水電站自動(dòng)化

1、1.7 數(shù)字式并列裝置1.7.1 概述圖1.17 數(shù)字式并列裝置控制邏輯圖用大規(guī)模集成電路微處理器（CPU）等器件構(gòu)成的數(shù)字式并列裝置，由于硬件簡(jiǎn)單，編程方便靈活，運(yùn)行可靠，且技術(shù)上已日趨成熟，成為當(dāng)前自動(dòng)并列裝置發(fā)展的主流。 模擬式并列裝置為簡(jiǎn)化電路，在一個(gè)滑差周期時(shí)間內(nèi)，把假設(shè)為恒定。數(shù)字式并列裝置可以克服這一假設(shè)的局限性，采用較為精確的公式，按照當(dāng)時(shí)的變化規(guī)律，選擇最佳的越前時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)，可以縮短并列操作的過程，提高了自動(dòng)并列裝置的技術(shù)性能和運(yùn)行可靠性。 數(shù)字式并列裝置由硬件和軟件組成，以下分別進(jìn)行介紹。1. 主機(jī)。微處理器（CPU）是裝置的核心。2. 輸入、輸出接口通道。 在計(jì)算機(jī)

2、控制系統(tǒng)中，輸入、輸出過程通道的信息不能直接與主機(jī)總線相連，它必須由接口電路來完成信息傳遞的任務(wù)。3. 輸入、輸出過程通道。為了實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)自動(dòng)并列操作，需要將電網(wǎng)和帶并發(fā)電機(jī)的電壓和頻率等狀態(tài)按照要求送到接口電路進(jìn)入主機(jī)。(1) 輸入通道。按發(fā)電機(jī)并列條件，分別從發(fā)電機(jī)和母線電壓互感器二次側(cè)交流電壓信號(hào)中提取電壓幅值、頻率和相角差等三種信息，作為并列操作的依據(jù)。1）交流電壓幅值測(cè)量。采用變送器，把交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，然后由AD接口電路進(jìn)入主機(jī)。對(duì)交流電壓信號(hào)直接采樣，通過計(jì)算求得它的有效值。如圖1.18所示。2）頻率測(cè)量。測(cè)量交流信號(hào)波形的周期T。把交流電壓正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波，經(jīng)二分頻后，

3、它的半波時(shí)間即為交流電壓的周期T。3）相角差測(cè)量。如圖1.19所示，把電壓互感器電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成同頻、同相的方波信號(hào)。（2）輸出通道。自動(dòng)并列裝置的輸出控制信號(hào)有：1）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的增速、減速信號(hào)。圖1.18 電壓波形引入2）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓的升壓、降壓信號(hào)。3）并列斷路器合閘脈沖控制信號(hào)。這些控制信號(hào)可由并行接口電路輸出，經(jīng)放大后驅(qū)動(dòng)繼電器用觸點(diǎn)控制相應(yīng)的電路。4. 人一機(jī)聯(lián)系。 主要用于程序調(diào)試，設(shè)置或修改參數(shù)。常用的設(shè)備有：（1）鍵盤用于輸入程序和數(shù)據(jù)。（2）按鈕供運(yùn)行人員操作。（3）CRT顯示器生產(chǎn)廠調(diào)試程序時(shí)需要。（4）數(shù)碼和發(fā)光二極管顯示指示為操作人員提供直觀的顯示方式，以利于過程的

4、監(jiān)控。圖1.19 電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為方波信號(hào)1.7.2 數(shù)字式并列裝置的軟件1. 電壓檢測(cè)交流電壓變送器輸出的直流電壓與輸入的交流電壓值成正比。設(shè)機(jī)組并列時(shí)，電壓偏差設(shè)定的閥值為，裝置內(nèi)對(duì)應(yīng)的設(shè)定值為。當(dāng)時(shí)，不允許合閘信號(hào)輸出；當(dāng)時(shí)，允許合閘信號(hào)輸出。如時(shí)，并行口輸出升壓信號(hào)，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)的寬度與其差值成比例；反之，則發(fā)降壓信號(hào)。2. 頻率檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓和電網(wǎng)電壓分別由可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，主機(jī)讀取計(jì)數(shù)脈沖值和。與上述電壓檢測(cè)所采用算式類同，把頻率差的絕對(duì)值與設(shè)定的允許頻率偏差閥值比較，作出是否允許并列的判斷。按發(fā)電機(jī)頻率高于或低于電網(wǎng)頻率來輸出減速或增速信號(hào)。選擇在0到期間，調(diào)節(jié)量按差值比例進(jìn)行

5、調(diào)節(jié)。3. 越前時(shí)間檢測(cè)圖1.20 電壓互感器二次側(cè)的電壓波形轉(zhuǎn)換設(shè)系統(tǒng)頻率為額定值50Hz，待并發(fā)電機(jī)的頻率低于50Hz。從電壓互感器二次側(cè)來的電壓波形如圖1.20(a)所示，經(jīng)削波限幅后得到如圖1.20（b）所示的方波，兩方波異或后得到如圖1.20（c）中的一系列寬度不等的矩形波。顯然，這一系列矩形波寬度與相角差相對(duì)應(yīng)。系統(tǒng)電壓方波的寬度為已知，它等于二分之一周期（或180°），因此可按下式求得。（1.5）式中和的值，CPU可以從定時(shí)計(jì)數(shù)器讀入求得。理想的導(dǎo)前合閘相角，式中是計(jì)算點(diǎn)的滑差角速度。其值可按照下式求得。，式中和分別是計(jì)算點(diǎn)和上一個(gè)計(jì)算點(diǎn)的角度值，是兩計(jì)算點(diǎn)的時(shí)間，是微

6、處理器發(fā)出合閘信號(hào)到主觸頭閉合時(shí)需要經(jīng)歷的時(shí)間。按照上式求出最佳合閘越前相角的值。該值與本計(jì)算點(diǎn)的相角按照下式進(jìn)行比較（式中為計(jì)算允許誤差）。如果式成立，則立刻發(fā)出合閘信號(hào)；如果，且，則繼續(xù)進(jìn)行下一點(diǎn)計(jì)算，直到逐漸逼近符合發(fā)出合閘信號(hào)條件為止。1.7.3 計(jì)算機(jī)同步裝置實(shí)例近年來，我國(guó)自己研制了一些計(jì)算機(jī)同步裝置，如深圳智能設(shè)備開發(fā)有限公司研制的SID2V型SID2T型燈多功能微機(jī)同步控制器，電力自動(dòng)化研究所研制的SJ11和SJ12微機(jī)同步裝置等。SID2V型多功能微機(jī)準(zhǔn)同期控制器簡(jiǎn)述如下。1. 主要功能及技術(shù)指標(biāo)（1）主要功能。1) 控制器可使用交流220V或直流220V、110V或用戶指定

7、的其它電壓等級(jí)的電源供電。在進(jìn)行準(zhǔn)同期過程中，能有效地進(jìn)行均頻控制和均壓控制，盡快促成準(zhǔn)同期條件的到來。 2) 每次并網(wǎng)時(shí)，都自動(dòng)測(cè)量和顯示“斷路器操作回路實(shí)際合閘時(shí)間”，作為是否需要修改原來設(shè)置的“斷路器合閘導(dǎo)前時(shí)間”整定值的依據(jù)，以使下次合閘更加精確無誤。此外，這一功能也提供了鑒別斷路器是否有故障的依據(jù)。 3) 機(jī)組的各種控制參數(shù)均可獨(dú)立設(shè)置，這些參數(shù)包括：斷路器合閘導(dǎo)前時(shí)間、合閘允許頻差、均頻控制系數(shù)、均壓控制系數(shù)。由于采用了EEPROM電可擦寫存儲(chǔ)器，以上參數(shù)均可就地在帶電重新設(shè)置或修改。 4) 具備過壓保護(hù)功能，一旦機(jī)組電壓出現(xiàn)115額定電壓的過壓(過壓值可根據(jù)用戶要求進(jìn)行整定) ，

8、立刻輸出一降壓控制信號(hào)，并閉鎖加速控制回路，直至機(jī)組電壓恢復(fù)正常為止。 5) 當(dāng)不執(zhí)行同期操作，且給控制器提供電源時(shí)，控制器將進(jìn)行頻率監(jiān)視，顯示器顯示系統(tǒng)頻率，相當(dāng)于一個(gè)五位數(shù)字工頻頻率表。 6) 除控制器面板上具有一個(gè)復(fù)位鍵可在面板上進(jìn)行復(fù)位操作外，還具有遠(yuǎn)方復(fù)位信號(hào)接口，可用于中央控制臺(tái)在必要時(shí)進(jìn)行遠(yuǎn)方復(fù)位操作，或由上位機(jī)對(duì)控制器實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作。 7) 完善的自檢功能，能定時(shí)地檢查控制器內(nèi)部各部件的工作情況，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，立即顯示相應(yīng)出錯(cuò)信息，指示出錯(cuò)部位，并同時(shí)以接點(diǎn)形式輸出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)失電時(shí)，也以接點(diǎn)形式輸出失電信號(hào)。 8) 控制器內(nèi)可自行產(chǎn)生兩路試驗(yàn)電壓信號(hào)，可分別模擬系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)電壓

9、，且發(fā)電機(jī)模擬電壓可任意改變頻率。因此，無需外接可調(diào)工頻信號(hào)源即可調(diào)試。在使用機(jī)內(nèi)模擬電壓信號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，裝置將自動(dòng)切斷合閘回路，以免在試驗(yàn)狀態(tài)下引起誤合閘。 9) 控制器還設(shè)置了一個(gè)鍵盤接口，當(dāng)鍵盤接口與選配的專用開發(fā)試驗(yàn)裝置連接時(shí)，將具有對(duì)裝置更深層的開發(fā)調(diào)試功能。 10) 控制器可捕捉到第一次出現(xiàn)的并網(wǎng)時(shí)機(jī)，為聯(lián)絡(luò)線解列后快速再并列提供了可能，因控制器可在電網(wǎng)解列后的第一個(gè)頻差周期后進(jìn)行同期重合閘。 （2）技術(shù)指標(biāo)。1) 輸入信號(hào)。 a.待并機(jī)組電壓互感器A相電壓：100V或100V/3。 b.系統(tǒng)電壓互感器A相電壓：100V或100V/3 。 c.并列機(jī)組斷路器輔助常開接點(diǎn)一對(duì)。 d.

10、待并機(jī)組并列點(diǎn)選擇信號(hào)（常開空接點(diǎn)）。 e.遠(yuǎn)方復(fù)位信號(hào)(常開按鈕空接點(diǎn))。2）輸出信號(hào)。a.所有輸出信號(hào)均為繼電器輸出：AC 220V/5A 或DC 220V/ 0.5A。 b.輸出的控制信號(hào)有：加速、減速、升壓、降壓、合閘等控制信號(hào)；c.輸出的報(bào)警信號(hào)有：自檢出錯(cuò)、失電等信號(hào)。3）工作電源：AC 220V、50 HZ 或 DC 220V或DC 110V 4）絕緣強(qiáng)度。 a.弱電回路對(duì)地：工頻500V、1分鐘； b.強(qiáng)電回路對(duì)地：工頻1750V、1分鐘； c.強(qiáng)弱電回路之間：工頻1000V、1分鐘。 5）工作環(huán)境。 a.環(huán)境溫度：10+50； b.相對(duì)濕度：不大于80。 c.海拔2500米以

11、下地區(qū)。2. 基本原理及組成SID-2V 型控制器工作原理如圖1.21所示。CPU配 8K EPROM、2K EEPROM、8K RAM和若干定時(shí)計(jì)數(shù)器及并行接口等芯片，組成一個(gè)專用微機(jī)控制系統(tǒng)，下面就各主要功能的原理進(jìn)行介紹。 （1）自動(dòng)準(zhǔn)同期并列。當(dāng)待并列發(fā)電機(jī)的電壓、頻率與系統(tǒng)相應(yīng)值相近(即壓差、頻差在允許范圍內(nèi)）時(shí)，待并機(jī)組斷路器的主觸頭應(yīng)在相角差=0° 時(shí)閉合。這時(shí)沖擊電流在相應(yīng)頻差、壓差允許條件下最小，從而大大減少了機(jī)組的沖擊受損。允許差值越小，其沖擊電流越小，但這將影響并列的快速性。因此，允許值可根據(jù)實(shí)際要求選擇。圖1.21 SID-2V 型控制器工作原理框圖為精確滿足

12、上述并列條件，一個(gè)理想的準(zhǔn)同期并列過程應(yīng)該是在操作人員發(fā)出并網(wǎng)操作命令后，便能有效地對(duì)機(jī)組的電壓和頻率進(jìn)行控制，使其盡快地平穩(wěn)地接近系統(tǒng)值，并在達(dá)到允許值時(shí)有能力使其不再偏離允許值，且在此前提下，準(zhǔn)確捕捉第一次出現(xiàn)=0°的時(shí)機(jī)。確切地說，即在=0°到來前相當(dāng)于斷路器合閘時(shí)間的時(shí)刻發(fā)出并網(wǎng)命令，將機(jī)組并入電網(wǎng)。這種理想的準(zhǔn)同期并列過程，要求自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置具有優(yōu)良的均壓及均頻控制功能，并能不失時(shí)機(jī)地捕捉第一次出現(xiàn)的同期時(shí)機(jī)。一般機(jī)組所配備的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都具有較好的調(diào)壓性能，因此自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置無需在調(diào)壓功能上考慮過多。但不同機(jī)組的調(diào)速器具有很大的特性差異，因此，為了取得快速、平穩(wěn)的

13、準(zhǔn)同期效果，要求自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置不僅應(yīng)具有優(yōu)良的均頻控制品質(zhì)而且還應(yīng)對(duì)不同調(diào)速器具備良好的自適應(yīng)能力。為此，SID-2V型控制器采用了模糊控制原理來實(shí)施均頻控制。 模糊控制的基本思想是模擬人腦的功能。人腦的思維不能用一個(gè)確切的數(shù)學(xué)函數(shù)來表達(dá)，而是基于靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所建立的一些模糊概念之上的，模糊控制理論是依據(jù)模糊數(shù)學(xué)的知識(shí)來作出模糊決策。一般模糊控制器是根據(jù)被控量的偏差及偏差的變化率按模糊推理規(guī)則確定控制量。通常把 E 分八擋。即分別為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、負(fù)零、零、正小、正中、正大。把 C和 U分成七擋。即分別為負(fù)大、負(fù)中、負(fù)小、零、正小、正中、正大。這樣就可以按照人們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定控制量U與偏差E、

14、變化率C的關(guān)系,并列出一張模糊推理規(guī)則表(見表1.1)。 在準(zhǔn)同期過程中將根據(jù)待并機(jī)組與系統(tǒng)的頻差f及f ' 對(duì)調(diào)速器進(jìn)行控制，控制量的大小表現(xiàn)為每次控制脈沖的持續(xù)時(shí)間，即脈沖寬度。所以在模糊控制器中f即為E，f ' 即為C，于是可寫出： U= g (f，f ' ) （1.6） 式中g(shù)為模糊控制算法。 我們將每組f及f按設(shè)定的調(diào)頻系數(shù)所產(chǎn)生的控制量值列出一張模糊控制表，將其存在內(nèi)存中。SID-2V 型控制器即按此表進(jìn)行均頻控制。根據(jù)機(jī)組調(diào)速器的特性，整定不同調(diào)頻系數(shù)K值，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)試設(shè)不同的K值，最終找到一個(gè)控制過程既快且穩(wěn)的K值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同調(diào)速器都有良好的自適應(yīng)

15、性能。 表1.1模糊推理規(guī)則表 眾所周知，機(jī)組在并網(wǎng)過程中的轉(zhuǎn)速是變化的。特別是作為運(yùn)行備用的水輪機(jī)組、燃?xì)廨啓C(jī)組 、柴油發(fā)電機(jī)組等是由靜止?fàn)顟B(tài)啟動(dòng)加速至額定轉(zhuǎn)速的。因此，不能忽視頻差變化率在準(zhǔn)同期過程中所帶來的影響，頻差 f 和其變化率f分別是表征機(jī)組較之系統(tǒng)轉(zhuǎn)速的快慢及其發(fā)展趨勢(shì)。 特別對(duì)于斷路器合閘時(shí)間較長(zhǎng)的情況，如果不計(jì)及f的影響，則勢(shì)必產(chǎn)生較大的合閘誤差角，甚至在發(fā)出合閘脈沖后出現(xiàn)頻差符號(hào)改變的情況，即同步表反轉(zhuǎn)。因此，引起的后果有時(shí)會(huì)很嚴(yán)重。為此SID-2V型控制器的理想合閘導(dǎo)前角由以下數(shù)學(xué)模型確定。 （1.7）式中 理想合閘導(dǎo)前角； 系統(tǒng)與機(jī)組角頻率之差； 并列點(diǎn)開關(guān)合閘時(shí)間；

16、頻差變化率。 SID-2V型控制器每半個(gè)工頻周期測(cè)量一次實(shí)時(shí)的相角差值，并在每?jī)蓚€(gè)工頻周期計(jì)算一次理想合閘導(dǎo)前角 ，當(dāng)時(shí)控制器即發(fā)出合閘脈沖?？紤]到的測(cè)量以及的計(jì)算均是離散的，為了不漏掉合閘機(jī)會(huì)，控制器采用了一種合閘角的預(yù)測(cè)算法，從而確保在頻差及壓差已滿足允許值時(shí)，能不失時(shí)機(jī)地捕捉到第一次出現(xiàn)的并網(wǎng)機(jī)會(huì)。 綜上所述，控制器的均頻控制，采用模糊控制技術(shù)，計(jì)及頻差變化率的理想合閘導(dǎo)前角的數(shù)學(xué)模型及其預(yù)測(cè)技術(shù),保證了SID-2V型控制器的快速性、精確性。（2）斷路器合閘時(shí)間的測(cè)量。 斷路器合閘時(shí)間是指發(fā)出合閘命令至斷路器主觸頭閉合這段時(shí)間。用SID-2V型控制器的計(jì)時(shí)功能可以在發(fā)出并網(wǎng)命令時(shí)開始計(jì)時(shí)

17、，直至因開關(guān)主觸頭閉合停止計(jì)時(shí)，從而獲得開關(guān)合閘回路的總體合閘時(shí)間。停止計(jì)時(shí)信號(hào)取自于斷路器輔助接點(diǎn)，斷路器分閘狀態(tài)時(shí)，該輔助接點(diǎn)斷開。 控制器在每次并網(wǎng)后測(cè)得并列點(diǎn)斷路器的實(shí)際合閘時(shí)間，并在八位數(shù)碼顯示器上顯示實(shí)測(cè)值，如實(shí)測(cè)值與原整定值偏差較大 ，可考慮重新就地整定導(dǎo)前時(shí)間參數(shù)。應(yīng)該指出，為了能讀出測(cè)量的合閘時(shí)間，裝置在并網(wǎng)結(jié)束后要保證不能立即斷開供電電源。 （3）均壓控制?？紤]到發(fā)電機(jī)一般都具有靈敏穩(wěn)定的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，因此在機(jī)組并網(wǎng)過程中維持正常的機(jī)端電壓是不難的。在SID-2V型控制器中采用了純硬件的電壓比較電路實(shí)現(xiàn)均壓控制。通過兩個(gè)電壓比較器可分別設(shè)定允許電壓差的上下限值VH 及VD 。

18、當(dāng)并網(wǎng)時(shí)的電壓差超過允許值范圍，控制器將發(fā)出降壓或升壓命令，控制信號(hào)是一組可由軟件整定寬度的脈沖序列?？刂屏康拇笮∪Q于均壓控制系數(shù)，這個(gè)系數(shù)也是在機(jī)組運(yùn)行時(shí)進(jìn)行試設(shè)，取一個(gè)控制品質(zhì)最好的值。 （4）發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)。SID-2V 型控制器設(shè)置了并網(wǎng)過程中機(jī)組的過壓保護(hù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓達(dá)到了115 額定電壓時(shí)，控制器將切斷加速回路并將持續(xù)發(fā)出降壓命令，直至發(fā)電機(jī)電壓降至115額定電壓以下為止。這一功能是由電壓比較器以硬件方式實(shí)現(xiàn)的。整定值可由用戶設(shè)定。 （5）自檢。為保證控制器隨時(shí)都處在正常工作狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)硬件故障，SID-2V 型控制器設(shè)計(jì)了一套先進(jìn)的自檢軟件，在控制器工作過程中對(duì)全部硬件

19、，包括微處理器、隨機(jī)存儲(chǔ)器、只讀存儲(chǔ)器、接口電路、繼電器等進(jìn)行自檢，任何部位的故障都將及時(shí)顯示出來并以繼電器空接點(diǎn)輸出報(bào)警，此時(shí)控制器將閉鎖合閘回路，不產(chǎn)生任何對(duì)外控制，以杜絕錯(cuò)誤操作。 （6）電源。為減少電源功耗，控制機(jī)箱溫升，保證控制器的工作穩(wěn)定性，SID-2V 型控制器采用了高效率低紋波開關(guān)穩(wěn)壓電源，并配備了冷卻排風(fēng)扇。電源設(shè)計(jì)成不僅可由交流220V電源供電，也可由發(fā)電廠的直流220V或110V電源供電，從而提供了交直流電源通用的便利。如需要使用其它等級(jí)的電源電壓例如DC48V等，可根據(jù)實(shí)際需要提供。 為提高抗干擾能力，交直流220V電源經(jīng)噪音濾波器除去干擾再進(jìn)入開關(guān)穩(wěn)壓電源?？紤]到不同

20、電路在電氣上隔離以抑制干擾的需要，機(jī)內(nèi)設(shè)計(jì)了互不共地的若干個(gè)獨(dú)立電源。 另外，控制器的所有輸入、輸出信號(hào)分別采用繼電器、變壓器、光電隔離器等器件進(jìn)行隔離，同時(shí)在結(jié)構(gòu)上還采用了完整的電磁屏蔽措施，大大加強(qiáng)了控制器的抗干擾能力，提高了控制器的可靠性。 以上對(duì)SID-2V型控制器各基本功能的原理和組成作了介紹。其工作過程可簡(jiǎn)述如下： 待并機(jī)選擇信號(hào)由中央控制室同期開關(guān)經(jīng)光電隔離后送入控制器，控制器自動(dòng)選擇該機(jī)組有關(guān)同期參數(shù)，并將待并發(fā)電機(jī)組和系統(tǒng)的電壓經(jīng)變壓器和光電隔離器后送入控制器。系統(tǒng)和待并發(fā)電機(jī)的電壓、頻率、相位等參數(shù)，在控制器中進(jìn)行處理和比較。若同期條件不滿足，即發(fā)出相應(yīng)控制待并機(jī)組的信號(hào)：

21、加速、減速、升壓、降壓等，并在硬件、軟件上同時(shí)閉鎖合閘回路。 另外，對(duì)合閘信號(hào)還引入了最大相角閉鎖、最小相角閉鎖、頻率變化率閉鎖等措施。控制器的合閘回路由8個(gè)繼電器的接點(diǎn)串聯(lián)起來，從而完全避免了誤合閘的可能性。如同期條件滿足，則控制器發(fā)出合閘脈沖完成機(jī)組并網(wǎng)操作。 綜上所述，本控制器實(shí)際上是一種按準(zhǔn)同期方式，以自同期速度實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，且具有多種功能的快速控制器。項(xiàng)目2 自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置設(shè)計(jì)常規(guī)的并列操作裝置由集成電路或由單片機(jī)構(gòu)成。集成電路構(gòu)成的并列裝置，在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用半自動(dòng)方式，即先由人工將待并同步機(jī)的電壓、頻率調(diào)至與電力系統(tǒng)的電壓、頻率接近或相同，然后再投入并列裝置進(jìn)行并列操作，這

22、種方式的并列時(shí)間較長(zhǎng)；單片機(jī)構(gòu)成的并列裝置，雖然并列時(shí)間短,操作方便，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)并列操作，但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工作人員來說，裝置使用起來較為抽象，出現(xiàn)問題較難解決。由PLC構(gòu)成的并列裝置，可以兼?zhèn)渖鲜?種裝置的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于編寫PLC程序所使用的梯形圖與現(xiàn)場(chǎng)的控制圖較為接近，編寫的程序易被現(xiàn)場(chǎng)的工作人員理解和接受，并可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行修改。2.1 自動(dòng)準(zhǔn)同期并列工作原理2.1.1同期并列的條件要求同步發(fā)電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)同期并列時(shí)，應(yīng)滿足以下三個(gè)基本條件：1) 發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率應(yīng)近似相等,誤差不超過0.2%0.5%；2) 發(fā)電機(jī)電壓與母線電壓幅值應(yīng)近似相等,誤差不超過5%10%；3) 發(fā)電機(jī)電

23、壓與系統(tǒng)電壓相角差接近0,即。2.1.2準(zhǔn)同期并列裝置的操作 一臺(tái)發(fā)電機(jī)在投入系統(tǒng)運(yùn)行之前，它的電壓與并列點(diǎn)電壓兩者之間的狀態(tài)往往不相等，須對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮?，使之符合并列條件后才允許并列。在滿足并列操作的情況下，采用準(zhǔn)同期并列方式將發(fā)電機(jī)投入電網(wǎng)運(yùn)行可以使沖擊電流最小，對(duì)電網(wǎng)及發(fā)電機(jī)本身的擾動(dòng)也最小。為使待并發(fā)電機(jī)滿足并列條件,準(zhǔn)同期并列裝置要進(jìn)行如下操作:（1)測(cè)量發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率的差值并調(diào)節(jié),使它與的差值小于規(guī)定值。（2)測(cè)量發(fā)電機(jī)電壓與母線電壓幅值的差值并調(diào)節(jié),使它與的差值小于規(guī)定值。（3)檢測(cè)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓的相角差，在合適的時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)，使斷路器主觸點(diǎn)接觸的瞬間，

24、相角差接近于0。2.2 自動(dòng)準(zhǔn)同期并列裝置硬件設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同期并列裝置的上述功能，設(shè)計(jì)硬件電路如圖2.1所示。該硬件電路由頻率變送單元、電壓變送單元、電壓采樣單元、調(diào)速單元、調(diào)壓?jiǎn)卧M成。各單元的功能如下：（1) 頻率變送單元、電壓變送單元用來檢測(cè)發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的頻差、壓差。（2) 電壓采樣單元用來檢測(cè)相角差。（3) 調(diào)速單元、調(diào)壓?jiǎn)卧筛鶕?jù)頻差、壓差的值來調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電壓。在運(yùn)行過程中,還需要有必要的信息顯示(電壓值、頻率值、斷路器位置等)、報(bào)警及保護(hù)操作等。圖2.1 控制系統(tǒng)原理2.3 自動(dòng)準(zhǔn)同期并列裝置軟件設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)采用功能模塊結(jié)構(gòu)。將調(diào)壓程序、調(diào)頻程序、合閘程序做成功能子模塊

25、，并設(shè)置好每個(gè)模塊的出口和入口，采用調(diào)用子程序的功能連接在一起，使整個(gè)程序?qū)哟畏置鳌⒔Y(jié)構(gòu)清楚。其主程序流程如圖2.2所示。發(fā)電機(jī)的同期并列操作首先要調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率值接近，再調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相同，對(duì)于發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓來說，其差值越小，并列時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)的沖擊就越小，所以電壓預(yù)調(diào)時(shí)應(yīng)使盡可能接近。但發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率的差值不能太大也不能太小，這是因?yàn)轭l差很小時(shí)脈動(dòng)周期很長(zhǎng)，甚至呆滯不動(dòng)，要捕捉相角重合時(shí)刻很困難，不利于發(fā)電機(jī)快速并網(wǎng)運(yùn)行。所以，當(dāng)脈動(dòng)周期大于一定值時(shí)，需要發(fā)出擾動(dòng)信號(hào)使頻率增加，這就是呆滯擾動(dòng)。因此，頻率預(yù)調(diào)時(shí)，應(yīng)避免頻差過大或呆滯不動(dòng)。圖2.2 主程序流程2

26、.3.2同期合閘判定要滿足發(fā)電機(jī)同期并列的第三個(gè)條件，即發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相角差為0，不能用直接比較的方法。這是因?yàn)楹祥l斷路器有一定的動(dòng)作時(shí)間，要使斷路器主觸頭接通的瞬間合閘相角差為0，合閘信號(hào)應(yīng)提前發(fā)出。采用恒定導(dǎo)前時(shí)間同期原理，在斷路器兩側(cè)電壓的相角差為0之前的一定時(shí)間發(fā)出合閘信號(hào)，當(dāng)斷路器的主觸頭閉合時(shí)，斷路器兩側(cè)電壓的相角差為0。從同期裝置發(fā)出合閘信號(hào)到斷路器主觸頭閉合所經(jīng)歷的時(shí)間為斷路器的合閘導(dǎo)前時(shí)間，主要包括出口繼電器動(dòng)作時(shí)間和斷路器合閘時(shí)間。每個(gè)同期開關(guān)合閘導(dǎo)前時(shí)間均可以由定值設(shè)定。裝置根據(jù)合閘導(dǎo)前時(shí)間和合閘點(diǎn)兩側(cè)電壓的滑差變化率計(jì)算出合閘導(dǎo)前相角，即需要一個(gè)提前的導(dǎo)前合閘相角，當(dāng)時(shí)，斷路器發(fā)出合閘信號(hào)，斷路器主觸頭接通的瞬間，發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓相角差為0，滿足準(zhǔn)同期合閘的第三個(gè)條件。圖2.3 現(xiàn)行整步電壓三角波因此相位差檢測(cè)及同期點(diǎn)的捕捉是該裝置的重點(diǎn)工作，當(dāng)電壓、頻率滿足條件后，重點(diǎn)對(duì)相角差進(jìn)行檢測(cè)。相角差檢測(cè)是電壓比較器輸出的方波經(jīng)異或邏輯電路后產(chǎn)生一系列脈寬與相角差角對(duì)應(yīng)的脈沖波，再經(jīng)積分電路后形成一個(gè)周