專利名稱:同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期新方法及其實(shí)施裝置的制作方法
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域：
。
目前已有的自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，如ZZQ-2，ZZQ-3，ZZQ-4及ZZQ-5型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置〔一機(jī)部許昌繼電器研究所編寫(xiě)的《ZZQ-5型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置1980.2〕等都是以模擬電路為基礎(chǔ)，用比例微分方法及電路來(lái)檢查頻差并獲得“恒定”導(dǎo)前時(shí)間，并以δ＝ωst作為設(shè)計(jì)依據(jù)〔δ為導(dǎo)前相角，ωs為頻差角速度，t為時(shí)間〕。由于比例微分方法和模擬電路固有的“近似性”和參數(shù)不穩(wěn)定的限制，以及將同步發(fā)電機(jī)同期前的變速過(guò)程簡(jiǎn)化為等速過(guò)程來(lái)處理，這樣必然帶來(lái)了較大的誤差。本發(fā)明就是針對(duì)上述情況而著手研制的一種準(zhǔn)確、快速準(zhǔn)同期新方法及其實(shí)施裝置，從而提高了電力系統(tǒng)在事故情況下的穩(wěn)定性及節(jié)約發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中能源消耗。
本發(fā)明的要點(diǎn)是，利用全數(shù)字化的測(cè)量和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了δ＝ωst+ 1/2 (dωS)/(dt) t2的同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)準(zhǔn)同期新方法，該方法的主要步驟是一>利用微型機(jī)的軟、硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)直接由電路(同期小母線)提取的輸入信號(hào)Usys(系統(tǒng)電壓)和Ug(待同期發(fā)電機(jī)電壓)，通過(guò)波形變換及組合后(見(jiàn)附圖2)，利用測(cè)量矩形波(附圖2中所示的SG和S·
G)相應(yīng)寬度的方法，獲得所需的信息ωs和δn(實(shí)時(shí)相位角)，并利用測(cè)量在Δt時(shí)間內(nèi)的平均加速度來(lái)獲得所需的瞬時(shí)頻差加速度 (dωS)/(dt) 。
二>在每個(gè)工頻周期測(cè)量一次實(shí)時(shí)導(dǎo)前相角δn(δn第n個(gè)計(jì)算點(diǎn)處的實(shí)時(shí)導(dǎo)前相角δ)和計(jì)算一次理想導(dǎo)前合閘角δex＝ωstB+ 1/2 (dωS)/(dt) t2B(tB是斷路器合閘時(shí)間)，并比較δn和δex，在滿足δ＝δex的條件時(shí)，發(fā)出合閘命令，實(shí)現(xiàn)同期過(guò)程。
三>利用預(yù)測(cè)和預(yù)算的方法，解決數(shù)字測(cè)量間斷性和理想導(dǎo)前相角連續(xù)性的矛盾。因?yàn)棣膎的測(cè)量是每個(gè)工頻周期進(jìn)行一次，是斷續(xù)性的，而理想導(dǎo)前合閘角δex是連續(xù)性的，在計(jì)算點(diǎn)處(δ＝δn)恰好使δn＝δex的機(jī)率是極小的。為了保證捕捉到第一次合閘機(jī)會(huì)，本發(fā)明在每個(gè)計(jì)算點(diǎn)不僅測(cè)量該時(shí)刻的對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)導(dǎo)前相角δn，而且還預(yù)測(cè)下一個(gè)計(jì)算點(diǎn)處的δn+1(見(jiàn)附圖3)，當(dāng)δn＞δex＞δn+1時(shí)，還實(shí)時(shí)計(jì)算出導(dǎo)前相角修正量Δδ＝δex-δn，并對(duì)應(yīng)于δex的時(shí)刻〔即δex＝δn+Δδ〕發(fā)出合閘脈沖。
四>利用組合波形S·
G(見(jiàn)附圖2)的消失，帶電實(shí)時(shí)測(cè)量同期點(diǎn)斷路器的合閘時(shí)間，提供斷路器實(shí)際的合閘時(shí)間這個(gè)重要參數(shù)。
本發(fā)明的另一要點(diǎn)是根據(jù)上述同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期方法而設(shè)計(jì)的同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期控制裝置，該裝置以微型計(jì)算機(jī)為核心，由相應(yīng)的硬件和軟件共同組成。
該裝置的硬件配置，主要采用8位微處理機(jī)，4KEPOM存放程序，1KRAM作工作區(qū)，兩片定時(shí)/計(jì)數(shù)電路芯片作數(shù)據(jù)采集計(jì)算器、調(diào)節(jié)用定時(shí)器等，二片并行接口芯片，作為發(fā)電機(jī)參數(shù)設(shè)定標(biāo)志、調(diào)頻、調(diào)壓，合閘控制信號(hào)的I/O接口。其系統(tǒng)由輸入回路，波形變換與組合回路，參數(shù)設(shè)定標(biāo)志回路，人機(jī)聯(lián)系回路，輸出回路，變速器及調(diào)壓回路組成，見(jiàn)附圖1。
輸入回路及波形變換與組合回路是將輸入電壓Usys和Ug變換成矩形波并進(jìn)行組合，作為檢測(cè)δn、ωs， (dωS)/(dt) 的主要波形，然后以一固定頻率f0利用定時(shí)/計(jì)數(shù)電路對(duì)各波寬進(jìn)行計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器以中斷方式進(jìn)行讀數(shù)。
斷路器合閘時(shí)間測(cè)量回路，利用組合波形的特點(diǎn)，在每次對(duì)同期點(diǎn)斷路器發(fā)出合閘脈沖后，立即進(jìn)行斷路器合閘時(shí)間的測(cè)量，其測(cè)量的關(guān)鍵在于利用組合波形的消失反映斷路器主觸頭的閉合。
以上兩部分的電路見(jiàn)附圖4。
參數(shù)設(shè)定標(biāo)志回路不同發(fā)電機(jī)進(jìn)行同期時(shí)，需要給定相應(yīng)的參數(shù)，這些參數(shù)是指，導(dǎo)前時(shí)間、允許頻差、允許頻差加速度、調(diào)速及調(diào)壓規(guī)律的有關(guān)參數(shù)、合閘閉鎖角等。各發(fā)電機(jī)參數(shù)已預(yù)先固化在EPROM中，當(dāng)某發(fā)電機(jī)需進(jìn)行同期時(shí)再將其參勘調(diào)入RAM參數(shù)區(qū)。因此需要有識(shí)別各臺(tái)發(fā)電機(jī)的標(biāo)志，以便相應(yīng)地改變參數(shù)。發(fā)電機(jī)的同期開(kāi)關(guān)接點(diǎn)作為本裝置的參數(shù)識(shí)別標(biāo)志信號(hào)。
人機(jī)聯(lián)系回路為了使已固化在EPROM中的導(dǎo)前時(shí)間能按實(shí)際需要方便地進(jìn)行修正，裝置通過(guò)人機(jī)聯(lián)系回路實(shí)現(xiàn)該功能，包括修正選擇開(kāi)關(guān)、修正符號(hào)開(kāi)關(guān)、修正鍵及啟動(dòng)鍵。另外，為了調(diào)試方便，還設(shè)置了復(fù)位鍵。
以上兩部分電路見(jiàn)附圖5。
輸出回路是對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制的輸出信號(hào)出口電路。它包括調(diào)速，調(diào)壓，合閘等輸出信號(hào)。出口電路可選用可控硅輸出或繼電器輸出，其電路見(jiàn)附圖6。
調(diào)壓回路考慮到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的主導(dǎo)作用，本裝置采用較簡(jiǎn)單的硬件電壓差測(cè)量回路，由軟件控制發(fā)出相應(yīng)的調(diào)壓脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)。該部分電路見(jiàn)附圖7。
該裝置的軟件設(shè)計(jì)采用模塊方式，程序結(jié)構(gòu)清晰，便于修改、擴(kuò)展。
一>主流程圖，見(jiàn)附圖8，主要由下列模塊組成1.輸入通道檢查模塊，檢查輸入回路，波形變換與組合回路以及計(jì)數(shù)通道的工作是否正常。
2.自診斷模塊，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)CPU、RAM、ROM的自診斷功能。
3.初始化模塊，包括對(duì)各可編程接口芯片的初始化，工作區(qū)清零，設(shè)置常數(shù)及初始標(biāo)志狀態(tài)等。
4.輸入模塊，對(duì)參數(shù)設(shè)定標(biāo)志，即發(fā)電機(jī)同期開(kāi)關(guān)接點(diǎn)掃描，以確定待同期的發(fā)電機(jī)，并將相應(yīng)的參數(shù)輸入RAM參數(shù)區(qū)。并掃描修正選擇開(kāi)關(guān)位置，決定是否需要接受導(dǎo)前時(shí)間修正值。
5.設(shè)置保證所檢測(cè)波形完整性的標(biāo)志模塊，由于控制裝置投入工作是隨機(jī)的，因此開(kāi)始檢測(cè)的幾個(gè)波形可能不是一個(gè)完整的波形，這就會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)和運(yùn)算結(jié)果的錯(cuò)誤，為此設(shè)置了本模塊，以保證測(cè)量波形的完整性。
二>中斷服務(wù)程序Ⅰ，其流程圖見(jiàn)附圖9。
中斷Ⅰ由矩形波G的后沿提出申請(qǐng)。中斷服務(wù)程序Ⅰ完成輸入本次發(fā)電機(jī)電壓波形變換后的矩形波波寬計(jì)數(shù)值NG·n，以及移動(dòng)數(shù)據(jù)，合理性判斷和存入本次NG·n等功能，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)NG·n的不斷更新。
三>中斷服務(wù)程序Ⅱ，其流程圖見(jiàn)附圖9。
中斷Ⅱ由矩形波s的后沿提出申請(qǐng)，用于更新系統(tǒng)電壓波形變換后的矩形波波寬的計(jì)數(shù)值Ns·n，其流程圖同中斷服務(wù)程序Ⅰ。
四>中斷服務(wù)程序Ⅲ，其流程圖見(jiàn)附圖10。
中斷Ⅲ由組合波形的后沿提出申請(qǐng)，所完成的功能如流程圖所示。
將上述方法及其實(shí)施裝置應(yīng)用于同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期，可以快速無(wú)誤地捕捉到每一個(gè)頻差周期內(nèi)僅有的一次合閘機(jī)會(huì)。從而保證在滿足同期條件下第一次合閘機(jī)會(huì)到來(lái)時(shí)，就發(fā)出合閘命令。實(shí)現(xiàn)同期過(guò)程平穩(wěn)，無(wú)沖擊。
附圖1為系統(tǒng)方框圖。附圖1中，1為微型計(jì)算機(jī)，2為計(jì)數(shù)/定時(shí)器，3為I/O接口，4為波形變換與組合電路，5為合閘時(shí)間測(cè)量回路，6為調(diào)壓回路，7為參數(shù)設(shè)定標(biāo)志回路，8為人機(jī)聯(lián)系回路，9為輸出回路，10為輸入回路，11為變換器回路。12為參數(shù)標(biāo)志輸入信號(hào)，13為輸出信號(hào)。
附圖2為電壓波形圖。附圖2中，Usys為系統(tǒng)電壓，Ug為發(fā)電機(jī)電壓，s為系統(tǒng)電壓經(jīng)過(guò)波形變換后所得到的矩形波，G為發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)過(guò)波形變換后所得到的矩形波，S·
G為變換后的系統(tǒng)電壓及發(fā)電機(jī)電壓的組合波形。
附圖3為合閘角δ的計(jì)算示意圖。附圖3中，δn為第n個(gè)計(jì)算點(diǎn)處的實(shí)時(shí)導(dǎo)前相角δ，δex為理想導(dǎo)前合閘角，δn+1為第n+1個(gè)計(jì)算點(diǎn)處的實(shí)時(shí)導(dǎo)前相角δ。
附圖4為電壓變換及組合電路圖，附圖4中1為時(shí)鐘信號(hào)，2為至接口及計(jì)數(shù)電路的輸出信號(hào)。
附圖5為輸入回路及人機(jī)聯(lián)系回路電路圖，附圖5中，1為至接口電路的輸出信號(hào)，2為修正選擇開(kāi)關(guān)，3為符號(hào)開(kāi)關(guān)，4為啟動(dòng)按鈕，7為至CPU的輸出信號(hào)，1F～16F為1號(hào)發(fā)電機(jī)～16號(hào)發(fā)電機(jī)同期開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，＃1F～＃16F為＃1～＃16發(fā)電機(jī)。
附圖6為輸出回路電路圖。附圖6中，1為至接口電路的輸出信號(hào)，2為至加速控制回路的輸出信號(hào)，3為至減速控制回路的輸出信號(hào)，4為至升壓控制回路的輸出信號(hào)，5為至降壓控制回路的輸出信號(hào)，6為至合閘控制回路的輸出信號(hào)。
附圖7為調(diào)壓回路電路圖。附圖7中，1為至升壓控制回路的輸出信號(hào)，2為至降壓控制回路的輸出信號(hào)，3為至超速保護(hù)回路的輸出信號(hào)。
附圖8為主流程圖，附圖8中1為開(kāi)始，2為通道檢查，3為正常？，4為自診斷，5為正常？，6為初始化，7為輸入模塊，8為合理？，9為設(shè)波形完整標(biāo)志，10為開(kāi)中，11為等中，12為出錯(cuò)1，13為出錯(cuò)2，14為出錯(cuò)3。該附圖中，1～3構(gòu)成輸入通道檢查模塊，4～5構(gòu)成自診斷模塊，6為初始化模塊，7～8構(gòu)成輸入模塊，9為設(shè)置保證所檢測(cè)波形完整性的標(biāo)志模塊。
附圖9為中斷服務(wù)程序Ⅰ、Ⅱ的流程圖。附圖9中，1為輸入，2為合理？，3為存發(fā)電機(jī)頻率NG，4為開(kāi)中，5為返回，6為出錯(cuò)。
附圖10為中斷服務(wù)程序Ⅲ流程圖。附圖10中，1為輸入，2為波形完整嗎？，3為計(jì)算｜ωs｜、｜ (△ωS)/(△t) ｜，4為合理？，5為確定δ區(qū)間，6為同頻不同相嗎？，7為調(diào)頻，8為調(diào)壓，9為δ＝180°～0°區(qū)間？，10為計(jì)算δ，δex，11為預(yù)測(cè)，預(yù)算δn+1，12為等待，13為調(diào)頻，14為調(diào)壓，15為合閘？，16為計(jì)算修正值并修正，17為發(fā)合閘脈沖，18為準(zhǔn)備實(shí)測(cè)斷路器合閘時(shí)間，19為返回。
權(quán)利要求
1.一種同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期方法，其特征在于所說(shuō)的方法是利用微型機(jī)的軟、硬件通過(guò)對(duì)系統(tǒng)電壓Usys和待同期電壓Ug進(jìn)行波形變換及組合，直接提取Usys和Ug的角頻差ωs和實(shí)時(shí)相位角σ的數(shù)字量，并實(shí)時(shí)計(jì)算理想導(dǎo)前合閘角σex，并在σ=σex時(shí)，表出合閘脈沖，實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)的自動(dòng)準(zhǔn)同期。
2.如權(quán)利要求
1所述的同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期方法，其特征是所述的ωs，δ實(shí)時(shí)數(shù)字信息是直接從相應(yīng)矩形波的寬度獲得的，所述的理想導(dǎo)前合閘角δex的計(jì)算是基于δex＝ωstB+ 1/2 (dωS)/(dt) t2B。
3.如權(quán)利要求
1、2所述的同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期方法，其特征是，對(duì)所述的δ和δex的測(cè)量和計(jì)算是在每個(gè)工頻周期進(jìn)行一次，并隨機(jī)進(jìn)行比較判斷。
4.如權(quán)利要求
3所述的同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期方法，其特征是在所述的δ的每個(gè)計(jì)算點(diǎn)不僅測(cè)量該時(shí)刻的對(duì)應(yīng)實(shí)時(shí)導(dǎo)前相角δn，而且還預(yù)測(cè)下一個(gè)計(jì)算點(diǎn)的δn+1，并實(shí)時(shí)計(jì)算出導(dǎo)前相角修正量Δδ＝δex-δn。
5.一種同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期控制裝置，其特征在于該裝置是由微型計(jì)算機(jī)及與之相配合的硬件及軟件共同組成的。
6.如權(quán)利要求
5所述的同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期控制裝置，其特征在于所述的硬件是由輸入回路，波形變換及組合回路，參數(shù)設(shè)定標(biāo)志回路、人機(jī)聯(lián)系回路、輸出回路、變速器及調(diào)壓回路組成的。
7.如權(quán)利要求
6、7所述的同步發(fā)電機(jī)準(zhǔn)同期控制裝置，其特征在于所述的軟件是由輸入通道檢查模塊，自診斷模塊、輸入模塊，初始化模塊及保證所檢測(cè)波形完整性的標(biāo)志模塊和中斷服務(wù)Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ所組成的。
專利摘要
一種實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期新方法及基于 該方法的同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期微機(jī)控制裝置。該 裝置從方法上消除了引起同期過(guò)程中產(chǎn)生誤差和沖 擊的各種因素，并從實(shí)施方法上保證同期過(guò)程的快 速、準(zhǔn)確和可靠。該發(fā)明為提高電力系統(tǒng)在事故情況 下的穩(wěn)定性及節(jié)約發(fā)電機(jī)并網(wǎng)過(guò)程中能源消耗提供 一個(gè)新途徑。它可用于同步發(fā)電機(jī)精確、快速的準(zhǔn)同 期控制，也可推廣應(yīng)用于水輪發(fā)電機(jī)組低周波自動(dòng) 啟動(dòng)和電力系統(tǒng)解列點(diǎn)捕捉同期重合閘的控制。
文檔編號(hào)H02J3/40GK85104919SQ85104919
公開(kāi)日1987年1月7日 申請(qǐng)日期1985年6月25日
發(fā)明者王渺, 葉念國(guó), 林開(kāi)榮 申請(qǐng)人:武漢水利電力學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan