專利名稱：同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式自動準(zhǔn)同期控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于同步發(fā)電機(jī)的自動準(zhǔn)同期控制裝置，特別涉及一種數(shù)字式自動準(zhǔn)同期控制裝置，本發(fā)明還涉及使用該裝置進(jìn)行控制的方法。
背景技術(shù)：
自動準(zhǔn)同期控制裝置是同步發(fā)電機(jī)同步操作的主要控制設(shè)備，它的性能優(yōu)劣和可靠性的高低直接影響著發(fā)電機(jī)與電力系統(tǒng)的安全運行。目前應(yīng)用于同步發(fā)電機(jī)的自動準(zhǔn)同期控制裝置，一般采用集成電路或單片機(jī)實現(xiàn)。由集成電路構(gòu)成的自動準(zhǔn)同期控制裝置原理陳舊、判據(jù)粗糙、元器件參數(shù)不穩(wěn)定、工藝低劣等，引起裝置誤動作、發(fā)生誤并網(wǎng)及同期失敗的實例屢見不鮮；基于單片機(jī)的自動準(zhǔn)同期控制裝置其硬件一般為各廠家自行設(shè)計制造，且均為小批量生產(chǎn)，故元件檢測、篩選、老化處理、焊接及生產(chǎn)工藝等都受到限制，造成可靠性較低，運行中可能出現(xiàn)單片機(jī)死機(jī)，從而使自動準(zhǔn)同期控制裝置的可靠性大大降低，影響發(fā)電機(jī)的同期操作?？删幊踢壿嬁刂破鱌LC可靠性較高，但在電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)的頻率、相位差測量以及其電壓的交流采樣等方面難以滿足同期裝置的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于同步發(fā)電機(jī)的數(shù)字式自動準(zhǔn)同期控制裝置，解決了現(xiàn)有自動準(zhǔn)同期控制裝置可靠性低、性能差的缺點。
本發(fā)明的另一目的是提供使用該裝置實現(xiàn)同步控制的方法。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式自動準(zhǔn)同期控制裝置，包括可接入電網(wǎng)電壓信號的第一電壓互感器和可接入發(fā)電機(jī)電壓信號的第二電壓互感器，第一電壓互感器將電網(wǎng)電壓信號分別送入第一低通濾波器和第一整形電路，第一低通濾波器將電網(wǎng)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC，第一整形電路將電網(wǎng)電壓信號變成方波信號后，分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC，一路用于測量電網(wǎng)頻率信號，另一路檢測電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓的相位差；第二電壓互感器將發(fā)電機(jī)電壓信號分別送入第二低通濾波器和第二整形電路，第二低通濾波器將發(fā)電機(jī)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC，第二整形電路將發(fā)電機(jī)電壓信號變成方波信號后，分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC，一路用于測量發(fā)電機(jī)頻率信號，另一路檢測電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓的相位差；斷路器輔助接點信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC；加速繼電器或減速繼電器接收由可編程計算機(jī)控制器PCC輸出的用于調(diào)頻控制加減速的脈沖信號，并送入調(diào)速器；升壓繼電器或降壓繼電器接收由可編程計算機(jī)控制器PCC輸出的用于調(diào)壓控制升降壓的脈沖信號，并送入勵磁裝置；合閘繼電器接收由可編程計算機(jī)控制器PCC輸出的用于控制斷路器合閘的脈沖信號，送入斷路器控制其操作，可編程計算機(jī)控制器PCC包括時間處理單元TPU，時間處理單元TPU與處理器CPU和存儲單元順序相連，存儲單元中預(yù)裝有自動準(zhǔn)同期控制程序。
可編程計算機(jī)控制器PCC還包括數(shù)字量輸入接口、數(shù)字量輸出接口、模擬量輸入接口及通訊接口。
第一低通濾波器和第二低通濾波器分別將電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC的模擬量輸入接口，第一整形電路和第二整形電路分別將電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓信號變成方波信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC的數(shù)字量輸入接口，斷路器輔助接點信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC的數(shù)字量輸入接口，加速繼電器或減速繼電器、升壓繼電器或降壓繼電器、合閘繼電器由可編程計算機(jī)控制器PCC數(shù)字量輸出接口接收其輸出的脈沖信號。
可編程計算機(jī)控制器PCC還連接有人機(jī)接口。
本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，按照上述裝置進(jìn)行自動準(zhǔn)同期控制的方法，按下列程序進(jìn)行根據(jù)電網(wǎng)AB相電壓信號和發(fā)電機(jī)電壓信號進(jìn)行I.頻率測量1)電網(wǎng)頻率測量將用于測量電網(wǎng)頻率的可編程計算機(jī)控制器PCC的時間處理單元TPU通道0配以門時測量專用功能模塊LTXcpi0()，該模塊設(shè)置為檢測相鄰兩上升沿之間的時間DifCnt_x，電網(wǎng)電壓的周期Tx為DifCnt_x，其時間單位為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，電網(wǎng)頻率Fx＝Fc/DifCnt_x，其中Fc為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的頻率；2)發(fā)電機(jī)頻率測量將用于測量發(fā)電機(jī)頻率的時間處理單元TPU通道2配以門時測量專用功能模塊LTXcpi2()，該模塊設(shè)置為檢測相鄰兩上升沿之間的時間DifCnt_g，發(fā)電機(jī)電壓的周期Tg為DifCnt_g，其時間單位為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，發(fā)電機(jī)頻率Fg＝Fc/DifCnt_g，其中Fc為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的頻率；3)計算得出頻率差與角頻率差頻率差ΔF＝Fx-Fg，角頻率差ωD＝2πΔF，
其中，F(xiàn)x是電網(wǎng)頻率，F(xiàn)g是發(fā)電機(jī)頻率；II.電壓測量1)在模擬輸入的初始化函數(shù)IP161cac中設(shè)置AD轉(zhuǎn)換為觸發(fā)方式，并指定用于AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的緩存區(qū)FIFO的地址和容量，在MODE屬性中開啟FIFO功能，設(shè)置TPU通道F發(fā)送驅(qū)動2個AD通道同時采樣的觸發(fā)信號，2)將用于產(chǎn)生驅(qū)動2個AD通道同時采樣的觸發(fā)信號的時間處理單元TPU通道F配以時間處理單元TPU的脈寬調(diào)制輸出專用功能模塊LTXdpwmF()，該模塊設(shè)置為脈寬調(diào)制方式，若AD轉(zhuǎn)換采樣周期為T_dpwm，則調(diào)制脈沖的高電平寬度為HighTicks0，低電平寬度為LowTicks0＝T_dpwm-HighTicks0，HighTicks0與LowTicksr0的時間單位均為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，3)采用付氏算法求得電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓；III.相位差測量1)將用于檢測電網(wǎng)電壓信號上升沿的時間處理單元TPU通道1配以時間處理單元TPU輸入專用功能模塊LTXdit1()，該模塊設(shè)置為電網(wǎng)電壓信號上升沿到來時無延時地向檢測相位差的時間處理單元TPU通道3發(fā)出一個鏈接信號，2)將用于檢測相位差的時間處理單元TPU通道3配以時間處理單元TPU的輸入專用功能模塊LTXdit3()，該模塊設(shè)置為接到鏈接信號時讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的時間time0，同時在發(fā)電機(jī)電壓信號上升沿時刻讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘時間time1，則相位差φ＝(time1-time0)×Fx×2π，其中Fx為電網(wǎng)頻率；IV.調(diào)速與調(diào)壓控制
1)當(dāng)頻率差|Fx-Fg|大于準(zhǔn)同期要求且Fg＜Fx時，將用于加速脈沖輸出的時間處理單元TPU通道8配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdol8()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WSIH的高電平脈沖，WSIH＝Kf×|Fx-Fg|對應(yīng)于加速脈沖寬度，Kf為均頻系數(shù)，2)當(dāng)頻率差|Fx-Fg|大于準(zhǔn)同期要求且Fg＞Fx時，將用于減速脈沖輸出的時間處理單元TPU通道9配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdol9()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WSDH的高電平脈沖，WSDH＝Kf×|Fx-Fg|對應(yīng)于減速脈沖寬度，Kf為均頻系數(shù)，3)當(dāng)電壓差|Vx-Vg|大于準(zhǔn)同期要求且Vg＜Vx時，將用于升壓脈沖輸出的時間處理單元TPU通道A配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdolA()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WVIH的高電平脈沖，WVIH＝Kv×|Vx-Vg|對應(yīng)于升壓脈沖寬度，Kv為均壓系數(shù)，4)當(dāng)電壓差|Vx-Vg|大于準(zhǔn)同期要求且Vg＞Vx時，將用于降壓脈沖輸出的時間處理單元TPU通道B配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdolB()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WVDH的高電平脈沖，WVDH＝Kv×|Vx-Vg|對應(yīng)于降壓脈沖寬度，Kv為均壓系數(shù)；V.合閘脈沖輸出與斷路器的合閘回路動作時間測量1)當(dāng)頻率差與電壓差均滿足準(zhǔn)同期要求時，開始檢查相位差是否進(jìn)入180°～0°區(qū)間，并根據(jù)斷路器的合閘回路動作時間tdq與角頻率差ωD計算理想導(dǎo)前角φdq=ωdtdq+12×dωDdttdq2×16×d2ωDdt2tdq2,]]>2)當(dāng)相位差與理想導(dǎo)前角一致時，將用于合閘脈沖輸出的時間處理單元TPU通道6配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdol6()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬HiFilter的高電平脈沖，同時在其上升沿時刻無延時地向用于檢測合閘回路動作時間的時間處理單元TPU通道4發(fā)出一個鏈接信號，HiFilter對應(yīng)于合閘脈沖寬度，其時間單位為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，3)將用于檢測合閘回路動作時間的時間處理單元TPU通道4配以時間處理單元TPU的輸入專用功能模塊LTXdit4()，該模塊設(shè)置為接到鏈接信號時讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的時間time2，同時在合閘信號的上升沿時刻讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的時間time3，則斷路器合閘回路動作時間tdq＝(time3-time2)/Fc，其中Fc為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的頻率。
本發(fā)明的控制裝置，采用低通濾波器、整形電路和可編程計算機(jī)控制器PCC實現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)自動準(zhǔn)同期控制，取代了集成電路及單片機(jī)自動準(zhǔn)同期控制裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡單，便于使用、維護(hù)及調(diào)整，而且可編程計算機(jī)控制器PCC獨有的時間處理單元TPU完全解決了同期裝置的頻率、相位差測量以及其電壓的交流采樣等難題，同時其平均無故障時間高達(dá)50萬小時，具有很高的可靠性。


圖1為本發(fā)明控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1的原理示意圖。
圖中，1.第一電壓互感器，2.第二電壓互感器，3.第一低通濾波器，4.第二低通濾波器，5.第一整形電路，6.第二整形電路，7.可編程計算機(jī)控制器PCC，8.人機(jī)接口，9.加速繼電器，10.減速繼電器，11.升壓繼電器，12.降壓繼電器，13.合閘繼電器，14.存儲單元，15.調(diào)速器，16.勵磁裝置，17.斷路器。
具體實施例方式
附圖為本發(fā)明的一個具體實施例。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式自動準(zhǔn)同期控制裝置，包括可接入電網(wǎng)電壓信號的第一電壓互感器1和可接入發(fā)電機(jī)電壓信號的第二電壓互感器2，第一電壓互感器1將電網(wǎng)電壓信號分別送入第一低通濾波器3和第一整形電路5，第一低通濾波器3將電網(wǎng)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC 7的模擬量輸入接口，第一整形電路5將電網(wǎng)電壓信號變成方波信號后，分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC 7的數(shù)字量輸入接口，一路用于測量電網(wǎng)頻率信號，另一路檢測電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓的相位差；第二電壓互感器2將發(fā)電機(jī)電壓信號分別送入第二低通濾波器4和第二整形電路6，第二低通濾波器4將發(fā)電機(jī)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC 7的模擬量輸入接口，第二整形電路6將發(fā)電機(jī)電壓信號變成方波信號后，分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC 7的數(shù)字量輸入接口，一路用于測量發(fā)電機(jī)頻率信號，另一路檢測電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓的相位差；斷路器輔助接點信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC 7的數(shù)字量輸入接口；加速繼電器9或減速繼電器10接收由可編程計算機(jī)控制器PCC 7數(shù)字量輸出接口輸出的用于調(diào)頻控制加減速的脈沖信號，并送入調(diào)速器15；升壓繼電器11或降壓繼電器12接收由可編程計算機(jī)控制器PCC 7數(shù)字量輸出接口輸出的用于調(diào)壓控制升降壓的脈沖信號，并送入勵磁裝置16；合閘繼電器13接收由可編程計算機(jī)控制器PCC 7數(shù)字量輸出接口輸出的用于控制斷路器合閘的脈沖信號，送入斷路器17控制其操作，可編程計算機(jī)控制器PCC 7包括時間處理單元TPU，時間處理單元TPU與處理器CPU和存儲單元14順序相連，存儲單元14中預(yù)裝有自動準(zhǔn)同期控制程序，可編程計算機(jī)控制器PCC 7還連接有人機(jī)接口8。
工作原理如圖2所示，電網(wǎng)AB相電壓信號連接在第一電壓互感器1的輸入端，第一電壓互感器1的輸出分別送入由電阻R1、電容C1組成的第一低通濾波器3和由電阻R2、電容C2及比較器U1A組成的第一整形電路5，第一低通濾波器3的輸出直接連接到可編程計算機(jī)控制器PCC 7的I/O組Group1的模擬量輸入接口3、4端口，第一整形電路5的輸出分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC 7的I/O組Group1的數(shù)字量輸入接口16、17端口，采用可編程計算機(jī)控制器PCC 7型號IP161；發(fā)電機(jī)AB相電壓信號連接在第二電壓互感器2的輸入端，第二電壓互感器2的輸出分別送入由電阻R3、電容C3組成的第二低通濾波器4和由電阻R4、電容C4及比較器U1B組成的第二整形電路6，第二低通濾波器4的輸出直接連接到可編程計算機(jī)控制器PCC 7的I/O組Group1的模擬量輸入接口6、7端口，第二整形電路6的輸出分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC 7的I/O組Group1的數(shù)字量輸入接口18、19端口；斷路器輔助接點信號直接送入可編程計算機(jī)控制器7的I/O組Group2的數(shù)字量輸入接口16端口；用于調(diào)頻控制加減速的脈沖信號由可編程計算機(jī)控制器PCC 7的I/O組Group3的數(shù)字量輸出接口16、17端口輸出，分別經(jīng)加速繼電器9或減速繼電器10送入調(diào)速器15；用于調(diào)壓控制升降壓的脈沖信號由可編程計算機(jī)控制器PCC 7的I/O組Group3的數(shù)字量輸出接口18、19端口輸出，分別經(jīng)升壓繼電器11或降壓繼電器12送入勵磁裝置16；用于控制斷路器合閘的脈沖信號由可編程計算機(jī)控制器PCC 7的I/O組Group2的數(shù)字量輸出接口18端口輸出，經(jīng)合閘繼電器13控制斷路器17；可編程計算機(jī)控制器PCC 7的通訊接口用于與其它設(shè)備通訊，人機(jī)接口8用于現(xiàn)場顯示、相關(guān)參數(shù)與運行方式的設(shè)置。
利用本發(fā)明自動準(zhǔn)同期控制裝置進(jìn)行自動準(zhǔn)同期控制方法，按下列程序進(jìn)行根據(jù)電網(wǎng)AB相電壓信號和發(fā)電機(jī)電壓信號進(jìn)行I.頻率測量1)電網(wǎng)頻率測量將用于測量電網(wǎng)頻率的可編程計算機(jī)控制器PCC 7的時間處理單元TPU通道0配以門時測量專用功能模塊LTXcpi0()，該模塊設(shè)置為檢測相鄰兩上升沿之間的時間DifCnt_x，電網(wǎng)電壓的周期Tx為DifCnt_x，其時間單位為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，電網(wǎng)頻率Fx＝Fc/DifCnt_x，其中Fc為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的頻率；2)發(fā)電機(jī)頻率測量將用于測量發(fā)電機(jī)頻率的時間處理單元TPU通道2配以門時測量專用功能模塊LTXcpi2()，該模塊設(shè)置為檢測相鄰兩上升沿之間的時間DifCnt_g，發(fā)電機(jī)電壓的周期Tg為DifCnt_g，其時間單位為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，發(fā)電機(jī)頻率Fg＝Fc/DifCnt_g，其中Fc為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的頻率；3)計算得出頻率差與角頻率差頻率差ΔF＝Fx-Fg，角頻率差ωD＝2πΔF，其中，F(xiàn)x是電網(wǎng)頻率，F(xiàn)g是發(fā)電機(jī)頻率；II.電壓測量
1)在模擬輸入的初始化函數(shù)IP161cac中設(shè)置AD轉(zhuǎn)換為觸發(fā)方式，并指定用于AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的緩存區(qū)FIFO的地址和容量，在MODE屬性中開啟FIFO功能，設(shè)置TPU通道F發(fā)送驅(qū)動2個AD通道同時采樣的觸發(fā)信號，2)將用于產(chǎn)生驅(qū)動2個AD通道同時采樣的觸發(fā)信號的時間處理單元TPU通道F配以時間處理單元TPU的脈寬調(diào)制輸出專用功能模塊LTXdpwmF()，該模塊設(shè)置為脈寬調(diào)制方式，若AD轉(zhuǎn)換采樣周期為T_dpwm，則調(diào)制脈沖的高電平寬度為HighTicks0，低電平寬度為LowTicks0＝T_dpwm-HighTicks0，HighTicks0與LowTicksr0的時間單位均為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，3)采用付氏算法求得電網(wǎng)電壓Vx與發(fā)電機(jī)電壓Vg；III.相位差測量1)將用于檢測電網(wǎng)電壓信號上升沿的時間處理單元TPU通道1配以時間處理單元TPU輸入專用功能模塊LTXdit1()，該模塊設(shè)置為電網(wǎng)電壓信號上升沿到來時無延時地向檢測相位差的時間處理單元TPU通道3發(fā)出一個鏈接信號，2)將用于檢測相位差的時間處理單元TPU通道3配以時間處理單元TPU的輸入專用功能模塊LTXdit3()，該模塊設(shè)置為接到鏈接信號時讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的時間time0，同時在發(fā)電機(jī)電壓信號上升沿時刻讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘時間time1，則相位差φ＝(time1-time0)×Fx×2π，其中Fx為電網(wǎng)頻率；IV.調(diào)速與調(diào)壓控制1)當(dāng)頻率差|Fx-Fg|大于準(zhǔn)同期要求且Fg＜Fx時，將用于加速脈沖輸出的時間處理單元TPU通道8配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdol8()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WSIH的高電平脈沖，WSIH＝Kf×|Fx-Fg|對應(yīng)于加速脈沖寬度，Kf為均頻系數(shù)，2)當(dāng)頻率差|Fx-Fg|大于準(zhǔn)同期要求且Fg＞Fx時，將用于減速脈沖輸出的時間處理單元TPU通道9配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdol9()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WSDH的高電平脈沖，WSDH＝Kf×|Fx-Fg|對應(yīng)于減速脈沖寬度，Kf為均頻系數(shù)，3)當(dāng)電壓差|Vx-Vg|大于準(zhǔn)同期要求且Vg＜Vx時，將用于升壓脈沖輸出的時間處理單元TPU通道A配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdolA()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WVIH的高電平脈沖，WVIH＝Kv×|Vx-Vg|對應(yīng)于升壓脈沖寬度，Kv為均壓系數(shù)，4)當(dāng)電壓差|Vx-Vg|大于準(zhǔn)同期要求且Vg＞Vx時，將用于降壓脈沖輸出的時間處理單元TPU通道B配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdolB()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WVDH的高電平脈沖，WVDH＝Kv×|Vx-Vg|對應(yīng)于降壓脈沖寬度，Kv為均壓系數(shù)；V.合閘脈沖輸出與斷路器的合閘回路動作時間測量1)當(dāng)頻率差與電壓差均滿足準(zhǔn)同期要求時，開始檢查相位差是否進(jìn)入180°～0°區(qū)間，并根據(jù)斷路器的合閘回路動作時間tdq與角頻率差ωD計算理想導(dǎo)前角φdq=ωdtdq+12×dωDdttdq2×16×d2ωDdt2tdq2,]]>2)當(dāng)相位差與理想導(dǎo)前角一致時，將用于合閘脈沖輸出的時間處理單元TPU通道6配以時間處理單元TPU的輸出專用功能模塊LTXdol6()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬HiFilter的高電平脈沖，同時在其上升沿時刻無延時地向用于檢測合閘回路動作時間的時間處理單元TPU通道4發(fā)出一個鏈接信號，HiFilter對應(yīng)于合閘脈沖寬度，其時間單位為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的周期，3)將用于檢測合閘回路動作時間的時間處理單元TPU通道4配以時間處理單元TPU的輸入專用功能模塊LTXdit4()，該模塊設(shè)置為接到鏈接信號時讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的時間time2，同時在合閘信號的上升沿時刻讀取時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的時間time3，則斷路器合閘回路動作時間tdq＝(time3-time2)/Fc，其中Fc為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的頻率。
數(shù)字式自動準(zhǔn)同期裝置根據(jù)電網(wǎng)AB相電壓信號和發(fā)電機(jī)電壓信號進(jìn)行頻率、電壓和相位差檢測，并進(jìn)一步計算頻率差和電壓差，當(dāng)頻率差超過準(zhǔn)同期要求時，根據(jù)頻率差的大小和方向，通過加速繼電器9或減速繼電器10向調(diào)速器15發(fā)出加、減速脈沖直至頻率差滿足準(zhǔn)同期要求；當(dāng)電壓差超過準(zhǔn)同期要求時，根據(jù)電壓差的大小和方向，通過升壓繼電器11或降壓繼電器12向勵磁裝置16發(fā)出升、降壓脈沖直至電壓差滿足準(zhǔn)同期要求；當(dāng)頻率差和電壓差滿足準(zhǔn)同期要求時，開始檢查相位差是否進(jìn)入180°～0°區(qū)間，并根據(jù)斷路器的合閘回路動作時間與滑差頻率計算理想導(dǎo)前角，當(dāng)相位差與理想導(dǎo)前角一致時，發(fā)出合閘脈沖；發(fā)出合閘脈沖后，再進(jìn)行斷路器17的合閘回路動作時間測量，為下次操作做好準(zhǔn)備。
權(quán)利要求
1.一種同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式自動準(zhǔn)同期控制裝置，其特征在于，包括可接入電網(wǎng)電壓信號的第一電壓互感器(1)和可接入發(fā)電機(jī)電壓信號的第二電壓互感器(2)，第一電壓互感器(1)將電網(wǎng)電壓信號分別送入第一低通濾波器(3)和第一整形電路(5)，第一低通濾波器(3)將電網(wǎng)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)，第一整形電路(5)將電網(wǎng)電壓信號變成方波信號后，分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)，一路用于測量電網(wǎng)頻率信號，另一路檢測電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓的相位差；第二電壓互感器(2)將發(fā)電機(jī)電壓信號分別送入第二低通濾波器(4)和第二整形電路(6)，第二低通濾波器(4)將發(fā)電機(jī)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)，第二整形電路(6)將發(fā)電機(jī)電壓信號變成方波信號后，分兩路分別送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)，一路用于測量發(fā)電機(jī)頻率信號，另一路檢測電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓的相位差；斷路器輔助接點信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)；加速繼電器(9)或減速繼電器(10)接收由可編程計算機(jī)控制器PCC(7)輸出的用于調(diào)頻控制加減速的脈沖信號，并送入調(diào)速器(15)；升壓繼電器(11)或降壓繼電器(12)接收由可編程計算機(jī)控制器PCC(7)輸出的用于調(diào)壓控制升降壓的脈沖信號，并送入勵磁裝置(16)；合閘繼電器(13)接收由可編程計算機(jī)控制器PCC(7)輸出的用于控制斷路器合閘的脈沖信號，送入斷路器(17)控制其操作，所述可編程計算機(jī)控制器PCC(7)包括時間處理單元(TPU)，時間處理單元(TPU)與處理器(CPU)和存儲單元(14)順序相連，所述存儲單元(14)中預(yù)裝有自動準(zhǔn)同期控制程序。
2.按照權(quán)利要求1所述的自動準(zhǔn)同期控制裝置，其特征在于，所述可編程計算機(jī)控制器PCC(7)還包括數(shù)字量輸入接口、數(shù)字量輸出接口、模擬量輸入接口及通訊接口。
3.按照權(quán)利要求2所述的自動準(zhǔn)同期控制裝置，其特征在于，所述第一低通濾波器(3)和第二低通濾波器(4)分別將電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)的模擬量輸入接口，第一整形電路(5)和第二整形電路(6)分別將電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓信號變成方波信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)的數(shù)字量輸入接口，斷路器輔助接點信號送入可編程計算機(jī)控制器PCC(7)的數(shù)字量輸入接口，加速繼電器(9)或減速繼電器(10)、升壓繼電器(11)或降壓繼電器(12)、合閘繼電器(13)由可編程計算機(jī)控制器PCC(7)數(shù)字量輸出接口接收其輸出的脈沖信號。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的自動準(zhǔn)同期控制裝置，其特征在于，所述可編程計算機(jī)控制器PCC(7)還連接有人機(jī)接口(8)。
5.按照權(quán)利要求1所述裝置進(jìn)行自動準(zhǔn)同期控制的方法，其特征在于，該方法按下列程序進(jìn)行根據(jù)電網(wǎng)AB相電壓信號和發(fā)電機(jī)電壓信號進(jìn)行I.頻率測量1)電網(wǎng)頻率測量將用于測量電網(wǎng)頻率的可編程計算機(jī)控制器PCC(7)的時間處理單元(TPU)通道0配以門時測量專用功能模塊LTXcpi0()，該模塊設(shè)置為檢測相鄰兩上升沿之間的時間DifCnt_x，電網(wǎng)電壓的周期Tx為DifCnt_x，其時間單位為時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的周期，電網(wǎng)頻率Fx＝Fc/DifCnt_x，其中Fc為時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的頻率；2)發(fā)電機(jī)頻率測量將用于測量發(fā)電機(jī)頻率的時間處理單元(TPU)通道2配以門時測量專用功能模塊LTXcpi2()，該模塊設(shè)置為檢測相鄰兩上升沿之間的時間DifCnt_g，發(fā)電機(jī)電壓的周期Tg為DifCnt_g，其時間單位為時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的周期，發(fā)電機(jī)頻率Fg＝Fc/DifCnt_g，其中Fc為時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的頻率；3)計算得出頻率差與角頻率差頻率差ΔF＝Fx-Fg，角頻率差ωD＝2πΔF，其中，F(xiàn)x是電網(wǎng)頻率，F(xiàn)g是發(fā)電機(jī)頻率；II.電壓測量1)在模擬輸入的初始化函數(shù)IP161cac中設(shè)置AD轉(zhuǎn)換為觸發(fā)方式，并指定用于AD轉(zhuǎn)換結(jié)果的緩存區(qū)FIFO的地址和容量，在MODE屬性中開啟FIFO功能，設(shè)置TPU通道F發(fā)送驅(qū)動2個AD通道同時采樣的觸發(fā)信號，2)將用于產(chǎn)生驅(qū)動2個AD通道同時采樣的觸發(fā)信號的時間處理單元(TPU)通道F配以時間處理單元(TPU)的脈寬調(diào)制輸出專用功能模塊LTXdpwmF()，該模塊設(shè)置為脈寬調(diào)制方式，若AD轉(zhuǎn)換采樣周期為T_dpwm，則調(diào)制脈沖的高電平寬度為HighTicks0，低電平寬度為LowTicks0＝T_dpwm-HighTicks0，HighTicks0與LowTicksr0的時間單位均為時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的周期，3)采用付氏算法求得電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)電壓；III.相位差測量1)將用于檢測電網(wǎng)電壓信號上升沿的時間處理單元(TPU)通道1配以時間處理單元(TPU)輸入專用功能模塊LTXdit1()，該模塊設(shè)置為電網(wǎng)電壓信號上升沿到來時無延時地向檢測相位差的時間處理單元(TPU)通道3發(fā)出一個鏈接信號，2)將用于檢測相位差的時間處理單元(TPU)通道3配以時間處理單元(TPU)的輸入專用功能模塊LTXdit3()，該模塊設(shè)置為接到鏈接信號時讀取時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的時間time0，同時在發(fā)電機(jī)電壓信號上升沿時刻讀取時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘時間time1，則相位差φ＝(time1-time0)×Fx×2π，其中Fx為電網(wǎng)頻率；IV.調(diào)速與調(diào)壓控制1)當(dāng)頻率差|Fx-Fg|大于準(zhǔn)同期要求且Fg＜Fx時，將用于加速脈沖輸出的時間處理單元(TPU)通道8配以時間處理單元(TPU)的輸出專用功能模塊LTXdol8()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WSIH的高電平脈沖，WSIH＝Kf×|Fx-Fg|對應(yīng)于加速脈沖寬度，Kf為均頻系數(shù)，2)當(dāng)頻率差|Fx-Fg|大于準(zhǔn)同期要求且Fg＞Fx時，將用于減速脈沖輸出的時間處理單元(TPU)通道9配以時間處理單元(TPU)的輸出專用功能模塊LTXdol9()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WSDH的高電平脈沖，WSDH＝Kf×|Fx-Fg|對應(yīng)于減速脈沖寬度，Kf為均頻系數(shù)，3)當(dāng)電壓差|Vx-Vg|大于準(zhǔn)同期要求且Vg＜Vx時，將用于升壓脈沖輸出的時間處理單元(TPU)通道A配以時間處理單元(TPU)的輸出專用功能模塊LTXdolA()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WVIH的高電平脈沖，WVIH＝Kv×|Vx-Vg|對應(yīng)于升壓脈沖寬度，Kv為均壓系數(shù)，4)當(dāng)電壓差|Vx-Vg|大于準(zhǔn)同期要求且Vg＞Vx時，將用于降壓脈沖輸出的時間處理單元(TPU)通道B配以時間處理單元(TPU)的輸出專用功能模塊LTXdolB()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬WVDH的高電平脈沖，WVDH＝Kv×|Vx-Vg|對應(yīng)于降壓脈沖寬度，Kv為均壓系數(shù)；V.合閘脈沖輸出與斷路器的合閘回路動作時間測量1)當(dāng)頻率差與電壓差均滿足準(zhǔn)同期要求時，開始檢查相位差是否進(jìn)入180°～0°區(qū)間，并根據(jù)斷路器的合閘回路動作時間tdq與角頻率差ωD計算理想導(dǎo)前角φdq=ωdtdq+12×dωDdttdq2×16×d2ωDdt2tdq2,]]>2)當(dāng)相位差與理想導(dǎo)前角一致時，將用于合閘脈沖輸出的時間處理單元(TPU)通道6配以時間處理單元(TPU)的輸出專用功能模塊LTXdol6()，該模塊設(shè)置為輸出一個寬HiFilter的高電平脈沖，同時在其上升沿時刻無延時地向用于檢測合閘回路動作時間的時間處理單元(TPU)通道4發(fā)出一個鏈接信號，HiFilter對應(yīng)于合閘脈沖寬度，其時間單位為時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的周期，3)將用于檢測合閘回路動作時間的時間處理單元(TPU)通道4配以時間處理單元(TPU)的輸入專用功能模塊LTXdit4()，該模塊設(shè)置為接到鏈接信號時讀取時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的時間time2，同時在合閘信號的上升沿時刻讀取時間處理單元(TPU)內(nèi)部時鐘的時間time3，則斷路器合閘回路動作時間tdq＝(time3-time2)/Fc，其中Fc為時間處理單元TPU內(nèi)部時鐘的頻率。
全文摘要
同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式自動準(zhǔn)同期控制裝置，包括可接入電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓信號的第一、第二電壓互感器，第一、第二電壓互感器通過低通濾波器和整形電路將信號送入可編程計算機(jī)控制器，可編程計算機(jī)控制器輸出的用于調(diào)頻控制加減速脈沖信號、用于調(diào)壓控制升降壓脈沖信號和用于控制斷路器合閘脈沖信號分別由加速繼電器或減速繼電器、升壓繼電器或降壓繼電器和合閘繼電器接收，分別送入調(diào)速器、勵磁裝置和斷路器，可編程計算機(jī)控制器的存儲單元中預(yù)裝有控制程序。該程序自動準(zhǔn)同期控制方法是根據(jù)電網(wǎng)和發(fā)電機(jī)電壓信號進(jìn)行頻率、電壓和相位差檢測，判斷是否發(fā)出合閘脈沖，進(jìn)行斷路器合閘動作控制。本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡單，便于使用、維護(hù)及調(diào)整，可靠性高。
文檔編號G05B19/05GK1808830SQ20051002273
公開日2006年7月26日 申請日期2005年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月26日
發(fā)明者南海鵬, 余向陽, 吳羅長, 薛媛, 武樺 申請人:西安理工大學(xué)