并網(wǎng)控制器的研發(fā)

1、山東大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文目錄目錄1摘要2Abstract3第一章緒論41.1、引言41.2、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)概述及準(zhǔn)同期裝置的發(fā)展51.3、準(zhǔn)同期并列的基本原理61.4、本文的主要內(nèi)容7第二章準(zhǔn)同期過程中各量的測量方法92.1、頻率的測量方法92.2、相位差測量方法102.3、電壓的測量方法11第三章 基于微處理器的準(zhǔn)同期裝置的設(shè)計123.1、準(zhǔn)同期裝置的介紹123.2、總體設(shè)計的考慮123.3、準(zhǔn)同期裝置的硬件設(shè)計133.3.1、直流穩(wěn)壓電源143.3.2、復(fù)位電路153.3.3、電壓測量電路153.3.4、頻率和相位差測量電路163.3.5、單片機(jī)電路173.3.6、準(zhǔn)同期裝置的軟件設(shè)計19第四章

2、總結(jié)和展望21致謝22參考文獻(xiàn)23附錄24摘要基于微處理器的準(zhǔn)同期裝置是一種以微處理器為基礎(chǔ)的并網(wǎng)控制器裝置，能夠精確預(yù)測合閘相角，迅速并網(wǎng)成功。準(zhǔn)同期裝置作為一種常用的自動裝置在電力系統(tǒng)并列操作中起著重要的作用。隨著電力系統(tǒng)容量以及發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的不斷增大、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜,從而對供電的安全可靠性及電能的質(zhì)量品質(zhì)提出了更高的要求,因此高性能的自動化裝置在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置作為電力系統(tǒng)中一個非常重要的自動化裝置,對提高系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行及線路負(fù)荷的合理、經(jīng)濟(jì)分配起著十分重要的作用,當(dāng)發(fā)生不符合同期條件的同期操作時將會帶來極其嚴(yán)重的后果,可能引起發(fā)電機(jī)的損傷甚至系統(tǒng)瓦

3、解。本文基于準(zhǔn)同期并列過程中使用安全可靠、操作快捷方便的準(zhǔn)同期裝置的需要,研制開發(fā)了基于89C52微控制器的微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置。本課題通過對準(zhǔn)同期條件的理論分析,結(jié)合工程實(shí)際應(yīng)用的需要,設(shè)計完成了89C52為控制器的微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置硬件平臺。控制器主要完成并列條件的檢測與判斷。在此硬件基礎(chǔ)之上,完成了相應(yīng)的軟件設(shè)計,實(shí)現(xiàn)了微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置的各項(xiàng)功能。該裝置具有性能可靠、并網(wǎng)速度快、準(zhǔn)確性高、誤差小等特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 電力系統(tǒng) 單片機(jī) 并網(wǎng)控制AbstractMicroprocessor-based quasi-synchronization device is a microprocessor

4、-based and network controller device that can accurately predict the closing phase, the rapid and successful network. Synchronizing device used as an automatic device to operate in parallel in the power system plays an important role. With the growing of the power system and unit capacity, the confi

5、guration of system becoming more complex, so high-powered automatic device used abroad in power system in order to guarentee the safe of system and the quality of the electric power. As one of the important automatic device in system, microprocessor-based automatic quasi-synchronization device takes

6、 main role in safe operation of system and the load distributed more reasonable and more economic. Paralleling in the incorrect point will bring serious system accident or even lead to the system breaking down.This parallel process based on the same period use of safe and reliable operation of fast

7、and convenient device needs the same period, developed a microcomputer based on 89C52 microcontroller automatically synchronizing device. Firstly, this paper analyse the theory of quasi-synchronization, combined with the actual project application, accomplished the hardware design of the quasi-synch

8、ronization device, which controller based on 89C52. The controller function including measure and judge the parallel condition,。accomplished the software design in order to achieve all kings of function of the microprocessor-based automatic quasi-synchronization device based on the hardware. The dev

9、ice has the characteristic of reliable performance and speed of network speed, high accuracy, few errors and so on.KEY WORDS Power Systems singlechip grid connection第一章 緒論1.1、引言隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力緊張在許多地方已成為一個突出的問題。電網(wǎng)電壓往往由于某處所的負(fù)載過重而產(chǎn)生下降，直至引起電力不足。一般的解決方法是在此處所增設(shè)一臺發(fā)電機(jī)，將其電力并接在電同上，用它發(fā)出的電力補(bǔ)充電網(wǎng)電力，以維持正常的用電電壓。當(dāng)前，許多場

10、合都采取上述措施1。在變電所或發(fā)電廠網(wǎng)控室中，同期操作可解決系統(tǒng)中分開運(yùn)行的線路斷路器爭取投入的問題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)并列運(yùn)行，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠運(yùn)行及線路負(fù)荷的合理、經(jīng)濟(jì)分配。同期操作是發(fā)電廠、變電所中重要的操作，但目前忽視同期操作重要性的情況還是存在的，主要表現(xiàn)在：（1）某些機(jī)組仍然采用手動同期方式或老式的同期裝置，給系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行造成危害。（2）對發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電壓間存在的相角差的控制不夠重視。（3）誤認(rèn)為待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的電壓差和頻率差調(diào)節(jié)的越小越好，延長了并網(wǎng)時間2, 5, 6, 9。頻率差、電壓差、相角差都是影響同期并列的重要因素，而且直接影響到發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行、壽命以及系統(tǒng)的穩(wěn)

11、定。因此，以上三個條件也就成為同期過程中必須控制的量。實(shí)際運(yùn)行中電壓差和頻率差對發(fā)電機(jī)的傷害不是很嚴(yán)重，真正傷害發(fā)電機(jī)的是相角差。在兩電源間存在著電壓差和頻率差的情況下并網(wǎng)會造成無功功率和有功功率的沖擊，也就是說在斷路器和尚的那一瞬間，電壓高的那一側(cè)向電壓低的那一側(cè)輸送一定數(shù)值的無功功率，頻率高的那一側(cè)向頻率低的那一側(cè)輸送一定數(shù)值的有功功率，但在發(fā)電機(jī)空載的情況下，即使存在較大的電壓差和較大的頻率差，其所對應(yīng)的無功功率和有功功率也是有限的，不會傷害發(fā)電機(jī)本身。因此發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中在本來就能承受較大的符合波動，比如說線路的故障跳閘或線路的重合閘都是較大的負(fù)荷波動。但是，如果相角差很大的情況下并

12、網(wǎng)的后果完全不同了。相角差是指發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的d軸和定子三相電流合成的同步旋轉(zhuǎn)磁場磁軸之間的角差。在斷路器合閘的那一瞬間，系統(tǒng)電壓加在發(fā)電機(jī)定子上，其角速度Ws旋轉(zhuǎn)的磁轉(zhuǎn)磁場將一個電磁轉(zhuǎn)矩4,12，強(qiáng)迫發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸系的磁軸與其取向一直，這一拉入同步的過程在極短的時間內(nèi)完成的，數(shù)百噸質(zhì)量的轉(zhuǎn)子軸系在定子電磁轉(zhuǎn)矩作用下旋轉(zhuǎn)一個角度的過程。很明顯相角差較大時對轉(zhuǎn)子軸系繞組及機(jī)械體系的傷害是巨大的。而且在相角差不為零的情況下進(jìn)行發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)有事還會引起更慘重的后果，例如一次同步諧振（扭振）。不良的并網(wǎng)將引起不斷增長的電力系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸系機(jī)械系統(tǒng)的次同步諧振。此時導(dǎo)致定子的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子軸系的扭矩不斷

13、增長，他們相互間的這種能量交換最終引起轉(zhuǎn)子軸系的嚴(yán)重?fù)p毀。因此，準(zhǔn)同期并列操作時，嚴(yán)格控制相角差是同期條件中最重要的一環(huán)。同期裝置在發(fā)電廠的重要性在于其直接影響著發(fā)電機(jī)的安全和壽命，且對節(jié)約能源也是不可忽視的。不良同期裝置與手動并網(wǎng)是發(fā)電機(jī)的隱形殺手，也是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的安全隱患。因此，研制新型高可靠性，高抗干擾性的危機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置，以提高均頻均壓控制功能，測頻測相精確度和提高捉合閘點(diǎn)精確度，達(dá)到拒絕發(fā)電機(jī)非同期合閘的發(fā)生具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.2、發(fā)電機(jī)并網(wǎng)概述及準(zhǔn)同期裝置的發(fā)展9隨著社會的發(fā)展和工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，對電能質(zhì)量和對供電可靠性的要求也隨之不斷提高。現(xiàn)在的同步發(fā)電機(jī)都是采

14、用與大電網(wǎng)并聯(lián)運(yùn)行的方式供電，即在大電網(wǎng)中多臺同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，形成一個很大的電力網(wǎng)。兩個交流電源的互聯(lián)操作即常說的“同期”、“同步”，“并列”、“并網(wǎng)”等，該操作是應(yīng)遵循的規(guī)則是在兩電源的壓差、頻差小于允許值且相角差接近零度時完成并網(wǎng)操作。準(zhǔn)同步是一種很小沖擊的并網(wǎng)方式。最早的時候，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)合閘操作人員手動來進(jìn)行。為了尋找合閘瞬間，常采用同步指示裝置。最簡單的同步指示裝置是燈光裝置。電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓通過電壓互感器(PT)降壓，PT二次側(cè)接上燈泡裝置。通過合適的接線，可以采用燈光熄滅法或者燈光旋轉(zhuǎn)法來判斷合閘的時機(jī)。但是由于燈泡一般在約1/6的額定電壓時就不亮了，所以更為準(zhǔn)確的方法是采

15、用零電壓表指示并網(wǎng)時間。手動操作人員要比較熟練，而且并網(wǎng)準(zhǔn)確度不高，風(fēng)險較大。目前，大多數(shù)電廠都是依靠同期裝置來進(jìn)行自動并網(wǎng)的，手動方式只是作為緊急時候的備用手段。 第一代自動準(zhǔn)同期裝置ZZQ3和ZZQS是模擬式的，它們用分立晶體管元件搭建硬件電路，對同期條件進(jìn)行監(jiān)測和處理。ZZQ3的出現(xiàn)代替了手動并網(wǎng)操作，極大提高了并網(wǎng)速度和可靠性。ZZQ3裝置的缺點(diǎn)主要是合閘準(zhǔn)確度比較低，另外，無法指示裝置的運(yùn)行狀態(tài)，不能進(jìn)行故障自檢。目前在大多數(shù)的電廠中，ZZQ3同期裝置己經(jīng)被淘汰。隨著數(shù)字技術(shù)和計算機(jī)的發(fā)展，在八十年代末九十年代初的時候，出現(xiàn)了以Z80單板機(jī)為核心的自動準(zhǔn)同期裝置。它的出現(xiàn)解決了模擬同

16、期裝置的缺點(diǎn)。目前在大多數(shù)電廠中使用單板機(jī)為核心的準(zhǔn)同期裝置。這種準(zhǔn)同期裝置典型的結(jié)構(gòu)是由七個部分構(gòu)成，包括Z80單板機(jī)為主的系統(tǒng)，數(shù)字電路構(gòu)成的輸入、輸出、供電源、繼電器輸出電路、傳輸電路和PT轉(zhuǎn)換電路等，因此它的體積比較大，并且由于采用Z80處理器以及大量中小規(guī)模的集成電路，所以電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，維修困難。現(xiàn)有的微機(jī)準(zhǔn)同期裝置多為8位單片機(jī)數(shù)字式，雖然能完成自動同期操作，但是調(diào)試?yán)щy、精度低，并且只有傳統(tǒng)的同期功能，已難以適應(yīng)現(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展，隨著數(shù)據(jù)處理和綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，目前也有許多公司采用數(shù)字信號處理器(Digital Signal Processor DSP)芯片作為微

17、處理器構(gòu)成自動準(zhǔn)同期裝置，采用DSP處理器，在處理速度和編程調(diào)試相比于單片機(jī)都有了進(jìn)一步的提高。但基于DSP的微機(jī)型同期裝置與基于單片機(jī)的微機(jī)型同期裝置的共同缺點(diǎn)是外圍電路自己搭建，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障概率高，維修困難?，F(xiàn)場調(diào)試也比較麻煩，抗干擾能力差，可靠性低13,15。1.3、準(zhǔn)同期并列的基本原理5,6,8準(zhǔn)同期方式是將待并發(fā)電機(jī)組調(diào)整到完全符合并聯(lián)條件后，才進(jìn)行合閘并網(wǎng)的操作.具體步驟是:將等待并網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組在投入系統(tǒng)前，通過調(diào)速器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速;通過勵磁裝置調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組勵磁電流，使發(fā)電機(jī)組端電壓接近系統(tǒng)電壓;在同期條件中的頻率差和電壓幅值差都滿足給定條件時，選擇

18、在零相角差到來前的合適時刻合上斷路器，控制斷路器觸點(diǎn)閉合瞬間引起的沖擊電流小于允許值，發(fā)電機(jī)組迅速被拉入同期運(yùn)行。準(zhǔn)同期并列的理想條件5現(xiàn)在以發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)為例，同期并列前的斷路器兩側(cè)的電壓為:發(fā)電機(jī)組側(cè)電壓：uG=UGsin（Gt+OG） (2.1)電網(wǎng)系統(tǒng)側(cè)電壓：uS=USsin（St+OS） (2.2)其中上兩式中：UG等待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的電壓幅值 US運(yùn)行系統(tǒng)的電壓幅值 uG斷路器等待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)側(cè)的電壓 uS斷路器運(yùn)行系統(tǒng)測的電壓 G等待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的角頻率 S運(yùn)行系統(tǒng)的角頻率 OG等待并網(wǎng)發(fā)電機(jī)的初相角 OS運(yùn)行系統(tǒng)的初相角圖1-1 準(zhǔn)同期方式的電壓相量分析由圖2-1 (b)的電壓相量分析可

19、知，發(fā)電機(jī)組并列投入電網(wǎng)時，為了避免發(fā)生電流的沖擊和轉(zhuǎn)軸突然受到扭矩，應(yīng)該使發(fā)電機(jī)組每一相的電動勢瞬時值與電網(wǎng)電壓瞬時值一直保持相等，因此，在保證兩側(cè)相序一致的前提下，允許斷路器并列的理想條件為:電壓幅值相等，UG=US；電壓角頻率相等，G=S或電壓頻率相等，即fG=fS；合閘瞬間的相角差為零，即=0o（為發(fā)電機(jī)測電壓與系統(tǒng)側(cè)電壓的相角差）。如果能同時滿足以上三個條件，則斷路器兩側(cè)的電壓相量重合而且無相對運(yùn)動，此時電壓差Ud=0，沖擊電流等于零，發(fā)電機(jī)組與系統(tǒng)立即同步運(yùn)行，不發(fā)生擾動。但是實(shí)際中，如果G=S，則并列點(diǎn)兩側(cè)電壓相量相對靜止，根本無法實(shí)現(xiàn)=0o。因此上述頻率相等的條件在實(shí)際中應(yīng)改為

20、頻率相近，合閘后系統(tǒng)通過自整步作用而將發(fā)電機(jī)組牽入同期運(yùn)行。1.4、本文的主要內(nèi)容本文主要介紹了電力系統(tǒng)準(zhǔn)同期并列以及準(zhǔn)同期裝置的研究。裝置是基于89C52的微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置，專用于火電廠機(jī)組與并網(wǎng)間的并列、水電機(jī)組與電網(wǎng)間的并列、變電站中母線與線路間的并列。具有并網(wǎng)可靠、快速、穩(wěn)定、精度高的優(yōu)點(diǎn)。論文主要包括四個方面的內(nèi)容：研究分析同期并列原理，詳細(xì)介紹了同期并列條件對同期的影響，分析了過去模擬式準(zhǔn)同期裝置存在的問題及微機(jī)型準(zhǔn)同期裝置的特點(diǎn)，最后得出新型微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置研制的總體方案。設(shè)計準(zhǔn)同期裝置的硬件結(jié)構(gòu)，在處理器選擇上，采用89C52為核心構(gòu)成系統(tǒng)，該單片機(jī)具有很強(qiáng)的計時計數(shù)功能，

21、更方便的完成各種計時計數(shù)功能。設(shè)計了電壓測量電路、頻率和相位差測量電路。軟件設(shè)計方面，主要介紹了電壓、頻率、相位差的測量方法計算方法以及程序的編寫工作。探討本設(shè)計中存在的問題，展望今后的研究方向。第二章 準(zhǔn)同期過程中各量的測量方法在準(zhǔn)同期過程中，需要對頻率、相位差和電壓進(jìn)行精確的測量和比較，而測量這三個量的方法又有很多，選取最方便精確的測量方法就成為本章所介紹的重點(diǎn)5,6。2.1 頻率的測量方法16頻率是電力系統(tǒng)提供電能質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)之一。頻率測量是電力系統(tǒng)運(yùn)行、控制和調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。電力系統(tǒng)運(yùn)行中，噪聲、諧波和隨機(jī)干擾等對測量點(diǎn)電壓信號會造成污染，各種擾動和操作又會造成相位躍變及各種非正常、

22、非穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，這些狀態(tài)下電力系統(tǒng)中電流和電壓的波形都要發(fā)生畸變。在這種復(fù)雜條件下進(jìn)行頻率測量，不但需要好的硬件抗干擾措施，測頻算法也很重要。響應(yīng)時間和測量精度是衡量頻率算法的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。圖2-1 周期測量原理圖 目前，人們提出了許多頻率測量算法。頻率測量的簡單方法是計算電壓或電流波形的過零點(diǎn)個數(shù)，此外，還有卡爾曼濾波算法、牛頓法、遞推最小二乘法等等，這些方法的計算量都偏大，因此在此選用計算量比較小的測量電壓波形的過零點(diǎn)個數(shù)來測量頻率。如圖2-1所示，脈沖計數(shù)器T0在輸入端接收到上升沿開始計數(shù)，計時器T2開始從零計時，T0在下一個上升沿出現(xiàn)時停止計數(shù).這里的頻率測量，為了避免輸入信號電壓幅值

23、變化影響測頻精度，采用測量200個上升沿之間的時間來測量出電壓信號的周期，進(jìn)而算出頻率。根據(jù)圖3-13所示 T=(t1-t0)/200 (3-1)則根據(jù)f=1/T得 f=200/(t1-t0) (3-2)2.2相位差測量方法在電力系統(tǒng)中，常常需要對電壓及電流之間的相位差進(jìn)行測量，有時還需要測量三相電壓或三相電流之間的相位關(guān)系。例如，各發(fā)電廠和變電站中的主設(shè)備變壓器，對其套管的介損測量就需要測量工作電壓與套管的泄漏電流之間的相位關(guān)系。傳統(tǒng)的相位測量方法通常有兩種，一種是基于硬件的測相方法，即“相位-時間”法（又稱“相位-脈寬”法）。一種是基于軟件的測相方法，即功率比例法，這兩種測量方法由于電路結(jié)

24、構(gòu)簡單，物理概念簡明，軟件易于實(shí)現(xiàn)，因此在有關(guān)相位差的測量技術(shù)中得到了極其廣泛的應(yīng)用。但是由于準(zhǔn)同期過程中需要測量兩個電壓信號之間的相位差，所以基于軟件的測量方法就顯得不實(shí)用了，這里選用“相位-時間”法來測量電壓信號之間的相位差。這種方法的基本要點(diǎn)就是：將兩個同頻被測信號整形為兩個方波信號，其前后沿分別對應(yīng)于被測信號的正向過零點(diǎn)和負(fù)向過零點(diǎn)，然后測量出這兩個同頻方波的前沿(或后沿)之間的時間差比例，即為這兩個被測信號之間的相位差。而要獲得這個時間法，其基本原理見圖2-2。對待并發(fā)電機(jī)頻率信號和電網(wǎng)頻率信號整形放大后輸出的方波信號US , UG，得出的輸出信號是一列寬度不等的矩形波與，這列矩形波

25、表示了相角差的變化。然后通過CD40106輸送到單片機(jī)89C52的計數(shù)器端口，比較兩個電壓矩形波信號的上升沿之間相隔的時間，即可得到相位差。圖2-2 相位差比較原理計算公式為： =td×fS×360o (3-3)2.3 電壓的測量方法從測量原理上講，無論是電力監(jiān)測還是數(shù)字化保護(hù)裝置，電參量測量都是基于交流采樣的數(shù)學(xué)模型。常用的模型有真有效值算法、傅立葉級數(shù)算法和快速傅立葉變換算法等。在電網(wǎng)電參量交流采樣計算中，最常用的數(shù)學(xué)模型有兩種：真有效值算法和全周波傅立葉級數(shù)算法，它們在實(shí)際應(yīng)用中均需要AD轉(zhuǎn)換器及其信號處理電路，實(shí)現(xiàn)電路復(fù)雜，成本高。同時，在對電源電壓要求高的自動化控

26、制設(shè)備中，往往需要對電壓進(jìn)行實(shí)時檢測并做出相應(yīng)的實(shí)時處理。 由于以上介紹的算法電路復(fù)雜，因此本論文選用一種基于89C52單片機(jī)編程和A/D轉(zhuǎn)換器的簡單電壓測量方法。 在ADC0808/ADC0809之前加上兩個二極管，起到簡化測量的作用，這樣只需要比較正半軸采樣的電壓數(shù)值即可得出電壓的幅值。即設(shè)當(dāng)前采樣值為U，與下一次采樣值做比較，較大值存入MAX中，直到得出最大值，認(rèn)為這個數(shù)值即為電壓的幅值。這種電壓幅值的測量方法簡單有效，極大的簡化了測量電路和運(yùn)算算法。選用以上三種簡單可行的方法分別測量頻率、相位差、電壓大小，進(jìn)而完成比較，快速可靠地完成準(zhǔn)同期過程。為下面設(shè)計測量電路原理圖打下了很好的理論

27、基礎(chǔ)。第三章 基于微處理器的準(zhǔn)同期裝置的設(shè)計3.1、準(zhǔn)同期裝置的介紹人工并網(wǎng)由于有一定的時延會影響并網(wǎng)的可靠性與準(zhǔn)確性。采用微機(jī)化的并網(wǎng)控制器，首先由微機(jī)對并網(wǎng)參數(shù)進(jìn)行測量，當(dāng)參數(shù)符合并網(wǎng)條件時由微機(jī)給出控制信號，控制投切并網(wǎng)。由于微機(jī)具有很高的處理速度，當(dāng)條件滿足時，可以立刻實(shí)施并網(wǎng)，幾乎沒有什么時延，因而可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時并網(wǎng)。要完成發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的可靠并接，除了要對并網(wǎng)參數(shù)準(zhǔn)確測量、當(dāng)并網(wǎng)條件滿足時實(shí)時投切之外，還需考慮各個參數(shù)彼此間的協(xié)調(diào)。并網(wǎng)控制器最理想的方式應(yīng)該是對頻率、電壓及相位同時進(jìn)行測量當(dāng)三者同時滿足條件時實(shí)施并網(wǎng)，但這樣做對電路的硬件要求高，實(shí)現(xiàn)起來電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本貴，實(shí)用意義不

28、大。若對三個并網(wǎng)參數(shù)按順序依次測量，可能會由于測量時間過長當(dāng)測量后面的參數(shù)時，前面的參數(shù)已發(fā)生變化，從而影響并網(wǎng)控制的可靠性本設(shè)計采用微機(jī)依次對頻率、電壓和相位進(jìn)行測量。微機(jī)能夠在很短的時聞內(nèi)完成對這三個參數(shù)的測量。由于測量時間很短，在測量時間里電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)參數(shù)可看作基本沒有發(fā)生變化，所以，可以近似認(rèn)為對這三個參數(shù)的測量是同時的。另外，對三個參數(shù)的測量順序也應(yīng)有所考慮。發(fā)電機(jī)輸出電壓的頻率和電壓值由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速及勵磁所決定。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定之后這兩個參數(shù)基本保持不變，或可以由微機(jī)輸出控制信號使這兩個參數(shù)的變化跟隨電網(wǎng)相應(yīng)參數(shù)的變化而變化，而相差容易受各種因素如負(fù)載情況等的影響而發(fā)生變化。因此，

29、測量并網(wǎng)參數(shù)時，應(yīng)先測量頻率差和電壓差，當(dāng)這兩個條件滿足之后，再測量相位差，等到相位條件滿足之后，實(shí)施并網(wǎng)1,7。3.2、總體設(shè)計的考慮微機(jī)化并網(wǎng)控制器主要可完成以下功能：（1）準(zhǔn)確測量電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓的頻率差、電壓差以及相位差。（2）當(dāng)并網(wǎng)條件滿足時，實(shí)現(xiàn)實(shí)時并網(wǎng)。（3）狀態(tài)指示，如頻率條件指示、電壓條件指示及相位條件指示等。根據(jù)上述并網(wǎng)控制器的功能，本設(shè)計分硬件和軟件兩部分，硬件部分又分模擬電路部分與數(shù)字電路部分。各部分功能分別敘述如下：（1）模擬電路主要負(fù)責(zé)待測信號的放大及轉(zhuǎn)換，以及高、低壓信號隔離。（2）數(shù)字電路以單片機(jī)89C52為核心構(gòu)成單片機(jī)最小系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)完成各種處理及控制

30、功能。（3）軟件部分負(fù)責(zé)進(jìn)行各種處理、計算以及控制功能，與硬件配合，完成系統(tǒng)整體功能。3.3、準(zhǔn)同期裝置的硬件設(shè)計硬件原理圖如圖3-1所示，在三相負(fù)荷基本對稱的條件下，一般對相應(yīng)的同一相采樣即可，無需三相采樣。圖3-1 硬件原理框圖電網(wǎng)電壓及發(fā)電機(jī)電壓通過電壓互感器來獲得適合計算機(jī)測量的電平，出來的交流信號經(jīng)采樣保持及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路進(jìn)入計算機(jī)，由計算機(jī)系統(tǒng)負(fù)責(zé)測量交流信號的有效值。整形電路將交流正弦波信號變換為適合計算機(jī)測量的方波信號，計算機(jī)根據(jù)此信號測量交流信號的頻率及相位差。當(dāng)計算機(jī)判斷所有并網(wǎng)條件均滿足時，進(jìn)行并網(wǎng)。3.3.1 直流穩(wěn)壓電源圖3-2 恒壓穩(wěn)流電路如圖3-2所示，VAC-IN

31、是電網(wǎng)電壓經(jīng)過電壓互感器后接入到恒壓穩(wěn)流電路，經(jīng)過整流濾波電路、LM7805后輸出1A、5V的直流穩(wěn)壓VCC，為整個控制電路提供電源。 其中LM7805為3端正穩(wěn)壓電路，能提供多種固定的輸出電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。帶散熱片時，輸出電流可達(dá)1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接原件，可獲得不同的電壓和電流。3.3.2 復(fù)位電路圖3-3 復(fù)位電路如圖3-3所示，REST端口與89C52的REST端口相接，摁下BUTTON復(fù)位按鈕，可重復(fù)進(jìn)行電壓、相位差、頻率的測量和比較。3.3.3 電壓測量電路圖3-4 電壓濾波電路圖3-5 ADC0808/ADC0809如圖3-4所示，A-

32、IN為電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)過電壓互感器得到的在芯片輸入電壓范圍內(nèi)的電壓，經(jīng)過低通濾波電路，接入到ADC0808/ADC0809（圖3-5）。 ADC0808/ADC080是采樣分辨率為8位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。此芯片的功能使將從A-IN送來的電壓模擬信號轉(zhuǎn)化成8位的數(shù)字信號，每隔1ms采樣一次，將數(shù)字信號送入到89C52中，進(jìn)而測量出電網(wǎng)電壓和發(fā)電機(jī)側(cè)電壓。3.3.4 頻率和相位差測量電路由于不方便測量正弦波的頻率和相位差，所以想到了利用單片機(jī)中上升沿有效來測量電壓的頻

33、率和相位差。所以需要CD40106（如圖3-6所示）來完成對正弦波的整形功能，經(jīng)過P3.4、P3.5講整形過后的矩形波型號送到單片機(jī)中，進(jìn)而更方便的測出電壓的頻率和相位差。圖3-6 CD40106施密特觸發(fā)器圖3-7 由CD4046構(gòu)成的鎖相環(huán)由于不能保證兩個電壓能同時整形，影響頻率差的測量，所以在整形之前需要加上一個由CD4046構(gòu)成的鎖相環(huán)（如圖3-7所示）裝置。CD4046鎖相的意義是相位同步的自動控制，功能使完成兩個電信號相位同步的自動控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡稱PLL。3.3.5 單片機(jī)電路3,15每個單片機(jī)系統(tǒng)里都有晶振，全程是叫晶體震蕩器，在單片機(jī)系統(tǒng)里晶振的作用非常大，他結(jié)合單

34、片機(jī)內(nèi)部的電路，產(chǎn)生單片機(jī)所必須的時鐘頻率，單片機(jī)的一切指令的執(zhí)行都是建立在這個基礎(chǔ)上的，晶振的提供的時鐘頻率越高，那單片機(jī)的運(yùn)行速度也就越快。晶振用一種能把電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的晶體在共振的狀態(tài)下工作，以提供穩(wěn)定，精確的單頻振蕩。在通常工作條件下，普通的晶振頻率絕對精度可達(dá)百萬分之五十。高級的精度更高。有些晶振還可以由外加電壓在一定范圍內(nèi)調(diào)整頻率，稱為壓控振蕩器（VCO）。晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。 圖3-8 89C52單片機(jī)圖3-9 晶振電路圖3-8所示的是89C52單片機(jī)。P3.4，P3.5接到CD40106，整形后的矩形波送入到

35、單片機(jī)中，設(shè)定上升沿有效，利用89C52單片機(jī)三個計時計數(shù)器來測量周期和相位差。ADC0808中的八位電壓數(shù)字信號通過AD端口送入單片機(jī)中，比較各個數(shù)值，將數(shù)值最大的作為電壓有效值。圖3-11 LED電路當(dāng)電壓、頻率、相位差滿足并網(wǎng)條件時，三個LED燈就會發(fā)光，說明滿足準(zhǔn)同期條件，即可并網(wǎng)。3.3.6 準(zhǔn)同期裝置的軟件設(shè)計本課題開發(fā)的微機(jī)準(zhǔn)同期裝置是供給一臺發(fā)電機(jī)進(jìn)行同頻并網(wǎng)的準(zhǔn)同期裝置。需要完成數(shù)據(jù)采集、同期判別、狀態(tài)顯示等功能，它的軟件主要為:主芯片89C52的編程，單片機(jī)89C52的編程是整個裝置的核心部分，主要完成數(shù)據(jù)的采集、處理、控制等功能，主要功能包括(1)測量系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)的電壓

36、幅值、壓差；(2)測量系統(tǒng)側(cè)和待并側(cè)的頻率、頻差；(3)測量系統(tǒng)測和待并側(cè)的相位差；(4)達(dá)到并網(wǎng)條件時的狀態(tài)顯示。 流程圖如圖3-11所示，由于程序需要完成對三個物理量的測量，所以主程序中設(shè)置兩個中斷：中斷服務(wù)程序1和終端服務(wù)程序2。其中中斷服務(wù)程序1通過對上升沿的比較來測量電壓信號的頻率和相位差，中斷服務(wù)程序2通過比較采樣電壓的數(shù)值得出電壓正半軸的最大值。圖3-11 工作過程流程圖第四章 總結(jié)和展望目前常見的并網(wǎng)方式為人工并網(wǎng)，即首先手動調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的某些參數(shù)如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速、勵磁等，當(dāng)觀察到并網(wǎng)條件滿足時，用人工的方法將發(fā)電機(jī)并接到電網(wǎng)上。由于人工操作有一定的延時，而在這一段延時之內(nèi)，發(fā)電機(jī)或

37、電網(wǎng)的某些參數(shù)(如相位)有可能會發(fā)生變化。若在并網(wǎng)那一瞬間條件正好滿足，則一切順利否則，并網(wǎng)開關(guān)會被反彈回來，實(shí)現(xiàn)不了并網(wǎng)此時必須重新手動調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的參數(shù)重復(fù)操作，直到條件滿足時，才能夠完成并網(wǎng)工作。這種用人工實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)的方法有很多缺點(diǎn)：人工井網(wǎng)有一定的試探性，很難確切掌握并網(wǎng)的時機(jī)，因而，無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時并網(wǎng)。在條件不滿足時用人工并網(wǎng)，雖然并網(wǎng)開關(guān)會被反彈回來(也可由人工將其斷開)，但這不可避免地會產(chǎn)生一定的危害：威脅人身及機(jī)器設(shè)備的安全；當(dāng)相位或頻率條件不滿足時并網(wǎng)，很容易導(dǎo)致電力分配不均，同時又產(chǎn)生很大的諧波。這兩種情況的出現(xiàn)，對電力系統(tǒng)均會造成很大的危害。若在并網(wǎng)時，兩者的幅值條件還未滿足，

38、則不論發(fā)電機(jī)的電壓是大于還是小于電網(wǎng)電壓，都將會使發(fā)電機(jī)受到損害，同時又產(chǎn)生電力分配不均和高次諧波。本論文從準(zhǔn)同期的原理出發(fā)，結(jié)合目前系統(tǒng)運(yùn)行的各種新狀況，利用單片89C52和模塊化硬件的設(shè)計思想，對傳統(tǒng)的準(zhǔn)同期裝置進(jìn)行了更新，完成了基于微處理器的準(zhǔn)同期裝置的設(shè)計。由于時間的限制，開發(fā)過程中還有一些不足，本裝置的設(shè)計和研究還有待進(jìn)一步得到完善。本次畢業(yè)設(shè)計只涉及到計算和控制部分，對人機(jī)界面部分沒有做深入研究。其次，準(zhǔn)同期預(yù)測的方法計算量比較大，需要對算法進(jìn)行改進(jìn)，如何保證預(yù)測的精確性和快速性還需要進(jìn)一步研究。這些問題都影響到裝置的性能，都是需要在以后工作中進(jìn)行研究的。致謝四年的大學(xué)生活轉(zhuǎn)瞬即逝，在此論文完成、行將畢業(yè)離校踏上新的征程之際，我懷著非常復(fù)雜的心情向母校及各位老師和同學(xué)告別并致謝!本文的全部研究工作是在導(dǎo)師王輝老師精心細(xì)致的指導(dǎo)下完成的，在本科畢業(yè)設(shè)計期間，王老師高尚的人格品質(zhì)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)作風(fēng)，敏銳的思考能力深深感染和啟迪著我，在此，謹(jǐn)向王老師表示我崇高的敬意和衷心的感謝！在論文寫作期間，得到了汪學(xué)長的熱心指導(dǎo)和幫助，在此向其表達(dá)真誠的謝意。本文的工作離不開實(shí)驗(yàn)室各位師兄的關(guān)心、幫助和鼓勵，在此向他們表示衷心的感謝。最后，要感謝為我的成長嘔心瀝血的父母，感謝所有關(guān)心、幫助過我的老師、同學(xué)、朋友及親人。參考文獻(xiàn)1 曾翔君.劉國偉.申忠