CN85104919A - 同步发电机自动准同期新方法及其实施装置 - Google Patents

Abstract

一种实现同步发电机自动准同期新方法及基于 该方法的同步发电机自动准同期微机控制装置。该 装置从方法上消除了引起同期过程中产生误差和冲 击的各种因素，并从实施方法上保证同期过程的快 速、准确和可靠。该发明为提高电力系统在事故情况 下的稳定性及节约发电机并网过程中能源消耗提供 一个新途径。它可用于同步发电机精确、快速的准同 期控制，也可推广应用于水轮发电机组低周波自动 启动和电力系统解列点捕捉同期重合闸的控制。

Description

本发明属于电力系统自动控制技术领域。

目前已有的自动准同期装置，如ZZQ-2，ZZQ-3，ZZQ-4及ZZQ-5型自动准同期装置〔一机部许昌继电器研究所编写的《ZZQ-5型自动准同期装置1980.2〕等都是以模拟电路为基础，用比例微分方法及电路来检查频差并获得“恒定”导前时间，并以δ＝ω_st作为设计依据〔δ为导前相角，ω_s为频差角速度，t为时间〕。由于比例微分方法和模拟电路固有的“近似性”和参数不稳定的限制，以及将同步发电机同期前的变速过程简化为等速过程来处理，这样必然带来了较大的误差。本发明就是针对上述情况而着手研制的一种准确、快速准同期新方法及其实施装置，从而提高了电力系统在事故情况下的稳定性及节约发电机并网过程中能源消耗。

本发明的要点是，利用全数字化的测量和计算，实现了δ＝ω_st+ 1/2 (dω_S)/(dt) t²的同步发电机的自动准同期新方法，该方法的主要步骤是：

一>利用微型机的软、硬件来实现直接由电路（同期小母线）提取的输入信号U_sys（系统电压）和U_g（待同期发电机电压），通过波形变换及组合后（见附图2），利用测量矩形波（附图2中所示的SG和S· G）相应宽度的方法，获得所需的信息ω_s和δ_n（实时相位角），并利用测量在Δt时间内的平均加速度来获得所需的瞬时频差加速度 (dω_S)/(dt) 。

二>在每个工频周期测量一次实时导前相角δ_n（δ_n：第n个计算点处的实时导前相角δ）和计算一次理想导前合闸角δ_ex＝ω_st_B+ 1/2 (dω_S)/(dt) t² _B（t_B是断路器合闸时间），并比较δ_n和δ_ex，在满足δ＝δ_ex的条件时，发出合闸命令，实现同期过程。

三>利用预测和预算的方法，解决数字测量间断性和理想导前相角连续性的矛盾。因为δ_n的测量是每个工频周期进行一次，是断续性的，而理想导前合闸角δ_ex是连续性的，在计算点处（δ＝δ_n）恰好使δ_n＝δ_ex的机率是极小的。为了保证捕捉到第一次合闸机会，本发明在每个计算点不仅测量该时刻的对应实时导前相角δ_n，而且还预测下一个计算点处的δ_n+1（见附图3），当δ_n＞δ_ex＞δ_n+1时，还实时计算出导前相角修正量Δδ＝δ_ex-δ_n，并对应于δ_ex的时刻〔即δ_ex＝δ_n+Δδ〕发出合闸脉冲。

四>利用组合波形S· G（见附图2）的消失，带电实时测量同期点断路器的合闸时间，提供断路器实际的合闸时间这个重要参数。

本发明的另一要点是：根据上述同步发电机准同期方法而设计的同步发电机准同期控制装置，该装置以微型计算机为核心，由相应的硬件和软件共同组成。

该装置的硬件配置，主要采用8位微处理机，4KEPOM存放程序，1KRAM作工作区，两片定时/计数电路芯片作数据采集计算器、调节用定时器等，二片并行接口芯片，作为发电机参数设定标志、调频、调压，合闸控制信号的I/O接口。其系统由输入回路，波形变换与组合回路，参数设定标志回路，人机联系回路，输出回路，变速器及调压回路组成，见附图1。

输入回路及波形变换与组合回路是将输入电压U_sys和U_g变换成矩形波并进行组合，作为检测δ_n、ω_s， (dω_S)/(dt) 的主要波形，然后以一固定频率f₀利用定时/计数电路对各波宽进行计数。计数器以中断方式进行读数。

断路器合闸时间测量回路，利用组合波形的特点，在每次对同期点断路器发出合闸脉冲后，立即进行断路器合闸时间的测量，其测量的关键在于利用组合波形的消失反映断路器主触头的闭合。

以上两部分的电路见附图4。

参数设定标志回路：不同发电机进行同期时，需要给定相应的参数，这些参数是指，导前时间、允许频差、允许频差加速度、调速及调压规律的有关参数、合闸闭锁角等。各发电机参数已预先固化在EPROM中，当某发电机需进行同期时再将其参勘调入RAM参数区。因此需要有识别各台发电机的标志，以便相应地改变参数。发电机的同期开关接点作为本装置的参数识别标志信号。

人机联系回路：为了使已固化在EPROM中的导前时间能按实际需要方便地进行修正，装置通过人机联系回路实现该功能，包括修正选择开关、修正符号开关、修正键及启动键。另外，为了调试方便，还设置了复位键。

以上两部分电路见附图5。

输出回路是对发电机进行控制的输出信号出口电路。它包括调速，调压，合闸等输出信号。出口电路可选用可控硅输出或继电器输出，其电路见附图6。

调压回路：考虑到发电机励磁调节装置的主导作用，本装置采用较简单的硬件电压差测量回路，由软件控制发出相应的调压脉冲进行调节。该部分电路见附图7。

该装置的软件设计采用模块方式，程序结构清晰，便于修改、扩展。

一>主流程图，见附图8，主要由下列模块组成：

1.输入通道检查模块，检查输入回路，波形变换与组合回路以及计数通道的工作是否正常。

2.自诊断模块，主要实现对CPU、RAM、ROM的自诊断功能。

3.初始化模块，包括对各可编程接口芯片的初始化，工作区清零，设置常数及初始标志状态等。

4.输入模块，对参数设定标志，即发电机同期开关接点扫描，以确定待同期的发电机，并将相应的参数输入RAM参数区。并扫描修正选择开关位置，决定是否需要接受导前时间修正值。

5.设置保证所检测波形完整性的标志模块，由于控制装置投入工作是随机的，因此开始检测的几个波形可能不是一个完整的波形，这就会导致测量数据和运算结果的错误，为此设置了本模块，以保证测量波形的完整性。

二>中断服务程序Ⅰ，其流程图见附图9。

中断Ⅰ由矩形波G的后沿提出申请。中断服务程序Ⅰ完成输入本次发电机电压波形变换后的矩形波波宽计数值N_G·n，以及移动数据，合理性判断和存入本次N_G·n等功能，以实现数据区内N_G·n的不断更新。

三>中断服务程序Ⅱ，其流程图见附图9。

中断Ⅱ由矩形波s的后沿提出申请，用于更新系统电压波形变换后的矩形波波宽的计数值N_s·n，其流程图同中断服务程序Ⅰ。

四>中断服务程序Ⅲ，其流程图见附图10。

中断Ⅲ由组合波形的后沿提出申请，所完成的功能如流程图所示。

将上述方法及其实施装置应用于同步发电机自动准同期，可以快速无误地捕捉到每一个频差周期内仅有的一次合闸机会。从而保证在满足同期条件下第一次合闸机会到来时，就发出合闸命令。实现同期过程平稳，无冲击。

附图1为系统方框图。附图1中，1为微型计算机，2为计数/定时器，3为I/O接口，4为波形变换与组合电路，5为合闸时间测量回路，6为调压回路，7为参数设定标志回路，8为人机联系回路，9为输出回路，10为输入回路，11为变换器回路。12为参数标志输入信号，13为输出信号。

附图2为电压波形图。附图2中，U_sys为系统电压，U_g为发电机电压，s为系统电压经过波形变换后所得到的矩形波，G为发电机电压经过波形变换后所得到的矩形波，S· G为变换后的系统电压及发电机电压的组合波形。

附图3为合闸角δ的计算示意图。附图3中，δ_n为第n个计算点处的实时导前相角δ，δ_ex为理想导前合闸角，δ_n+1为第n+1个计算点处的实时导前相角δ。

附图4为电压变换及组合电路图，附图4中1为时钟信号，2为至接口及计数电路的输出信号。

附图5为输入回路及人机联系回路电路图，附图5中，1为至接口电路的输出信号，2为修正选择开关，3为符号开关，4为启动按钮，7为至CPU的输出信号，1F～16F为1号发电机～16号发电机同期开关接点，^＃1F～^＃16F为^＃1～^＃16发电机。

附图6为输出回路电路图。附图6中，1为至接口电路的输出信号，2为至加速控制回路的输出信号，3为至减速控制回路的输出信号，4为至升压控制回路的输出信号，5为至降压控制回路的输出信号，6为至合闸控制回路的输出信号。

附图7为调压回路电路图。附图7中，1为至升压控制回路的输出信号，2为至降压控制回路的输出信号，3为至超速保护回路的输出信号。

附图8为主流程图，附图8中1为开始，2为通道检查，3为正常？，4为自诊断，5为正常？，6为初始化，7为输入模块，8为合理？，9为设波形完整标志，10为开中，11为等中，12为出错1，13为出错2，14为出错3。该附图中，1～3构成输入通道检查模块，4～5构成自诊断模块，6为初始化模块，7～8构成输入模块，9为设置保证所检测波形完整性的标志模块。

附图9为中断服务程序Ⅰ、Ⅱ的流程图。附图9中，1为输入，2为合理？，3为存发电机频率N_G，4为开中，5为返回，6为出错。

附图10为中断服务程序Ⅲ流程图。附图10中，1为输入，2为波形完整吗？，3为计算｜ω_s｜、｜ (△ω_S)/(△t) ｜，4为合理？，5为确定δ区间，6为同频不同相吗？，7为调频，8为调压，9为δ＝180°～0°区间？，10为计算δ，δ_ex，11为预测，预算δ_n+1，12为等待，13为调频，14为调压，15为合闸？，16为计算修正值并修正，17为发合闸脉冲，18为准备实测断路器合闸时间，19为返回。

Claims (7)

1、一种同步发电机自动准同期方法，其特征在于：所说的方法是利用微型机的软、硬件通过对系统电压U_sys和待同期电压U_g进行波形变换及组合，直接提取U_sys和U_g的角频差ω_s和实时相位角σ的数字量，并实时计算理想导前合闸角σ_ex，并在σ=σ_ex时，表出合闸脉冲，实现同步发电机的自动准同期。

2、如权利要求1所述的同步发电机自动准同期方法，其特征是所述的ω_s，δ实时数字信息是直接从相应矩形波的宽度获得的，所述的理想导前合闸角δ_ex的计算是基于

δ_ex＝ω_st_B+ 1/2 (dω_S)/(dt) t² _B。

3、如权利要求1、2所述的同步发电机自动准同期方法，其特征是，对所述的δ和δ_ex的测量和计算是在每个工频周期进行一次，并随机进行比较判断。

4、如权利要求3所述的同步发电机自动准同期方法，其特征是：在所述的δ的每个计算点不仅测量该时刻的对应实时导前相角δ_n，而且还预测下一个计算点的δ_n+1，并实时计算出导前相角修正量Δδ＝δ_ex-δ_n。

5、一种同步发电机准同期控制装置，其特征在于：该装置是由微型计算机及与之相配合的硬件及软件共同组成的。

6、如权利要求5所述的同步发电机准同期控制装置，其特征在于所述的硬件是由输入回路，波形变换及组合回路，参数设定标志回路、人机联系回路、输出回路、变速器及调压回路组成的。

7、如权利要求6、7所述的同步发电机准同期控制装置，其特征在于所述的软件是由输入通道检查模块，自诊断模块、输入模块，初始化模块及保证所检测波形完整性的标志模块和中断服务Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ所组成的。

Images