CN104158221A - 一种发电机组并机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种发电机组并机控制方法，通过对待并机组、微电网电压瞬时值采样和计算，得出电压有效值、频率值、频率差、相位差等信息，并于预设阈值进行比较，根据比较结果直接控制合闸操作。本发明主要依靠电压的瞬时值计算，其硬件结构简单，不但有利于降低系统成本，而且可靠性更高，对于瞬时值波动较大的通用中小型发电机组，可以大幅提高合闸成功率。

Description

一种发电机组并机控制方法

技术领域

本发明涉及一种发电机组并机控制方法，特别涉及可控制两台及两台以上传统通用汽柴油发电机组的同步并联控制方法。

背景技术

为实现发电机组并联工作，以前多采用人工操作，首先适当降低各机组的转速，然后根据整步表指针转动位置或灯光的明暗变化对各机组的输出电压、频率、相位进行调整。由于受限于操作人员的熟练程度，该方法有如下缺点：(1)只能在特定的工况、特定的设置下做并机操作，控制范围有限，对操作人员要求比较高；(2)由于人的反应速度所限，闸刀合上时往往已不是最佳切合点，需要反复多次才能实现低转速下的并机；(3)在发电机组并机之前，任何一台发电机组都不能带载工作，并机后还需要提高各机组的油机速度，这又可能因为对各机组速度控制不同步而导致并机失败。

得益于自动控制技术的进步，前几年出现了发电机组自动并机装置。申请号为201110316062.X的发明专利申请公开了一种发电机组自动并车控制方法，该方法包括：

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。

该发电机组并机控制器包含电压频率模块、相位差模块、时间模块等。电压频率模块是通过硬件检测待并机组和电网的电压幅值和频率，通过计算得出待并机组和电网的电压差和频率差；相位差模块是将待并机组和电网的实时电压波形经过方波转换得到两者之间的相位差；时间模块是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；即，当电压频率差满足并机条件后，通过相位差和合闸延时计算出合闸时间点，执行合闸操作。

该方法需要同时检测电网电压、频率，待并机组电压和频率及两者相位差方波信号，还需要软件计算相位差及提前合闸时间，相对复杂，对待并机组输出稳定性要求较高，主要针对中大功率船用柴油发电机组。对于中小容量发电机组而言，频率相对稳定，但由于发电机稳压器电路简单，且反馈回路多含有RC滤波环节，导致输出电压谐波比较高，瞬时值波动比较大，该并机控制器会存在相对成本偏高，执行效率不高，长时间不能并机等问题。

发明内容

针对中小型发电机组并机控制问题，本发明通过对待并机组、微电网电压瞬时值采样和计算，得出电压有效值、频率值、频率差、相位差等信息，直接控制合闸操作。本发明所提供的控制方法主要依靠电压的瞬时值计算，其硬件结构简单，不但有利于降低系统成本，而且可靠性更高，对于瞬时值波动较大的通用中小型发电机组，大幅提高合闸成功率。

本发明所提供的发电机组并机控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)计算待并发电机组与微电网之间的电压瞬时值差u₀或者通过减法电路得到待并发电机组与微电网之间的电压差波形s₀；

(2)根据电压瞬时值差u₀计算得到电压差有效值U₀或者根据电压差波形s₀瞬时值采样计算得到电压差有效值U₀；

(3)判断电压差有效值U₀与ε的关系，如果U₀<ε，则发出合闸并机指令，否则返回步骤(1)，其中：ε为预设的电压阈值。

优选地，所述步骤(1)中计算待并发电机组与微电网之间的电压瞬时值差u₀具体为：并行或交叉获取待并发电机组的交流电压瞬时值u₁以及微电网的交流电压瞬时值u₂；如果以并行方式获取，则对同一时间获取的u₁、u₂进行减法运算，得出多个时间点的电压瞬时值差u₀；如果以交叉方式获取，则对相近时间获取的u₁、u₂进行减法运算，得出多个时间点的电压瞬时值差u₀；其中u₀＝u₁-u₂。

优选地，所述步骤(1)通过减法电路得到待并发电机组与微电网之间的电压差波形s₀具体为：交流电压波形s₁和微电网交流电压波形s₂经模拟减法电路转换得到电压差波形s₀，s₀＝s₁-s₂。

优选地，所述步骤(2)中根据电压差波形s₀瞬时值采样计算得到电压差有效值U₀具体为：通过微控制器对电压差波形s₀进行瞬时值采样并计算得出电压差有效值U₀。

优选地，所述步骤(2)、(3)替换为：在得到电压差波形s₀后，直接由模拟比较器电路将电压差波形s₀的幅值A与预设的电压阈值ε比较，如果A<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤(1)。

优选地，所述步骤(2)、(3)替换为：电压差波形s₀经过整流电路处理得到波形S₀，由模拟比较器电路将波形S₀的平均值B与预设的电压阈值ε比较，如果B<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤(1)。

优选地，所述步骤(2)、(3)替换为：电压差波形s₀经过整流电路处理得到波形S₀，由模拟比较器电路将波形S₀的幅值C与预设的电压阈值ε比较，如果C<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤(1)。

优选地，该并机控制方法由微控制器实现。

优选地，所述模拟减法电路包括一运算放大器Q₁，运算放大器Q₁的正极接电阻R₁，其负极接电阻R₂，在该运算放大器的正极与输出端之间并联电阻R₃，该运算放大器的负极还接有电阻R₄，所述电阻R₄接地。

本发明的有益效果是：仅依靠电压的瞬时值运算实现并机，硬件结构简单，不但有利于降低系统成本，而且可靠性更高，对于瞬时值波动较大的通用中小型发电机组，还可以大幅提高合闸成功率。

附图说明

图1为本发明实施例一控制流程图；

图2为本发明实施例二控制流程图；

图3为本发明实施例三控制流程图；

图4为本发明实施例四控制流程图；

图5为本发明所述模拟减法电路图。

具体实施方式

实施例一：

如图1所示，本发明所提供的发电机组并机控制方法，包括以下步骤：

101、设定电压阈值ε；

102、计算待并发电机组与微电网之间的电压瞬时值差u₀或者通过减法电路得到待并发电机组与微电网之间的电压差波形s₀；

103、根据电压瞬时值差u₀计算得到电压差有效值U₀或者根据电压差波形s₀瞬时值采样计算得到电压差有效值U₀；

104、判断电压差有效值U₀与ε的关系，即U₀<ε是否成立；

105、如果U₀<ε成立，则发出合闸并机指令并执行并机；否则返回步骤102。

实施例二：

如图1所示，本发明所提供的发电机组并机控制方法，采用数字方式采样控制，可使用微控制器实现，包括以下步骤：

201、设定电压阈值ε；

202、并行或交叉获取待并发电机组的交流电压瞬时值u₁以及微电网的交流电压瞬时值u₂；如果微控制器的性能较差，则采用交叉方式采样，否则，可采用并行方式；由于交替的时间很短，虽然采用交叉方式采样，相近时间获取的待并发电机组以及微电网的交流电压瞬时值可以认为是同一时间获取；

203、如果以并行方式获取，则对同一时间获取的u₁、u₂进行减法运算，得出多个时间点的电压瞬时值差u₀；如果以交叉方式获取，则对相近时间获取的u₁、u₂进行减法运算，得出多个时间点的电压瞬时值差u₀；其中u₀＝u₁-u₂；

204、根据各个时间点的电压瞬时值差u₀得出电压差有效值U₀；

205、判断电压差有效值U₀与ε的关系，即U₀<ε是否成立；

206、如果U₀<ε成立，则发出合闸并机指令并执行并机；否则返回步骤102。

实施例三：

如图3所示，本发明本发明所提供的发电机组并机控制方法，采用模拟方式采样控制，包括以下步骤：

301、设定电压阈值ε；

302、获取待并机组的交流电压波形s₁和微电网交流电压波形s₂，经模拟减法电路转换得到电压差波形s₀，s₀＝s₁-s₂；

303、通过微控制器对电压差波形s₀进行瞬时值采样并计算得出电压差有效值U₀；

304、判断电压差有效值U₀与ε的关系，即U₀<ε是否成立；该步骤既可以利用微控制器实现；

305如果U₀<ε成立，则发出合闸并机指令并执行并机；否则返回步骤302。

实施例四：

如图4所示，本发明所提供的发电机组并机控制方法，采用模拟方式采样控制，包括以下步骤：

401、设定电压阈值ε；

402、获取待并机组的交流电压波形s₁和微电网交流电压波形s₂，经模拟减法电路转换得到电压差波形s₀，s₀＝s₁-s₂；

403、获取电压差波形s₀的幅值A；

404、由模拟比较器电路将瞬时值差波形s₀的幅值A与预设的电压阈值ε比较，即A<ε是否成立；

405、如果A<ε成立，则发出合闸并机指令并执行并机；否则返回步骤402。

实施例四还可以采用下述方式实现：步骤403、404替换为：电压差波形s₀经过整流电路处理得到波形S₀；由模拟比较器电路将波形S₀的平均值B与预设的电压阈值ε比较，如果B<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤402。

实施例四还可以采用下述方式实现：步骤403、404替换为：电压差波形s₀经过整流电路处理得到波形S₀，由模拟比较器电路将波形S₀的幅值C与预设的电压阈值ε比较，如果C<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤402。

如图5所示，本发明所述的模拟减法电路包括一运算放大器Q₁，运算放大器Q₁的正极接电阻R₁，其负极接电阻R₂，在该运算放大器的正极与输出端之间并联电阻R₃，该运算放大器的负极还接有电阻R₄，电阻R₄接地。

Claims (9)

1.一种发电机组并机控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)计算待并发电机组与微电网之间的电压瞬时值差u₀或者通过减法电路得到待并发电机组与微电网之间的电压差波形s₀；

(2)根据电压瞬时值差u₀计算得到电压差有效值U₀或者根据电压差波形s₀瞬时值采样计算得到电压差有效值U₀；

(3)判断电压差有效值U₀与ε的关系，如果U₀<ε，则发出合闸并机指令，否则返回步骤(1)，其中：ε为预设的电压阈值。

2.如权利要求1所述的发电机组并机控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中计算待并发电机组与微电网之间的电压瞬时值差u₀具体为：

并行或交叉获取待并发电机组的交流电压瞬时值u₁以及微电网的交流电压瞬时值u₂；如果以并行方式获取，则对同一时间获取的u₁、u₂进行减法运算，得出多个时间点的电压瞬时值差u₀；如果以交叉方式获取，则对相近时间获取的u₁、u₂进行减法运算，得出多个时间点的电压瞬时值差u₀；其中u₀＝u₁-u₂。

3.如权利要求1所述的发电机组并机控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中通过减法电路得到待并发电机组与微电网之间的电压差波形s₀具体为：

交流电压波形s₁和微电网交流电压波形s₂经模拟减法电路转换得到电压差波形s₀，s₀＝s₁-s₂。

4.如权利要求3所述的发电机组并机控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中根据电压差波形s₀瞬时值采样计算得到电压差有效值U₀具体为：

通过微控制器对电压差波形s₀进行瞬时值采样并计算得出电压差有效值U₀。

5.如权利要求3所述的发电机组并机控制方法，其特征在于：所述步骤(2)、(3)替换为：在得到电压差波形s₀后，直接由模拟比较器电路将电压差波形s₀的幅值A与预设的电压阈值ε比较，如果A<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤(1)。

6.如权利要求3所述的发电机组并机控制方法，其特征在于：所述步骤(2)、(3)替换为：电压差波形s₀经过整流电路处理得到波形S₀，由模拟比较器电路将波形S₀的平均值B与预设的电压阈值ε比较，如果B<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤(1)。

7.如权利要求3所述的发电机组并机控制方法，其特征在于：所述步骤(2)、(3)替换为：电压差波形s₀经过整流电路处理得到波形S₀，由模拟比较器电路将波形S₀的幅值C与预设的电压阈值ε比较，如果C<ε，则发出合闸并机指令，否则，返回步骤(1)。

8.如权利要求1或2的发电机组并机控制方法，其特征在于：该并机控制方法由微控制器实现。

9.如权利要求3-7所述的任一发电机组并机控制方法，其特征在于：所述模拟减法电路包括一运算放大器Q₁，运算放大器Q₁的正极接电阻R₁，其负极接电阻R₂，在该运算放大器的正极与输出端之间并联电阻R₃，该运算放大器的负极还接有电阻R₄，所述电阻R₄接地。