测待并发电机组与电网的电压差、频差和相位差，当三要素同时满足并车条件时，发出合闸指令，实现并车操作。

船用三相同步发电机并车时，待并发电机组与运行发电机组(电网)之间必须满足如下条件：

1、待并发电机组电压U2与运行发电机(电网)电压U1相等，即U2≈U1。

2、待并发电机组频率f2与运行发电机(电网)频率f1相等，即f2≈f1。

3、待并发电机组相位δ2与运行发电机(电网)相位δ1相等，即δ2≈δ1。

实际运行中很难实现上面的理想条件，因此，标准的要求为电压差不大于电网额定电压的10％，频率差在+0.5Hz以内，相位差控制在±10°以内。满足上述条件后，可以基本认为发电机组并联时不会产生很大的冲击电流，并且合闸后发电机组能迅速拉入同步运行，不致产生任何不良后果。

但是目前并车控制常采用硬件并车控制方法，其中，相位差的检测完全通过硬件电路来判定。而硬件电路的设计需要先假设待并机组、电网的频率及主开关合闸延时时间，并由此计算固定的越前时间值来整定相关硬件检测设备，根据捕捉到的脉宽宽度决定是否发出允许合闸指令。但是硬件电路的时间常数等受RC值制约，因此硬件设备的调整过程较为繁琐且效率不高，且对于电网频率的实际波动无法应变。

发明内容

本发明实施例的目的是为了克服目前硬件并车控制方法受硬件电路和设备制约的不足，而提出一种发电机组自动并车控制方法及系统，使待并车发电机组的并车控制更灵活，合闸更准确。

为了达到上述发明目的，本发明实施例提出的一种发电机组自动并车控制方法是通过以下技术方案实现的：

一种发电机组自动并车控制方法，所述方法包括：

S101.读取实时待并机组及电网的电压幅值和频率，计算待并机组与电网的电压差及频率差值；

S102.判断所述电压差及频率差值是否满足并车条件，若不满足则等待延时后，继续S101和S102，直至待并机组与电网的电压差和频率差满足并车条件；

S103.根据经方波转换得到的待并机组及电网的实时电压正弦波，得到两列波的相位差；

S104.根据当前的待并机组和电网的频率及预先设定的合闸总计延时t_k，计算越前时间t_z；

S105.读取实时检测的待并机组及电网的上升沿时间差Δt，若满足|Δt-t_k|＜ε，发出合闸指令，其中ε为预先设定的脉宽时间比较限值，若否，判断当前比较次数是否不小于预先设定的脉宽检测次数限值N，若是，返回执行S101和S102，若否，重新执行本步骤。

进一步优选地，所述两列波的相位差由两方波信号上升沿的时间差参照公式θ＝w×Δt差换算得到，其中，Δt为从电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间间隔，w为电网电压角频率。

进一步优选地，所述越前时间为待并机组电压相位滞后于电网电压的时间。

进一步优选地，所述越前时间的计算公式为：

$t_z=t_k\×(\frac{f_G}{f_w}-1)$

其中，f_w为电网电压频率f_w，f_G为待并机组电压频率f_G。

进一步优选地，所述方法还包括：

读取合闸反馈和判断合闸是否成功，若未成功则进行报警的步骤。

为了实现前述发明目的，本发明实施例还提供了一种发电机组自动并车控制系统，所述系统是通过以下技术方案实现的：

一种发电机组自动并车控制系统，所述系统包括：

电压频率模块，用来读取实时待并机组及电网的电压幅值和频率，计算待并机组与电网的电压差及频率差值，并判断所述电压差及频率差值是否满足并车条件，若不满足则等待延时后，继续读取和计算操作，直至待并机组与电网的电压差和频率差满足并车条件；

相位差模块，用来根据经方波转换得到的待并机组及电网的实时电压正弦波，得到两列波的相位差；

时间模块，用来根据当前的待并机组和电网的频率及预先设定的合闸总计延时t_k，计算越前时间t_z；

合闸指令模块，用来读取实时检测的待并机组及电网的上升沿时间差Δt，判断是否满足|Δt-t_k|＜ε，若满足，则发出合闸指令，其中ε为预先设定的脉宽时间比较限值；

循环执行模块，用来当|Δt-t_k|＜ε不满足时，判断当前比较次数是否不小于预先设定的脉宽检测次数限值N，若是，指令返回电压频率模块的执行，若否，指令继续合闸指令模块的执行。

本发明实施例通过提供一种发电机组自动并车控制方法及系统，解决了硬件并车方法其硬件电路的时间常数等受RC值制约，且硬件设备的调整过程较为繁琐、效率不高，对于电网频率的实际波动无法应变的问题，相较于传统电站采用的硬件并车方法，本发明实施例的发电机组自动并车控制方法及系统通过实时获取频率和电压差值，判断并车合闸时间，具有控制更灵活，合闸更准确的优点。

附图说明

通过下面结合附图对其示例性实施例进行的描述，本发明上述特征和优点将会变得更加清楚和容易理解。

图1为本发明实施例一种发电机组自动并车控制方法流程图；

图2为本发明实施例电网及待并机组电压方波信号及上升沿时间差波形图；

图3为本发明实施例越前时间计算原理图；

图4为本发明实施例一种发电机组自动并车控制系统组成示意图；

图5为本发明实施例另一种发电机组自动并车控制系统组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，为本发明实施例一种发电机组自动并车控制方法，所述方法包括：

S101.读取实时待并机组及电网的电压幅值和频率，计算待并机组与电网的电压差及频率差值；

S102.判断所述电压差及频率差值是否满足并车条件，若不满足则等待延时后，继续S101和S102，直至待并机组与电网的电压差和频率差满足并车条件；

S103.根据经方波转换得到的待并机组及电网的实时电压正弦波，得到两列波的相位差；

S104.根据当前的待并机组和电网的频率及预先设定的合闸总计延时t_k，计算越前时间t_z；

S105.读取实时检测的待并机组及电网的上升沿时间差Δt，若满足|Δt-t_k|＜ε，发出合闸指令，其中ε为预先设定的脉宽时间比较限值，若否，判断当前比较次数是否不小于预先设定的脉宽检测次数限值N，若是，返回执行S101和S102，若否，重新执行本步骤。

进一步优选地，所述两列波的相位差由两方波信号上升沿的时间差参照公式θ＝w×Δt差换算得到，其中，Δt为从电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间间隔，w为电网电压角频率。

进一步优选地，所述越前时间为待并机组电压相位滞后于电网电压的时间。

进一步优选地，所述越前时间的计算公式为：

$t_z=t_k\×(\frac{f_G}{f_w}-1)$

其中，f_w为电网电压频率f_w，f_G为待并机组电压频率f_G。

进一步优选地，所述方法还包括：

读取合闸反馈和判断合闸是否成功，若未成功则进行报警的步骤。

本发明实施例的自动并车方法根据当前实时的待并车机组与电网的频率差、相位差及其变化趋势，并考虑主开关合闸延时及程序执行时间等延时，采用本发明实施例的自动并车方法动态计算出合闸指令发出时的越前时间，应用高精度计数器捕捉待并机组与电网的相位差时间，当捕捉到该时间差值时，发出合闸指令，以保证实际合闸时间即相位差为零的时刻。

(1)对于电压及频率条件的判断，实时读入待并机组及电网的电压幅值和频率，计算其电压差及频率差值是否满足条件，若不满足则经等待延时后继续读入并计算，直至待并机组调频调载及调压程序完成调节，使电压差和频率差满足条件后进入相位差判断流程。

(2)对于相位差对应时间的捕获，因待并机组与电网的频率不同，待并机组及电网电压正弦波经方波转换后，两列波的相位差可以由两方波信号上升沿的时间差参照公式θ＝w×Δt差换算得到，其中，两上升沿时间差Δt为从电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间间隔，w为电网电压角频率。

由于待并机组频率高于电网电压频率，在相邻两个相位差为零的时刻期间，上升沿时间差Δt单调递减至零，因此，对于确定的相位差，有唯一的上升沿时间差与之对应。如图2是由经方波转换后电网电压U_w与待并机组电压U_G得到的上升沿时间差的Δt。

(3)越前时间计算及相位差条件判断

待并机组及电网电压经方波转换后，设电网电压频率为f_w，周期为T_w，待并机组电压频率为f_G，周期为T_G，待并机组电压相位滞后于电网电压的时间即越前时间为t_z，主开关固有动作时间与软件计算延迟时间和即合闸总计延时为t_k。若二者能在同相点合闸，此时的t_z值可由一个以T_w，T_G，t_k为变量的函数关系来确定，即：

$t_z=\frac{t_k}{T_G}\×(T_w-T_G)$

转换为与机组及电网频率相关的函数即：

$t_z=t_k\×(\frac{f_G}{f_w}-1)$

由此可知，在主开关动作及软件延时时间、机组和电网频率已知情况下，可以计算得到越前时间t_z。

在本发明实施例的实现中，对待并机组及电网电压转换后的方波信号进行实时检测，读取电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间差Δt。当检测到的时间差Δt与计算的t_z值近似相等时(|Δt-t_k|＜ε，ε为符合精度要求的足够小的数)发出合闸指令，以实现同相点合闸。

本发明实施例通过提供一种发电机组自动并车控制方法，解决了硬件并车方法其硬件电路的时间常数等受RC值制约，且硬件设备的调整过程较为繁琐、效率不高，对于电网频率的实际波动无法应变的问题，相较于传统电站采用的硬件并车方法，通过实时获取频率和电压差值，判断并车合闸时间，具有控制更灵活，合闸更准确的优点。

另外，如图4所示，本发明实施例还提供了一种发电机组自动并车控制系统，所述方法是通过以下技术方案实现的：

一种发电机组自动并车控制系统，所述系统包括：

电压频率模块，用来读取实时待并机组及电网的电压幅值和频率，计算待并机组与电网的电压差及频率差值，并判断所述电压差及频率差值是否满足并车条件，若不满足则等待延时后，继续读取和计算操作，直至待并机组与电网的电压差和频率差满足并车条件；

相位差模块，用来根据经方波转换得到的待并机组及电网的实时电压正弦波，得到两列波的相位差；

时间模块，用来根据当前的待并机组和电网的频率及预先设定的合闸总计延时t_k，计算越前时间t_z；

合闸指令模块，用来读取实时检测的待并机组及电网的上升沿时间差Δt，判断是否满足|Δt-t_k|＜ε，若满足，则发出合闸指令，其中ε为预先设定的脉宽时间比较限值；

循环执行模块，用来当|Δt-t_k|＜ε不满足时，判断当前比较次数是否不小于预先设定的脉宽检测次数限值N，若是，指令返回电压频率模块的执行，若否，指令继续合闸指令模块的执行。

进一步优选地，所述两列波的相位差由两方波信号上升沿的时间差参照公式θ＝w×Δt差换算得到，其中，Δt为从电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间间隔，w为电网电压角频率。

进一步优选地，所述越前时间为待并机组电压相位滞后于电网电压的时间。

进一步优选地，所述越前时间的计算公式为：

$t_z=t_k\×(\frac{f_G}{f_w}-1)$

其中，f_w为电网电压频率f_w，f_G为待并机组电压频率f_G。

(1)对于电压频率模块，其实时读入待并机组及电网的电压幅值和频率，计算其电压差及频率差值，并判断是否满足条件，若不满足则经等待延时后继续读入并计算，直至待并机组调频调载及调压程序完成调节，使电压差和频率差满足条件后进入相位差判断流程。

(2)对于相位差模块，其对相位差对应时间的捕获，因待并机组与电网的频率不同，待并机组及电网电压正弦波经方波转换后，两列波的相位差可以由两方波信号上升沿的时间差参照公式θ＝w×Δt差换算得到，其中，两上升沿时间差Δt为从电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间间隔，w为电网电压角频率。

由于待并机组频率高于电网电压频率，在相邻两个相位差为零的时刻期间，上升沿时间差Δt单调递减至零，因此，对于确定的相位差，有唯一的上升沿时间差与之对应。如图2是由经方波转换后电网电压U_w与待并机组电压U_G得到的上升沿时间差的Δt。

(3)对于时间模块，其用于计算越前时间：待并机组及电网电压经方波转换后，设电网电压频率为f_w，周期为T_w，待并机组电压频率为f_G，周期为T_G，待并机组电压相位滞后于电网电压的时间即越前时间为t_z，主开关固有动作时间与软件计算延迟时间和即合闸总计延时为t_k。若二者能在同相点合闸，此时的t_z值可由一个以T_w，T_G，t_k为变量的函数关系来确定，即：

$t_z=\frac{t_k}{T_G}\×(T_w-T_G)$

转换为与机组及电网频率相关的函数即：

$t_z=t_k\×(\frac{f_G}{f_w}-1)$

由此可知，在主开关动作及软件延时时间、机组和电网频率已知情况下，可以计算得到越前时间t_z。

(4)对于合闸指令模块，在本发明实施例的实现中，其通过对待并机组及电网电压转换后的方波信号进行实时检测，读取电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间差Δt。当检测到的时间差Δt与计算的t_z值近似相等时(|Δt-t_k|＜ε，ε为符合精度要求的足够小的数)发出合闸指令，实现同相点合闸。

进一步优选地，所述系统还包括设定模块，用来设定合闸总计延时t_k，脉宽时间比较限值ε及脉宽检测次数限值N。

进一步优选地，所述系统还包括反馈模块，用来读取合闸反馈，判断合闸是否成功，因此，可通过反馈模块反馈控制系统本次并车控制的设定是否合理进而进行灵活调整。

进一步优选地，所述系统还包括报警模块，用来当反馈模块判断本次并车不成功时，发出报警信号，使得在并车过程中及时发现问题，便于后续的问题处理。

本发明实施例通过提供一种发电机组自动并车控制系统，解决了硬件并车方法其硬件电路的时间常数等受RC值制约，且硬件设备的调整过程较为繁琐、效率不高，对于电网频率的实际波动无法应变的问题，相较于传统电站采用的硬件并车方法，本发明实施例的发电机组自动并车控制系统通过实时获取频率和电压差值，判断并车合闸时间，具有控制更灵活，合闸更准确的优点。

本发明所属领域的一般技术人员可以理解，本发明以上实施例仅为本发明的优选实施例之一，为篇幅限制，这里不能逐一列举所有实施方式，任何可以体现本发明权利要求技术方案的实施，都在本发明的保护范围内。

需要注意的是，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，在本发明的上述指导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行各种改进和变形，而这些改进或者变形落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种发电机组自动并车控制方法，其特征在于，所述方法包括：

S101.读取实时待并机组及电网的电压幅值和频率，计算待并机组与电网的电压差及频率差值；

S102.判断所述电压差及频率差值是否满足并车条件，若不满足则等待延时后，继续S101和S102，直至待并机组与电网的电压差和频率差满足并车条件；

S103.根据经方波转换得到的待并机组及电网的实时电压正弦波，得到两列波的相位差；

S104.根据当前的待并机组和电网的频率及预先设定的合闸总计延时t_k，计算越前时间t_z；

S105.读取实时检测的待并机组及电网的上升沿时间差Δt，若满足|Δt-t_k|＜ε，发出合闸指令，其中ε为预先设定的脉宽时间比较限值，若否，判断当前比较次数是否不小于预先设定的脉宽检测次数限值N，若是，返回执行S101和S102，若否，重新执行本步骤。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两列波的相位差由两方波信号上升沿的时间差参照公式θ＝w×Δt差换算得到，其中，Δt为从电网电压方波上升沿触发到待并机组电压方波上升沿触发的时间间隔，w为电网电压角频率。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述越前时间为待并机组电压相位滞后于电网电压的时间。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述越前时间的计算公式为：

$t_z=t_k\×(\frac{f_G}{f_w}-1)$

其中，f_w为电网电压频率f_w，f_G为待并机组电压频率f_G。

5.如权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

读取合闸反馈并判断合闸是否成功，若未成功则进行报警的步骤。

6.一种发电机组自动并车控制系统，其特征在于，所述系统包括：

电压频率模块，用来读取实时待并机组及电网的电压幅值和频率，计算待并机组与电网的电压差及频率差值，并判断所述电压差及频率差值是否满足并车条件，若不满足则等待延时后，继续读取和计算操作，直至待并机组与电网的电压差和频率差满足并车条件；

相位差模块，用来根据经方波转换得到的待并机组及电网的实时电压正弦波，得到两列波的相位差；

时间模块，用来根据当前的待并机组和电网的频率及预先设定的合闸总计延时t_k，计算越前时间t_z；

合闸指令模块，用来读取实时检测的待并机组及电网的上升沿时间差Δt，判断是否满足|Δt-t_k|＜ε，若满足，则发出合闸指令，其中ε为预先设定的脉宽时间比较限值；

循环执行模块，用来当|Δt-t_k|＜ε不满足时，判断当前比较次数是否不小于预先设定的脉宽检测次数限值N，若是，指令返回电压频率模块的执行，若否，指令继续合闸指令模块的执行。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

设定模块，用来设定合闸总计延时t_k，脉宽时间比较限值ε及脉宽检测次数限值N。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

反馈模块，用来读取合闸反馈，判断合闸是否成功。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

报警模块，用来当反馈模块判断本次并车不成功时，发出报警信号。

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