CN112600251A - 一种发电机同期并网装置 - Google Patents
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Abstract
一种发电机同期并网装置包括工作电源模块、单片机控制模块、电压信号调理模块、AD采集模块和MOSFET驱动模块，供电主要是降压稳压等部分，通过降压模块来实现将220V的电压变成正负5V的电压，主要的作用是给AT89C51供电。主要过程是先通过单片机的控制部分对电网的电压信号进行一定的检测同时根据检测到的信号做出一定的指令，之后再经过调理模块、AD采样模块，最后到达MOSFET模块实现对于MOSFET模块的导通或者关断的控制最终达到对电网电压的一种监控功能，可以在符合并网的条件下快速安全的并网，装置不仅提高了系统的供电可靠性、供电经济性和灵活性，而且提高了系统供电质量。
Description
技术领域
一种发电机同期并网装置属于检测装置领域，具体涉及一种同期并网装置。
背景技术
随着用电量的需求不断增大，造成电网的容量也越来越大。但在实际运行中，在装置的操作中，常常还会出现装置误动作的情况造成严重人员伤亡及财产损失。这些失败的案例比比皆是，就比如说在不适合合闸的情况下强制合闸最终只会造成多处螺丝扭断的情况；还有就是在压力不符合并列的条件下进行一个合闸的操作造成的结果就是合闸的那一刻电流过大影响系统的稳定性。
在不符合并网的条件下进行强制的并列的结果就是使系统无法正常的运行，更有甚者会产生很严重的后果。影响主要是冲击电流过大造成冲击电网，由此带来的后果轻则设备损坏重则系统瓦解。产生非同期并网主要的原因有：第一是电压不同，第二是电压的相位不同，第三是两侧的频率不相同，第四是自动并网的过程中装置异常造成无法并网，第五是并网的过程中操作的人员没有按照要求来进行一定的操作，第六是并网的时候同步表发生了异常导致无法进行安全并网。
电压不相等的条件下：并列时刻发电机中会产生很强电流。如果电压的差值较大那么就会有强电流过大，最后会造成发电机的定子绕组过热严重情况下会使发电机的机端损坏；电压相位不一致的条件下：在相位不一致的条件下情节较为不利，由于系统需要得到有功功率。这时如果相角较大那么强电流也比较大，那么有功功率的分解量在发电机方向上的值也比较大，结果产生比较大的力矩影响设备。特殊情况是在相角为180°时，相当于三相短路时短路电流的2倍，影响最大；频率不相等的条件下：发电机的频率差值很大的条件下进行并网就会有较多的有功功率那么发电机的转子会有很大的力矩，整体会产生振动，严重的情况下就会造成系统裂解。
目前国内运用到并列装置中的芯片主要有51单片机、DSP、PLC等。因此，并列装置的性能好坏直接决定着发电机组能否可靠、准确、快速的投进到系统中去。最终，对于自动并列装置的性能提高、功能完善以及作用效果的不断提高是现阶段的研究主要方向，并且对于电力行业的不断进步有着重要意义。
发明内容
本发明针对上述问题，本发明提供一种在符合三个并网条件下的发电机实现同期并网装置。本发明的一种电网谐波检测装置，通过以下技术方案来实现：
一种发电机同期并网装置，包括用于提供电源的工作电压模块、用于检测电流信号的电流霍尔传感器、电压信号调理电路、AD转换、单片机控制以及驱动电路，其特征在于：所述工作电源还包括整流桥电路、滤波以及一些电压转换的芯片例如78以及79一些系列的芯片，电压转换模块在设计的过程中可以免去很多外围元件，并且此模块内部有过电流和过热和调整电路；
进一步地，所述电压信号调理电路主要是霍尔电压传感器和一些滤波电路构成的。当有电压信号进入到电压霍尔传感器时电压信号会流过霍尔元件完成所规定的隔开，输出的就是比较微弱的一种信号并且这个信号还会通过一部分的滤波模块滤掉一些高次谐波，信号最后送到AD转换电路来进行电压的监视；
进一步地，所述用于单片机控制电路包括51单片机、看门狗复位电路和AD转换芯片MC14433P。MC14433作用是外部部件可以少利用，可以使电路更加的简单。拥有两个外部电阻和两个外部电容来构成的一个可以自身独立完成的零点矫正的装置还有自动极性的双斜率A/D转换器；
进一步地，所述用于MOSFET驱动电路此部分有MOSFET和光耦隔离芯片组成。经过单片机之后出来的信号给并网控制信号在经过光耦隔离最后驱动MOSFET来按照信号来确定下一步工作，最终实现并网；
进一步地，所述用于电压基准元采用MC1403低压基准芯片，一般用作8～12bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合，此芯片在此的作用是给AD提供一个基准电压。
如上所述，本发明提供的一种发电机同期并网装置，具有如下效果：
本发明的有益效果是，提高了系统的供电可靠性，如果系统在运行中出来了某台发电机故障或者检修的话不会出现停电；提高了系统供电经济性和灵活性，两个种类的电厂进行调配发电这样的一种方式，这样的话可以让水资源得到更好的利用。并且在用电量不同的时候我们可以灵活的决定投入系统中的发电机台数，这样可以提高发电厂的发电效率并且也可以提高系统的灵活性；提高了系统供电质量，一般情况下来说电网的容量很大，一台发电机投入系统中或者停机的情况下来说这种情况对于系统整体的影响几乎微乎其微，所以一般我们把电压和频率等参数我们都可以将他们看出常数。一台发电机对于整个电网来说可以近似无穷小，需要进行并网的同步发电机来说它的允许情况要根据电网的要求去附和。
设备硬件具有良好的扩展性，可以根据需求方便增加或去除功能器件。软件方面采用优秀操作系统和组件技术，应用程序界面友好，易于操作。
附图说明
图1是本发明的硬件架构图；
图2是本发明所需工作电源电路原理图；
图3是本发明所需电压信号调理电路原理图；
图4是本发明所需单片机控制电路原理图；
图5是本发明所需MOSFET驱动电路原理图；
图6是本发明所需电压基准元电路原理图；
图7是本发明所需频率测量电路原理图；
图8是本发明所需相角差测量电路原理图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
图2中工作电源电路采用7805和7905实现将12V的电压转换成正负5V的电源用于给单片机供电的目的，还运用了整流桥将交流电转换为直流电，包括半波整流以及全波整流还有桥式整流等整流桥。
图3为电压信号调理电路主要是霍尔电压传感器和一些滤波电路构成的。如果有电压信号进入到电压霍尔传感器那么这个电压信号会流过霍尔元件完成所规定的隔开，输出的就是比较微弱的一种信号并且这个信号还会通过一部分的滤波模块滤掉一些高次谐波，信号最后送到AD转换电路来进行电压的监视。其中的IN4733为稳压二极管，在此的作用为对电路进行过电压保护。
图4为单片机控制电路，此部分组成有51单片机、看门狗复位电路和AD转换芯片MC14433P。MC14433作用是外部部件可以少利用，可以使电路更加的简单。拥有两个外部电阻和两个外部电容来构成的一个可以自身独立完成的零点矫正的装置还有自动极性的双斜率A/D转换器。
图5为MOSFET驱动电路，此部分有MOSFET和光耦隔离芯片组成。经过单片机之后出来的信号给并网控制信号在经过光耦隔离最后驱动MOSFET来按照信号来确定下一步工作，最终实现并网。根据硬件设计与分析所以此设计的光耦选用了TLP521用于隔离的作用。TLP521的左侧可以近似的看成一个二极管，并且流过二极管的电流越大就说明了左侧的光照强度比较大，右侧可以近似看成一个类似IGBT的三极管，当左侧的电流越大的话经过感应右侧的电流也会变大。并且选用的这个型号本身就具有绝缘的特点并且具有较强的共模抑制力。
图6为电压基准元，芯片在此的作用是给AD提供一个基准电压。
图7为频率测量电路，测量过程是先通过电压互感器将一次电压信号转化，再利用比较单元将正弦信号转化为方波信号，通过测量方波信号过零点的时间间隔最后测得输入信号的频率。
图8为相角差测量电路，相角差测量电路中加入了异或门，并且为了满足输入信号的电压要求测量电路中在异或门之后还加入了分压电路。
Claims (5)
1.一种发电机同期并网装置，包括用于提供电源的工作电压模块、用于检测电流信号的电流霍尔传感器、电压信号调理电路、AD转换、单片机控制以及驱动电路，其特征在于：所述工作电源还包括整流桥电路、滤波以及一些电压转换的芯片例如78以及79一些系列的芯片，电压转换模块在设计的过程中可以免去很多外围元件，并且此模块内部有过电流和过热和调整电路；
2.根据权力要求1所述发电机同期并网装置，其特征在于：所述电压信号调理电路主要是霍尔电压传感器和一些滤波电路构成的，当有电压信号进入到电压霍尔传感器时电压信号会流过霍尔元件完成所规定的隔开，输出的就是比较微弱的一种信号并且这个信号还会通过一部分的滤波模块滤掉一些高次谐波，信号最后送到AD转换电路来进行电压的监视；
3.根据权利要求1所述发电机同期并网装置，其特征在于：所述用于单片机控制电路包括51单片机、看门狗复位电路和AD转换芯片MC14433P。MC14433作用是外部部件可以少利用，可以使电路更加的简单，拥有两个外部电阻和两个外部电容来构成的一个可以自身独立完成的零点矫正的装置还有自动极性的双斜率A/D转换器；
4.根据权利要求1所述电网谐波检测装置，其特征在于：所述用于MOSFET驱动电路此部分有MOSFET和光耦隔离芯片组成。经过单片机之后出来的信号给并网控制信号在经过光耦隔离最后驱动MOSFET来按照信号来确定下一步工作，最终实现并网；
5.根据权利要求1所述电网谐波检测装置，其特征在于：所述用于电压基准元采用MC1403低压基准芯片，一般用作8～12bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合，此芯片在此的作用是给AD提供一个基准电压。
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