CN114825456B - 柴油发电机并网同期控制方法 - Google Patents
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Abstract
为解决现有技术柴油发电机并网同期控制方法存在的并网时间长和冲击电流大等问题，本发明提出一种柴油发电机并网同期控制方法，以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；采用同期操作时间Tsync作为同期控制的基础；以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效；并以有效同期操作时间T′sync至T′sync+30000μs作为并网断路器满足合闸条件的合闸时间区间；并在合闸时间区间内发出合闸指令。本发明的有益技术效果是综合考虑市电和发电的相位差、检测角度补偿和断路器合闸时间三个方面的因素对同期操作时间的影响，且在同期操作时间的一致性判断合格后发出断路器合闸指令。
Description
技术领域
本发明涉及到柴油发电机并网同期控制技术，特别涉及到一种柴油发电机并网同期控制方法。
背景技术
随着国民经济的稳步提高，越来越多的部门对供电连续性提出了更高的要求。为保证供电的连续性，常采用备用柴油发电机作为预备电源。当市电电网(通常简称为市电)出现故障导致断电时，市电断路器分闸，备用柴油发电机启动，正常运行后，发电断路器合闸，发电机发出的电(通常将其称为发电)接入负载电网并持续供电。当市电出现故障导致供电不足时，备用柴油发电机启动，正常运行后，发电断路器合闸(通常将此过程称为并网)，发电接入负载电网并持续供电。当市电恢复正常供电后，先将市电断路器合闸(通常将此过程亦称为并网)，市电接入负载电网并持续供电。市电并网成功后，柴油发电机卸载至零负荷，发电断路器分闸，柴油发电机停机。为了保证并网的顺利成功，避免对负载电网和发电机造成冲击，在并网断路器合闸的整个过程中，需要对市电和发电进行实时监测，采集两者的电压、频率和相位等参数，并在发电满足并网条件时，发出并网断路器合闸指令，进而实现柴油发电机与市电或者多个发电机并网运行。通常，将判断两个电源是否满足并网条件、发出合闸指令和实现并网的整个过程称之为同期过程，而将对整个同期过程的控制称之为并网同期控制。相对于市电而言，柴油发电机存在着容量较小、频率波动大和耐冲击电流能力较差等特点，如果并网同期过程中并网断路器合闸的时间点选择不准确，则可能造成并网失败，或者柴油发电机受到大电流冲击以及转轴受到突然冲击等问题。
现有技术柴油发电机并网同期控制方法大都采用实时采集市电和发电的电压、频率和相位等参数，计算两者的电压差、频率差和相位差，通过控制柴油发电机的转速与电压等方法，使得两者的上述差值趋于一致，当两者的电压差、频率差和相位差等均小于设定的阈值时，发出并网断路器合闸指令，进而实现柴油发电机并网。
由于其考虑的因素较为单一，且未对柴油发电机存在的瞬时变化较大的因素充分估计，现有技术柴油发电机并网同期控制方法存在着并网时间长和冲击电流大等现象，影响柴油发电机的并网使用和设备安全。
发明内容
为解决现有技术柴油发电机并网同期控制方法存在的并网时间长和冲击电流大等问题，本发明提出一种柴油发电机并网同期控制方法。
本发明柴油发电机并网同期控制方法，以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；采用同期操作时间Tsync作为同期控制的基础；以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效；并以有效同期操作时间T′sync至T′sync+30000μs作为并网断路器满足合闸条件的合闸时间区间；并在合闸时间区间内发出合闸指令；其中：
所述以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量，包括，以设定的采样时间周期Tsamp进行采集；同时，通过捕获市电和发电的中断信号，测得市电和发电频率的当前周期值Tnew；若市电和发电的连续三个周期的差值均小于40μs，则最后一个周期为有效周期Tnew；并且，根据有效周期Tnew对采样时间周期Tsamp进行校正，其校正公式为：式中，Tsamp为采样时间区间，Tnew为有效周期，Nsamp为基本电量信号每个周波的采样点数；
所述基本电量，包括：
市电的电压UA、UB、UC、电流IA、IB、IC和周期Ts；
发电的电压Ua、Ub、Uc、电流Ia、Ib、Ic和周期Tg；
市电和发电捕获中断信号的时间差，即滑差Hc；
所述同期操作时间Tsync，包括：
Tsync＝Ttq+Tbc+Thz
式中，Tsync为同期操作时间，单位为μs；Ttq为滑差时间，单位为μs；Tbc为补偿角度时间，单位为μs；Thz为断路器合闸执行时间，单位为μs；其中：
式中，Hc为滑差，即市电和发电捕获中断信号的时间差，单位为μs；Ts为市电周期，单位为μs；Tg为发电周期，单位为μs；Min(Ts,Tg)是指取Ts和Tg中的较小值，单位为μs；Φ为电压的补偿角度，单位为度；3600为圆周角360°的10倍值；Tt为断路器合闸检测时间，即实际监测到的发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间，单位为ms；CPU_Hz为CPU的计数器单位时间的个数，其值为1000000/s，1个计时单位为1μs。
进一步的，所述以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效，包括：
由于
其中，Hc的采样序列Hc、Hc1、Hc2、Hc3、……，序列值的差|Hc-Hc1|、|Hc1-Hc2|、|Hc2-Hc3|、……，实际上是|Ts-Tg|的整数倍；故Ttq的计算序列Ttq、Ttq1、Ttq2、Ttq3……，序列值的差|Ttq-Ttq1|、|Ttq1-Ttq2|、|Ttq2-Ttq3|、……，实际上是Min(Ts,Tg)的整数倍；由此获得的同期操作时间差|Tsync-Tsync1|、|Tsync1-Tsync2|、|Tsync2-Tsync3|、……，也是Min(Ts,Tg)的整数倍；故有，
|Tsync-Tsync1|！＝|Tsync1-Tsync2|！＝|Tsync2-Tsync3|；
设上一次断路器合闸的同期操作时间为Tsync1，若(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs；则当前计算得到的同期操作时间Tsync有效，记为有效同期操作时间T′sync；否则，本次计算得到的Tsync舍弃，T′sync保持不变。
进一步的，所述以有效同期操作时间T′sync至T′sync+30000μs作为并网断路器满足合闸条件的合闸时间区间，包括，
判断T′sync+30000μs≥Tmem≥T′sync是否成立，是则，视为断路器合闸条件已满足，即同期时刻到达；开启合闸时间计时器，清零合闸冲击电流，发出断路器合闸指令；否则，在同期延时未达到设定时间的情况下重新进入同期条件判断流程；其中，T′sync为有效同期操作时间；Tmem为判断是否满足断路器合闸条件并发出断路器合闸指令的计时器，在采集基本电量时开启，然后不断以1μs的增量自加。
进一步的，所述本发明柴油发电机并网同期控制方法，包括，基本电量采集、基本电量计算、并网过程控制、并网执行判定和结果统计五个方面；包括以下步骤：
S1、基本电量采集
以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；同时，通过捕获市电和发电的中断信号，测得市电和发电频率的当前周期值Tnew；若市电和发电的连续三个周期的差值均小于40μs，则最后一个周期为有效周期Tnew；并且，根据有效周期Tnew对采样时间周期Tsamp进行校正，其校正公式为：式中，Tsamp为采样时间区间，Tnew为有效周期，Nsamp为基本电量信号每个周波的采样点数；
所述基本电量，包括：
市电的电压UA、UB、UC、电流IA、IB、IC和周期Ts；
发电的电压Ua、Ub、Uc、电流Ia、Ib、Ic和周期Tg；
捕获市电和发电的中断信号的时间差，即滑差Hc；
其中，所述电流是指数模转换AD的电流采样值；
S2、基本电量计算
根据步骤S1采集的数据，实时计算下列参数：
S21、电压电流的计算：采用离散傅里叶变换，求出电压电流的虚实部，求得电压电流幅值和以Ua为基准的相位角大小；同时，计算市电和发电的电压差；
S22、序分量计算：计算市电和发电的正序电压、负序电压和零序电压；
市电和发电的相序接线正确时，正序电压等于相电压，负序电压应为零；
S23、频率计算：市电频率发电频率/>同时，计算市电和发电的频率差；
S24、滑差时间Ttq计算：
S25、补偿角度时间Tbc计算：
S26、断路器合闸时间Thz计算：
S27、同期操作时间Tsync计算：Tsync＝Ttq+Tbc+Thz
上述各式中，Fs为市电频率，单位为Hz；CPU_Hz为CPU的计数器单位时间的个数，其值为每秒1000000个，1个计时单位为1μs；Ts为市电周期，单位为μs；Fg为发电频率，单位为Hz；Tg为发电周期，单位为μs；Tsync为同期操作时间，单位为μs；Ttq为滑差时间，单位为μs；Hc为滑差，即捕获市电和发电中断信号的时间差，单位为μs；Min(Ts,Tg)是指取Ts和Tg中的较小值，单位为μs；Tbc为补偿角度时间，单位为μs；Φ为电压的补偿角度，单位为度；3600为圆周角360°的10倍值；Tt为断路器合闸检测时间，即实际监测到的发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间，单位为ms；
S3、并网过程控制
设定各个参数的阈值：
同步电压差Vsync，定值范围：0-30V，默认值：3V
同步频率差Fset，定值范围：0.02-2.00Hz，默认值：0.20Hz
同步相位差sync，定值范围：0.0-20.0°，默认值：10.0°
同步失败时间Tfail，定值范围：5.0-300.0S，默认值：60.0S
实时计算的差值：
市电与发电的相电压差值Usync＝|UA-Ua|；
市电与发电的频率差值Fsync＝|Fs-Fg|；
S31、同期进程开始，同期延时计时器Tdo开始计时；
S32、判断同期延时Tdo是否大于设定时间Tfail；是则，转为执行步骤S6；否则，顺序执行步骤S33；
S33、顺序判断电压差、频率差和相位差是否满足同期条件；
S331、判断电压差Usync是否小于等于Vsync；是则，顺序执行步骤S332；否则，转为执行步骤S334；
S332、判断频率差Fsync是否小于等于Fset：是则，顺序执行步骤S333；否则，转为执行步骤S335；
S333、判断相位差Hc是否小于等于sync，是则，顺序执行步骤S34；否则，转为执行步骤S33；
S334、通过电子调压器AVR调节发电电压，返回执行步骤S331；
S335、通过电子调速器GOV调节发电频率，返回执行步骤S332；
S34、同期操作时间Tsync的有效性判定
以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效，包括：
由于
其中，Hc的采样序列Hc、Hc1、Hc2、Hc3、……，序列值的差|Hc-Hc1|、|Hc1-Hc2|、|Hc2-Hc3|、……，实际上是|Ts-Tg|的整数倍；故Ttq的计算序列Ttq、Ttq1、Ttq2、Ttq3……，序列值的差|Ttq-Ttq1|、|Ttq1-Ttq2|、|Ttq2-Ttq3|、……，实际上是Min(Ts,Tg)的整数倍；由此获得的同期操作时间差|Tsync-Tsync1|、|Tsync1-Tsync2|、|Tsync2-Tsync3|、……，也是Min(Ts,Tg)的整数倍；故有，
|Tsync-Tsync1|！＝|Tsync1-Tsync2|！＝|Tsync2-Tsync3|；
设上一次断路器合闸的同期操作时间为Tsync1，若(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs；则当前计算得到的同期操作时间Tsync有效，记为有效同期操作时间T′sync；否则，本次计算得到的Tsync舍弃，T′sync保持不变；
S35、断路器合闸条件判断
判断T′sync+30000μs≥Tmem≥T′sync是否成立，是则，视为断路器合闸条件已满足，即同期时刻到达；开启合闸时间计时器，清零合闸冲击电流，发出并网断路器合闸指令；否则，在同期延时未达到设定时间的情况下重新进入同期条件判断流程；其中，T′sync为有效同期操作时间；Tmem为判断是否满足断路器合闸条件并发出断路器合闸指令的计时器，在采集基本电量时开启，然后不断以1μs的增量自加；
S4、并网执行判定
设定合闸时间内是否收到合闸成功信号；是则，继续执行步骤S5；否则，转为执行步骤S7；
S5、结果统计
S51、记录合闸时间内的最大电流Max(Ia、Ib、Ic)，且将其视为并网冲击电流；
S52、记录断路器合闸执行时间Tt，即发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间；转为执行步骤S8；
S6、报告同期失败，转为执行步骤S8；
S7、报告合闸失败；
S8、结束并网。
本发明柴油发电机并网同期控制方法的有益技术效果是综合考虑市电和发电的相位差、检测角度补偿和断路器合闸时间三个方面的因素对同期操作时间的影响，且在同期操作时间的一致性判断合格后发出断路器合闸指令，精准控制断路器合闸时机，进一步减少并网冲击电流。
附图说明
附图1是本发明柴油发电机并网同期控制方法的流程示意图。
下面结合附图和具体实施方式对发明柴油发电机并网同期控制方法作进一步的说明。
具体实施方式
附图1是本发明柴油发电机并网同期控制方法的流程示意图，由图可知，本发明柴油发电机并网同期控制方法，以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；采用同期操作时间Tsync作为同期控制的基础；以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效；并以有效同期操作时间T′sync至T′sync+30000μs作为并网断路器满足合闸条件的合闸时间区间；并在合闸时间区间内发出合闸指令；其中：
所述以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量，包括，以设定的采样时间周期Tsamp进行采集；同时，通过捕获市电和发电的中断信号，测得市电和发电频率的当前周期值Tnew；若市电和发电的连续三个周期的差值均小于40μs，则最后一个周期为有效周期Tnew；并且，根据有效周期Tnew对采样时间周期Tsamp进行校正，其校正公式为：式中，式中，Tsamp为采样时间区间，Tnew为有效周期，Nsamp为基本电量信号每个周波的采样点数；
所述基本电量，包括：
市电的电压UA、UB、UC、电流IA、IB、IC和周期Ts；
发电的电压Ua、Ub、Uc、电流Ia、Ib、Ic和周期Tg；
市电和发电捕获中断信号的时间差，即滑差Hc；
所述同期操作时间Tsync，包括：
Tsync＝Ttq+Tbc+Thz
式中，Tsync为同期操作时间，单位为μs；Ttq为滑差时间，单位为μs；Tbc为补偿角度时间，单位为μs；Thz为断路器合闸执行时间，单位为μs；其中：
式中，Hc为滑差，即市电和发电捕获中断信号的时间差，单位为μs；Ts为市电周期，单位为μs；Tg为发电周期，单位为μs；Min(Ts,Tg)是指取Ts和Tg中的较小值，单位为μs；Φ为电压的补偿角度，单位为度；3600为圆周角360°的10倍值；Tt为断路器合闸检测时间，即实际监测到的发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间，单位为ms；CPU_Hz为CPU的计数器单位时间的个数，其值为1000000/s，1个计时单位为1μs。为了捕获最佳的并网断路器合闸时刻，本发明柴油发电机并网同期控制方法在实时采集市电和发电的基本电量时，就以设定的采样时间周期Tsamp进行采集，并以有效周期Tnew对采样时间周期Tsamp进行校正，以确保实时采集的市电和发电的基本电量是在一个运行相对比较平稳的状态下采集的，保证了采集数据的准确性和可靠性。同时，本发明柴油发电机并网同期控制方法创造性的设立了同期操作时间Tsync概念，并将同期操作时间Tsync作为同期控制的基础。所述同期操作时间Tsync包含了三个方面的因素，即市电和发电的相位差、检测电路不一致所产生的相位差和断路器合闸的固有执行时间，并且，以CPU的计数器单位时间为基数将这三个方面的因素归一化处理成时间量Ttq、Tbc、Thz，最终，综合为同期操作时间Tsync。可见，本发明柴油发电机并网同期控制方法从数据采集和影响因素等方面，对并网断路器合闸的时刻进行了精确的计算和控制，以确保提高同期操作的合闸效果，使合闸时间更精确，冲击电流更小。
为了保证断路器合闸不受市电或发电突变所产生的冲击，本发明柴油发电机并网同期控制方法在并网断路器合闸前，进行了时间序列一致性判定；即以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效，包括：
由于
其中，Hc的采样序列Hc、Hc1、Hc2、Hc3、……，序列值的差|Hc-Hc1|、|Hc1-Hc2|、|Hc2-Hc3|、……，实际上是|Ts-Tg|的整数倍；故Ttq的计算序列Ttq、Ttq1、Ttq2、Ttq3……，序列值的差|Ttq-Ttq1|、|Ttq1-Ttq2|、|Ttq2-Ttq3|、……，实际上是Min(Ts,Tg)的整数倍；由此获得的同期操作时间差|Tsync-Tsync1|、|Tsync1-Tsync2|、|Tsync2-Tsync3|、……，也是Min(Ts,Tg)的整数倍；故有，
|Tsync-Tsync1|！＝|Tsync1-Tsync2|！＝|Tsync2-Tsync3|；
设上一次断路器合闸的同期操作时间为Tsync1，若(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs；则当前计算得到的同期操作时间Tsync有效，记为有效同期操作时间T′sync；否则，本次计算得到的Tsync舍弃，T′sync保持不变。本发明柴油发电机并网同期控制方法采用实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差进行了时间序列一致性判定，即(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs，有效避免频率波动对并网的影响。
根据本发明柴油发电机并网同期控制方法计算得到的同期操作时间Tsync原则上是一个时间点，在工程实践中不容易被抓住。因此，本发明柴油发电机并网同期控制方法将合闸时刻扩展了30000μs，用一个时间区间判断，这样利于工程实现。因此，本发明柴油发电机并网同期控制方法以有效同期操作时间T′sync至T′sync+30000μs作为满足断路器合闸条件的时间区间，包括，
判断T′sync+30000μs≥Tmem≥T′sync是否成立，是则，视为断路器合闸条件已满足，即同期时刻到达；开启合闸时间计时器，清零合闸冲击电流，发出断路器合闸指令；否则，在同期延时未达到设定时间的情况下重新进入同期条件判断流程；其中，T′sync为有效同期操作时间；Tmem为判断是否满足断路器合闸条件并发出断路器合闸指令的计时器，在采集基本电量时开启，然后不断以1μs的增量自加。
作为优选，本发明柴油发电机并网同期控制方法，包括，基本电量采集、基本电量计算、并网过程控制、并网执行判定和结果统计五个方面；包括以下步骤：
S1、基本电量采集
以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；同时，通过捕获市电和发电的中断信号，测得市电和发电频率的当前周期值Tnew；若市电和发电的连续三个周期的差值均小于40μs，则最后一个周期为有效周期Tnew；并且，根据有效周期Tnew对采样时间周期Tsamp进行校正，其校正公式为：式中，式中，Tsamp为采样时间区间，Tnew为有效周期，Nsamp为基本电量信号每个周波的采样点数；
所述基本电量，包括：
市电的电压UA、UB、UC、电流IA、IB、IC和周期Ts；
发电的电压Ua、Ub、Uc、电流Ia、Ib、Ic和周期Tg；
捕获市电和发电的中断信号的时间差，即滑差Hc；
其中，所述电流是指数模转换AD的电流采样值；
S2、基本电量计算
根据步骤S1采集的数据，实时计算下列参数：
S21、电压电流的计算：采用离散傅里叶变换，求出电压电流的虚实部，求得电压电流幅值和以Ua为基准的相位角大小；同时，计算市电和发电的电压差；
S22、序分量计算：计算市电和发电的正序电压、负序电压和零序电压；
市电和发电的相序接线正确时，正序电压等于相电压，负序电压应为零；
S23、频率计算：市电频率发电频率/>同时，计算市电和发电的频率差；
S24、滑差时间Ttq计算：
S25、补偿角度时间Tbc计算：
S26、断路器合闸时间Thz计算：
S27、同期操作时间Tsync计算：Tsync＝Ttq+Tbc+Thz
上述各式中，Fs为市电频率，单位为Hz；CPU_Hz为CPU的计数器单位时间的个数，其值为每秒1000000个，1个计时单位为1μs；Ts为市电周期，单位为μs；Fg为发电频率，单位为Hz；Tg为发电周期，单位为μs；Tsync为同期操作时间，单位为μs；Ttq为滑差时间，单位为μs；Hc为滑差，即捕获市电和发电中断信号的时间差，单位为μs；Min(Ts,Tg)是指取Ts和Tg中的较小值，单位为μs；Tbc为补偿角度时间，单位为μs；Φ为电压的补偿角度，单位为度；3600为圆周角360°的10倍值；Tt为断路器合闸检测时间，即实际监测到的发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间，单位为ms；
S3、并网过程控制
设定各个参数的阈值：
同步电压差Vsync，定值范围：0-30V，默认值：3V
同步频率差Fset，定值范围：0.02-2.00Hz，默认值：0.20Hz
同步相位差sync，定值范围：0.0-20.0°，默认值：10.0°
同步失败时间Tfail，定值范围：5.0-300.0S，默认值：60.0S
实时计算的差值：
市电与发电的相电压差值Usync＝|UA-Ua|；
市电与发电的频率差值Fsync＝|Fs-Fg|；
S31、同期进程开始，同期延时计时器Tdo开始计时；
S32、判断同期延时Tdo是否大于设定时间Tfail；是则，转为执行步骤S6；否则，顺序执行步骤S33；
S33、顺序判断电压差、频率差和相位差是否满足同期条件；
S331、判断电压差Usync是否小于等于Vsync；是则，顺序执行步骤S332；否则，转为执行步骤S334；
S332、判断频率差Fsync是否小于等于Fset：是则，顺序执行步骤S333；否则，转为执行步骤S335；
S333、判断相位差Hc是否小于等于sync，是则，顺序执行步骤S34；否则，转为执行步骤S33；
S334、通过电子调压器AVR调节发电电压，返回执行步骤S331；
S335、通过电子调速器GOV调节发电频率，返回执行步骤S332；
S34、同期操作时间Tsync的有效性判定
以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效，包括：
由于
其中，Hc的采样序列Hc、Hc1、Hc2、Hc3、……，序列值的差|Hc-Hc1|、|Hc1-Hc2|、|Hc2-Hc3|、……，实际上是|Ts-Tg|的整数倍；故Ttq的计算序列Ttq、Ttq1、Ttq2、Ttq3……，序列值的差|Ttq-Ttq1|、|Ttq1-Ttq2|、|Ttq2-Ttq3|、……，实际上是Min(Ts,Tg)的整数倍；由此获得的同期操作时间差|Tsync-Tsync1|、|Tsync1-Tsync2|、|Tsync2-Tsync3|、……，也是Min(Ts,Tg)的整数倍；故有，
|Tsync-Tsync1|！＝|Tsync1-Tsync2|！＝|Tsync2-Tsync3|；
设上一次断路器合闸的同期操作时间为Tsync1，若(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs；则当前计算得到的同期操作时间Tsync有效，记为有效同期操作时间T′sync；否则，本次计算得到的Tsync舍弃，T′sync保持不变；
S35、断路器合闸条件判断
判断T′sync+30000μs≥Tmem≥T′sync是否成立，是则，视为断路器合闸条件已满足，即同期时刻到达；开启合闸时间计时器，清零合闸冲击电流，发出并网断路器合闸指令；否则，在同期延时未达到设定时间的情况下重新进入同期条件判断流程；其中，T′sync为有效同期操作时间；Tmem为判断是否满足断路器合闸条件并发出断路器合闸指令的计时器，在采集基本电量时开启，然后不断以1μs的增量自加；
S4、并网执行判定
设定合闸时间内是否收到合闸成功信号；是则，继续执行步骤S5；否则，转为执行步骤S7；
S5、结果统计
S51、记录合闸时间内的最大电流Max(Ia、Ib、Ic)，且将其视为并网冲击电流；
S52、记录断路器合闸执行时间Tt，即发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间；转为执行步骤S8；
S6、报告同期失败，转为执行步骤S8；
S7、报告合闸失败；
S8、结束并网。
可见，本发明柴油发电机并网同期控制方法采用周期直接计算同期参数，以CPU的计数器单位时间为基数，把滑差Hc、补偿角度Φ、断路器合闸时间Tt归一化处理成时间量Ttq、Tbc、Thz，且统一到同期操作时间Tsync＝Ttq+Tbc-Thz，有效提高了断路器合闸时间的准确性；其次，本发明柴油发电机并网同期控制方法进行了提前时间序列一致性判定，(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs，有效避免频率波动对并网的影响；再其次，本发明柴油发电机并网同期控制方法动态统计合闸继电器执行时间Tt，精确控制合闸时机，进一步减少并网冲击电流。
显然，本发明柴油发电机并网同期控制方法的有益技术效果是综合考虑市电和发电的相位差、检测角度补偿和断路器合闸时间三个方面的因素对同期操作时间的影响，且在同期操作时间的一致性判断合格后发出断路器合闸指令，精准控制断路器合闸时机，进一步减少并网冲击电流。
Claims (4)
1.一种柴油发电机并网同期控制方法，其特征在于，以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；采用同期操作时间Tsync作为同期控制的基础；以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效；并以有效同期操作时间T′sync至T′sync+30000μs作为并网断路器满足合闸条件的合闸时间区间；并在合闸时间区间内发出合闸指令；其中：
所述以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量，包括，以设定的采样时间周期Tsamp进行采集；同时，通过捕获市电和发电的中断信号，测得市电和发电频率的当前周期值Tnew；若市电和发电的连续三个周期的差值均小于40μs，则最后一个周期为有效周期Tnew；并且，根据有效周期Tnew对采样时间周期Tsamp进行校正，其校正公式为：式中，Tsamp为采样时间区间，Tnew为有效周期，Nsamp为基本电量信号每个周波的采样点数；
所述基本电量，包括：
市电的电压UA、UB、UC、电流IA、IB、IC和周期Ts；
发电的电压Ua、Ub、Uc、电流Ia、Ib、Ic和周期Tg；
市电和发电捕获中断信号的时间差，即滑差Hc；
所述同期操作时间Tsync，包括：
Tsync＝Ttq+Tbc+Thz
式中，Tsync为同期操作时间，单位为μs；Ttq为滑差时间，单位为μs；Tbc为补偿角度时间，单位为μs；Thz为断路器合闸执行时间，单位为μs；其中：
式中，Hc为滑差，即市电和发电捕获中断信号的时间差，单位为μs；Ts为市电周期，单位为μs；Tg为发电周期，单位为μs；Min(Ts,Tg)是指取Ts和Tg中的较小值，单位为μs；Φ为电压的补偿角度，单位为度；3600为圆周角360°的10倍值；Tt为断路器合闸检测时间，即实际监测到的发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间，单位为ms；CPU_Hz为CPU的计数器单位时间的个数，其值为1000000/s，1个计时单位为1μs。
2.根据权利要求1所述柴油发电机并网同期控制方法，其特征在于，所述以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效，包括：
由于
其中，Hc的采样序列Hc、Hc1、Hc2、Hc3、……，序列值的差|Hc-Hc1|、|Hc1-Hc2|、|Hc2-Hc3|、……，实际上是|Ts-Tg|的整数倍；故Ttq的计算序列Ttq、Ttq1、Ttq2、Ttq3……，序列值的差|Ttq-Ttq1|、|Ttq1-Ttq2|、|Ttq2-Ttq3|、……，实际上是Min(Ts,Tg)的整数倍；由此获得的同期操作时间差|Tsync-Tsync1|、|Tsync1-Tsync2|、|Tsync2-Tsync3|、……，也是Min(Ts,Tg)的整数倍；故有，
|Tsync-Tsync1|！＝|Tsync1-Tsync2|！＝|Tsync2-Tsync3|；
设上一次断路器合闸的同期操作时间为Tsync1，若(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs；则当前计算得到的同期操作时间Tsync有效，记为有效同期操作时间T′sync；否则，本次计算得到的Tsync舍弃，T′sync保持不变。
3.根据权利要求1所述柴油发电机并网同期控制方法，其特征在于，所述以有效同期操作时间T′sync至T′sync+30000μs作为并网断路器满足合闸条件的合闸时间区间，包括，
判断T′sync+30000μs≥Tmem≥T′sync是否成立，是则，视为断路器合闸条件已满足，即同期时刻到达；开启合闸时间计时器，清零合闸冲击电流，发出断路器合闸指令；否则，在同期延时未达到设定时间的情况下重新进入同期条件判断流程；其中，T′sync为有效同期操作时间；Tmem为判断是否满足断路器合闸条件并发出断路器合闸指令的计时器，在采集基本电量时开启，然后不断以1μs的增量自加。
4.根据权利要求1至3任意一项所述柴油发电机并网同期控制方法，其特征在于，该方法包括，基本电量采集、基本电量计算、并网过程控制、并网执行判定和结果统计五个方面；包括以下步骤：
S1、基本电量采集
以设定的采样时间周期Tsamp实时采集市电和发电的基本电量；同时，通过捕获市电和发电的中断信号，测得市电和发电频率的当前周期值Tnew；若市电和发电的连续三个周期的差值均小于40μs，则最后一个周期为有效周期Tnew；并且，根据有效周期Tnew对采样时间周期Tsamp进行校正，其校正公式为：式中，式中，Tsamp为采样时间区间，Tnew为有效周期，Nsamp为基本电量信号每个周波的采样点数；
所述基本电量，包括：
市电的电压UA、UB、UC、电流IA、IB、IC和周期Ts；
发电的电压Ua、Ub、Uc、电流Ia、Ib、Ic和周期Tg；
捕获市电和发电的中断信号的时间差，即滑差Hc；
其中，所述电流是指数模转换AD的电流采样值；
S2、基本电量计算
根据步骤S1采集的数据，实时计算下列参数：
S21、电压电流的计算：采用离散傅里叶变换，求出电压电流的虚实部，求得电压电流幅值和以Ua为基准的相位角大小；同时，计算市电和发电的电压差；
S22、序分量计算：计算市电和发电的正序电压、负序电压和零序电压；
市电和发电的相序接线正确时，正序电压等于相电压，负序电压应为零；
S23、频率计算：市电频率发电频率/>同时，计算市电和发电的频率差；
S24、滑差时间Ttq计算：
S25、补偿角度时间Tbc计算：
S26、断路器合闸时间Thz计算：
S27、同期操作时间Tsync计算：Tsync＝Ttq+Tbc+Thz
上述各式中，Fs为市电频率，单位为Hz；CPU_Hz为CPU的计数器单位时间的个数，其值为每秒1000000个，1个计时单位为1μs；Ts为市电周期，单位为μs；Fg为发电频率，单位为Hz；Tg为发电周期，单位为μs；Tsync为同期操作时间，单位为μs；Ttq为滑差时间，单位为μs；Hc为滑差，即捕获市电和发电中断信号的时间差，单位为μs；Min(Ts,Tg)是指取Ts和Tg中的较小值，单位为μs；Tbc为补偿角度时间，单位为μs；Φ为电压的补偿角度，单位为度；3600为圆周角360°的10倍值；Tt为断路器合闸检测时间，即实际监测到的发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间，单位为ms；
S3、并网过程控制
设定各个参数的阈值：
同步电压差Vsync，定值范围：0-30V，默认值：3V；
同步频率差Fset，定值范围：0.02-2.00Hz，默认值：0.20Hz；
同步相位差定值范围：0.0-20.0°，默认值：10.0°；
同步失败时间Tfail，定值范围：5.0-300.0S，默认值：60.0S；
实时计算的差值：
市电与发电的相电压差值Usync＝|UA-Ua|；
市电与发电的频率差值Fsync＝|Fs-Fg|；
S31、同期进程开始，同期延时计时器Tdo开始计时；
S32、判断同期延时Tdo是否大于设定时间Tfail；是则，转为执行步骤S6；否则，顺序执行步骤S33；
S33、顺序判断电压差、频率差和相位差是否满足同期条件；
S331、判断电压差Usync是否小于等于Vsync；是则，顺序执行步骤S332；否则，转为执行步骤S334；
S332、判断频率差Fsync是否小于等于Fset：是则，顺序执行步骤S333；否则，转为执行步骤S335；
S333、判断相位差Hc是否小于等于是则，顺序执行步骤S34；否则，转为执行步骤S33；
S334、通过电子调压器AVR调节发电电压，返回执行步骤S331；
S335、通过电子调速器GOV调节发电频率，返回执行步骤S332；
S34、同期操作时间Tsync的有效性判定
以实时计算得到的同期操作时间Tsync与上一次断路器合闸的同期操作时间Tsync1的差判断Tsync是否有效，包括：
由于
其中，Hc的采样序列Hc、Hc1、Hc2、Hc3、……，序列值的差|Hc-Hc1|、|Hc1-Hc2|、|Hc2-Hc3|、……，实际上是|Ts-Tg|的整数倍；故Ttq的计算序列Ttq、Ttq1、Ttq2、Ttq3……，序列值的差|Ttq-Ttq1|、|Ttq1-Ttq2|、|Ttq2-Ttq3|、……，实际上是Min(Ts,Tg)的整数倍；由此获得的同期操作时间差|Tsync-Tsync1|、|Tsync1-Tsync2|、|Tsync2-Tsync3|、……，也是Min(Ts,Tg)的整数倍；故有，
|Tsync-Tsync1|！＝|Tsync1-Tsync2|！＝|Tsync2-Tsync3|；
设上一次断路器合闸的同期操作时间为Tsync1，若(|Tsync-Tsync1|％Min(Ts,Tg))<200μs；则当前计算得到的同期操作时间Tsync有效，记为有效同期操作时间T′sync；否则，本次计算得到的Tsync舍弃，T′sync保持不变；
S35、断路器合闸条件判断
判断T′sync+30000μs≥Tmem≥T′sync是否成立，是则，视为断路器合闸条件已满足，即同期时刻到达；开启合闸时间计时器，清零合闸冲击电流，发出并网断路器合闸指令；否则，在同期延时未达到设定时间的情况下重新进入同期条件判断流程；其中，T′sync为有效同期操作时间；Tmem为判断是否满足断路器合闸条件并发出断路器合闸指令的计时器，在采集基本电量时开启，然后不断以1μs的增量自加；
S4、并网执行判定
设定合闸时间内是否收到合闸成功信号；是则，继续执行步骤S5；否则，转为执行步骤S7；
S5、结果统计
S51、记录合闸时间内的最大电流Max(Ia、Ib、Ic)，且将其视为并网冲击电流；
S52、记录断路器合闸执行时间Tt，即发出断路器合闸指令到接收到断路器合闸成功信号的时间；转为执行步骤S8；
S6、报告同期失败，转为执行步骤S8；
S7、报告合闸失败；
S8、结束并网。
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| CN114825456A CN114825456A (zh) | 2022-07-29 |
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