CN201388065Y - 应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的在于提供一种可有效提高并网质量、有利于电网稳定运行的应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置。它是由软件程序和硬件电路组成的；软件程序在硬件电路中实现。当电网中没有干扰或干扰较小时，采用硬件测频、测相角之结果计算导前时间，控制断路器合闸；当电网中干扰较强，采用硬件测频、测相角之结果不能保证并网精度时，应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置自动采用软件测频、测相角之结果计算导前时间，控制断路器合闸。本实用新型在并网过程中利用软、硬件测量的优点，可有效提高并网质量，有利于电网的稳定运行。

Description

应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置

(一)技术领域

本实用新型涉及检测技术，具体说就是一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置。

(二)背景技术

同期并网是电力系统中频繁而又重要的操作，为保证供电系统安全、稳定运行，要求同期装置控制并网必须具备安全可靠、快速的特点。相角差和频率差的准确计算是保证可靠并网的关键因素。

硬件测频、测相角具有程序简单、在电网中没有干扰情况下测量精度高的优点，但在干扰较大情况下测量误差较大，会直接影响并网质量。

软件测频相对于硬件测频而言，程序工作量较大，在电网中没有干扰情况下测量精度不如硬件高，但是在有干扰情况下测量精度优于硬件，而且干扰越强优势表现越明显。

目前在微机自动准同期装置中普遍只采用硬件测量频率和相角差的方法。当今电力系统污染日益严重，如何在谐波、噪声干扰条件下保证高质量并网是同期装置开发过程中首先要解决的问题。

同期装置在并网过程中若能够利用软、硬件测量的优点，在电网中没有干扰或干扰较小情况下采用硬件测量结果计算导前时间控制并网；在干扰较强条件下采用软件测量结果计算导前时间控制并网，可有效提高并网质量有利于电网的稳定运行。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可有效提高并网质量、有利于电网稳定运行的应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置。

本实用新型的目的是这样实现的：它是由软件程序和硬件电路组成的；软件程序联接硬件电路。

本实用新型还有以下技术特征：

(1)所述的软件程序由软件测频测相系统1、硬件测频测相系统2、分析系统和发电机侧电压信号干扰强度单元3、调节控制系统甲4和调节控制系统乙5组成的；软件测频测相系统1、硬件测频测相系统2分别连接分析系统和发电机侧电压信号干扰强度单元3，分析系统和发电机侧电压信号干扰强度单元3分别连接调节控制系统甲4和调节控制系统乙5。

(2)所述的软件测频测相系统1包括系统侧采样单元11、发电机侧采样单元12、系统侧软件计算电压有效值单元13、发电机侧软件计算电压有效值单元14、软件计算系统电压频率、相位单元15、软件计算发电机电压频率、相位单元16和计算两侧频率差、相位差单元17；系统侧采样单元11连接系统侧软件计算电压有效值单元13，系统侧软件计算电压有效值单元13连接软件计算系统电压频率、相位单元15，软件计算系统电压频率、相位单元15连接计算两侧频率差、相位差单元17；发电机侧采样单元12连接发电机侧计算电压有效值单元14，发电机侧软件计算电压有效值单元14连接软件计算发电机电压频率、相位单元16，软件计算发电机电压频率、相位单元16连接计算两侧频率差、相位差单元17。

(3)所述的硬件测频测相系统2包括发电机上升沿单元18、系统上升沿单元19、计算发电机电压频率单元20、计算系统电压频率单元21、根据两侧上升沿时刻计算相位差单元22和计算两侧频率差单元23；发电机上升沿单元18连接计算发电机电压频率单元20，计算发电机电压频率单元20连接根据两侧上升沿时刻计算相位差单元22，根据两侧上升沿时刻计算相位差单元22连接计算两侧频率差单元23；系统上升沿单元19连接计算系统电压频率单元21，计算系统电压频率单元21连接根据两侧上升沿时刻计算相位差单元22。

(4)所述的调节控制系统甲4包括任一侧或两侧干扰较强单元24、根据软件计算频率差结果调节发电机转速单元26和根据软件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元28；任一侧或两侧干扰较强单元24连接根据软件计算频率差结果调节发电机转速单元26，根据软件计算频率差结果调节发电机转速单元26连接根据软件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元28。

(5)所述的调节控制系统乙5包括两侧无干扰或干扰较弱单元25、根据硬件计算频率差结果调节发电机转速单元27和根据硬件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元29；两侧无干扰或干扰较弱单元25连接根据硬件计算频率差结果调节发电机转速单元27，根据硬件计算频率差结果调节发电机转速单元27连接根据硬件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元29。

(6)所述的硬件电路由CPU插件30、电源插件31、出口插件32、键盘显示插件33和交流插件34组成；CPU插件30分别连接电源插件31、出口插件32、键盘显示插件33和交流插件34。

本实用新型在并网过程中利用软、硬件测量的优点，在电网中没有干扰或干扰较小情况下采用硬件测量结果计算导前时间控制并网；在干扰较强条件下采用软件测量结果计算导前时间控制并网；可有效提高并网质量，有利于电网的稳定运行。

(四)附图说明

图1为本实用新型启动并网后的程序流程图；

图2为本实用新型硬件电路构成框图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。

实施例1，结合图1和图2，本实用新型一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置，它是由软件程序和硬件电路组成的；软件程序联接硬件电路。

所述的软件程序由软件测频测相系统(1)、硬件测频测相系统(2)、分析系统和发电机侧电压信号干扰强度单元(3)、调节控制系统甲(4)和调节控制系统乙(5)组成的；软件测频测相系统(1)、硬件测频测相系统(2)分别连接分析系统和发电机侧电压信号干扰强度单元(3)，分析系统和发电机侧电压信号干扰强度单元(3)分别连接调节控制系统甲(4)和调节控制系统乙(5)。

所述的软件测频测相系统(1)包括系统侧采样单元(11)、发电机侧采样单元(12)、系统侧软件计算电压有效值单元(13)、发电机侧软件计算电压有效值单元(14)、软件计算系统电压频率、相位单元(15)、软件计算发电机电压频率、相位单元(16)和计算两侧频率差、相位差单元(17)；系统侧采样单元(11)连接系统侧软件计算电压有效值单元(13)，系统侧软件计算电压有效值单元(13)连接软件计算系统电压频率、相位单元(15)，软件计算系统电压频率、相位单元(15)连接计算两侧频率差、相位差单元(17)；发电机侧采样单元(12)连接发电机侧计算电压有效值单元(14)，发电机侧软件计算电压有效值单元(14)连接软件计算发电机电压频率、相位单元(16)，软件计算发电机电压频率、相位单元(16)连接计算两侧频率差、相位差单元(17)。

所述的硬件测频测相系统(2)包括发电机上升沿单元(18)、系统上升沿单元(19)、计算发电机电压频率单元(20)、计算系统电压频率单元(21)、根据两侧上升沿时刻计算相位差单元(22)和计算两侧频率差单元(23)；发电机上升沿单元(18)连接计算发电机电压频率单元(20)，计算发电机电压频率单元(20)连接根据两侧上升沿时刻计算相位差单元(22)，根据两侧上升沿时刻计算相位差单元(22)连接计算两侧频率差单元(23)；系统上升沿单元(19)连接计算系统电压频率单元(21)，计算系统电压频率单元(21)连接根据两侧上升沿时刻计算相位差单元(22)。

所述的调节控制系统甲(4)包括任一侧或两侧干扰较强单元(24)、根据软件计算频率差结果调节发电机转速单元(26)和根据软件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元(28)；任一侧或两侧干扰较强单元(24)连接根据软件计算频率差结果调节发电机转速单元(26)，根据软件计算频率差结果调节发电机转速单元(26)连接根据软件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元(28)。

所述的调节控制系统乙(5)包括两侧无干扰或干扰较弱单元(25)、根据硬件计算频率差结果调节发电机转速单元(27)和根据硬件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元(29)；两侧无干扰或干扰较弱单元(25)连接根据硬件计算频率差结果调节发电机转速单元(27)，根据硬件计算频率差结果调节发电机转速单元(27)连接根据硬件计算频率差、相位差计算导前时间发出合闸脉冲单元(29)。

所述的硬件电路由CPU插件(30)、电源插件(31)、出口插件(32)、键盘显示插件(33)和交流插件(34)组成；CPU插件(30)分别连接电源插件(31)、出口插件(32)、键盘显示插件(33)和交流插件(34)。

实施例2，结合图1、图2，本实用新型解决的问题是：

1)软件测量频率精度，软件测量相角精度；

2)并网过程中两侧频率值相差较大时如何保证两侧频率、角度的计算精度；

3)依据硬件测量频率、相角计算导前时间还是依据软件测量频率、相角计算导前时间控制合闸的判别，从而有效保证并网质量和并网速度。

当电网中没有干扰或干扰较小时，采用硬件测频、测相角结果计算导前时间，控制断路器合闸；当电网中干扰较强，采用硬件测频、测相角结果不能保证并网精度时，装置自动采用软件测频、测相角结果计算导前时间，控制断路器合闸。此方案可有效保证并网质量和并网速度。在电网中干扰较强，硬件测量频率和相角不能保证并网质量条件下可，有效保证并网质量和并网速度。

实施例3，本实用新型一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置，其软件测量频率是这样实现的：基于富氏滤波的测频算法具有较强的滤波能力，并且其计算数据还可用于电压幅值测量，因而具有较好的实用性。本实用新型针对电压信号中谐波分量对测频精度的影响，设计了数字带通滤波器，对实时采集电压信号进行数字滤波处理以减小谐波成分，进而提高了测频精度。采用全周傅氏变换计算输入信号的实部和虚部，计算相邻N点的相角，计算相角的过程中为采用查表加线性插值方法来提高角度计算速度和精度。仿真试验表明算法实现相对简单、准确，对谐波有较好的抑制能力，适合于电力系统继电保护和测量的要求。

本实用新型一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置，其软件测量相角是这样实现的：采用傅立叶变换计算相位差的方法，从输入信号中抽取基波分量，求出基波分量的虚部和实部，再利用其比值的反正切求出相位角。设断路器一侧为系统电压Ua，其基波频率为fa。假定装置采样频率为基频的N倍，即Nfa，取时间窗为一个基波周期T(T＝1/fa)，对Ua进行傅立叶变换，计算出基波的实部和虚部分别为Uar＝Ucosθ，Uai＝Usinθ。由此得电压ua的基波相位角θ＝arctg(Uai/Uar)，同理计算另一侧相位角，进而求出两侧电压的相位差。

实施例4，本实用新型一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置，并网过程中两侧频率值相差较大时，是这样保证两侧频率、角度的计算精度的：在软件测频的计算中假定采样频率是信号频率的整数倍，则计算出的频率存在采样不同步误差，势必影响频率和相位差计算准确度，因此必须进行频率跟踪采样。但是，同期点两侧存在着不同步的两个电压信号，而同期装置一般只有一个采样频率，若装置只能对其中一个信号进行频率跟踪采样。这样当断路器两侧电压的频差较大时，频率差的计算误差也较大。开发过程中曾采用多种修正方法，但效果不是特别理想。从根本上解决此问题，保证软件计算频率差和相角差的准确性，最有效的解决方法便是对两侧信号分别进行频率跟踪采样。

实施例5，本实用新型一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置，是这样保证两侧采样的适时性的：两侧电压信号采样时刻的准确性是保证频率和相角计算精度关键，因此将“采样中断优先级”在CPU优先级的分配中设定为最高，它可打断任何正在执行的其它“中断”和“任务”。但是同一时刻CPU只能处理一侧采样，此时如果另一侧也有采样要求则只能等待，必然会影响另一侧采样的适时性，等待时间过长则必然影响另一侧的电压有效值、软件测频、相角等各项计算结果。因此必须尽可能地减少两侧采样中断用时，从而缩短采样中断的等待时间，为此采样中断再执行完采样后立即退出，以后的电压有效值等各种计算放在随后启动的“任务”中进行。经以上措施后两侧频率和相位计算误差达到精度要求；

实施例6，本实用新型一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置，依据硬件测量频率、相角计算导前时间，还是依据软件测量频率、相角计算导前时间控制合闸的判别如下：

装置不断监视两侧电压信号的干扰，在噪声和谐波较小情况下，采用硬件测量频率、相角差计算导前时间，控制发出合闸脉冲；当噪声和谐波超过一定强度，装置自动采用软件测量频率、相角差计算导前时间控制合闸。

Claims (1)

1.一种应用软硬件测频测相结合技术的准同期装置，它是由CPU插件(30)、电源插件(31)、出口插件(32)、键盘显示插件(33)和交流插件(34)组成的，其特征在于：CPU插件(30)分别连接电源插件(31)、出口插件(32)、键盘显示插件(33)和交流插件(34)。

Images