新聞主題	發(fā)電機(jī)組自動(dòng)準(zhǔn)同期并列參數(shù)測量

 

摘要：同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列是電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要操作。隨著工業(yè)社會(huì)的不斷發(fā)展，柴油發(fā)電機(jī)組行業(yè)變得越來越重要。不恰當(dāng)?shù)牟⒘袝?huì)對發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的沖擊，損壞電氣設(shè)備，影響電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，造成成本升高甚至造成人員傷亡。因此，準(zhǔn)同期裝置的發(fā)展變得至關(guān)重要。

 

一、發(fā)電機(jī)同期并列原理

 

      同期并列是指在兩臺(tái)或多臺(tái)同步發(fā)電機(jī)之間，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出電壓和頻率，使其與系統(tǒng)的電壓和頻率相同，以實(shí)現(xiàn)并列運(yùn)行。同期并列的基本條件包括：發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電壓相同，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)頻率相同，發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的相序相同。

1、模擬式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的原理

      模擬式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置是一種常見的準(zhǔn)同期裝置。它的原理是通過比較發(fā)電機(jī)輸出電壓和系統(tǒng)電壓的相位差，來控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同期。該裝置具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

2、微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的原理

      微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置是一種新型的準(zhǔn)同期裝置。它采用微機(jī)控制技術(shù)，通過采集發(fā)電機(jī)輸出電壓和系統(tǒng)電壓的信號，利用數(shù)學(xué)算法來控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同期。該裝置具有準(zhǔn)確性高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。

 

二、發(fā)電機(jī)同期并列參數(shù)檢測

 

1、電壓檢測

      在恒定越前時(shí)間到達(dá)前完成發(fā)電機(jī)電壓差檢測，判別是否滿足合閘條件。發(fā)電機(jī)電壓的測量目前一般采用交流采樣方式。交流電壓經(jīng)中間變換器降壓、隔離，在交流一周期內(nèi)每隔一個(gè)采樣時(shí)間對交流電壓信號采樣，并由A/D變換成數(shù)字量，見圖1。一周期采樣N次，得到N個(gè)采樣數(shù)字值，由CPU計(jì)算得到電壓有效值或其他需要的數(shù)值。

      計(jì)算機(jī)進(jìn)行電壓計(jì)算可以采用傅里葉算法。傅里葉算法是以傅里葉級數(shù)為基礎(chǔ)的，對于任何輸入量為周期函數(shù)的信號u（t）、i（t）都可以分解為含有直流分量U₀、I₀及各次頻率分量的傅里葉級數(shù)。

 

 

 

式中，n——n次諧波（n＝1，2，···）；

U_nc、I_nc、U_ns、I_ns——n次波的余弦分量、正弦分量電流、電壓值。

      由cosnωt、sinnωt（n＝1，2，···）組成的正交函數(shù)組作樣品函數(shù)，分別用（1、cosnωt、sinnωt、cosn2ωt、sinn3ωt、···）正交函數(shù)集中的各項(xiàng)與i（t）或u（t）相乘。例如，需要得到基波分量電流，則用sinnωt和cosnwt分別與i（t）相乘，從任一時(shí)刻t₀積分一周期T，利用正交函數(shù)的特性即可消去直流分量和各次諧波，從而得到

 

 

式中，U_c、I_c、U_s，、I_s、——電壓、電流基波的余弦分量、正弦分量值。

      設(shè)每個(gè)工頻周期采樣N次，對以上積分用梯形數(shù)值積分（離散化）來代替，從而可求得

 

 

式中，U_r、I_r、U_i、I_i——電壓、電流基波的實(shí)部、虛部。

      若采樣間隔角度為φ，則每工頻周期采樣點(diǎn)N＝2π/φ，可以求出電流、電壓有效值為

 

φ=φ_u-φ_{i............................................}(5-34)

      設(shè)每個(gè)周期交流采樣12次，即K＝1～12。對電壓u＝1sin（ωt＋20°）一周期采樣12點(diǎn)的采樣值見表1。

 

表1                               電壓周期采樣值

      電壓實(shí)部為

 

 

      電壓虛部為

 

 

      電壓有效值為

 

 

      電壓相角為

 

 

      有了電流、電壓實(shí)部和虛部后，即可求得功率。由視在功率

S=P+jQ=（U_r+jU_i）（I_r -jI_i）....................... (5-39)

      可得有功功率為

 

 

     無功功率為

 

 

     三相有功功率和無功功率可以類推。

2、頻率檢測

      要求在恒定越前時(shí)間到達(dá)前完成頻率差檢測，判別是否滿足合閘條件。數(shù)字測頻方法為：把交流電壓降壓隔離后，轉(zhuǎn)換為方波，再經(jīng)二分頻，其正脈沖寬度即為原電壓的周期。

      設(shè)計(jì)數(shù)脈沖頻率為f_c，并由方波脈沖上升沿啟動(dòng)計(jì)數(shù)，由方波脈沖下降沿停止計(jì)數(shù)，得到一個(gè)周期內(nèi)對應(yīng)的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)為N，見圖2。

       若計(jì)數(shù)脈沖頻率為f_c，則所測交流電周期及頻率為

 

 

圖1  發(fā)電機(jī)電壓交流采樣過程示意圖

圖2  發(fā)電機(jī)頻率測量原理框圖

 

3、相角差δ（t）檢測

      測量斷路器兩側(cè)電壓相位差的電路如圖3所示。

      斷路器兩側(cè)電壓通過電壓變換成檢測設(shè)備能接受的較小電壓，并實(shí)現(xiàn)電磁隔離；經(jīng)零電平檢測器取正弦波正半周整形為方波；將對應(yīng)斷路器兩側(cè)電壓的兩個(gè)方波接入異或門，根據(jù)異或門邏輯，相同出“0”，相異出“1”，取得的輸出方波寬度即為斷路器兩側(cè)電壓相位差；從圖4波形可見，δ從0逐漸增大至π，然后逐漸減小到0。

 

圖3  發(fā)電機(jī)相角差測量原理電路圖

圖4 相角差測量波形分析原理電路圖

 

      由于采用微機(jī)化控制，因此需要將δ_i數(shù)值化。把對應(yīng)相角差δ的矩形波接入一可控計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)脈沖f_c。波形上升沿開始計(jì)數(shù)，下降沿停止計(jì)數(shù)，得到時(shí)間τ（對應(yīng)計(jì)數(shù)值N），由定時(shí)/計(jì)數(shù)器可取得對應(yīng)相角差δ的數(shù)字量（見圖5）

 

 

式中，N_S——對應(yīng)系統(tǒng)電壓半個(gè)周期的數(shù)字量；

N_i——對應(yīng)電壓相角差δ_i的數(shù)字量。

      分析δ_i的變化過程，并將δ_i從0逐漸增大至π，然后逐漸減小到0的變化轉(zhuǎn)換成從0逐漸增大至2π的數(shù)值計(jì)算公式為：

 

 

 

      δ（t）數(shù)值軌跡如圖6所示，包括滑差恒定不變及滑差等速變化兩種典型值。

  

圖5  發(fā)電機(jī)相位差數(shù)字轉(zhuǎn)換示意圖

圖6 相角差變化軌跡曲線圖

 

總結(jié)：

      總之，同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期并列是電力系統(tǒng)中不可或缺的一項(xiàng)操作。準(zhǔn)同期裝置的發(fā)展歷經(jīng)了模擬式和微機(jī)型兩個(gè)階段，不斷地完善和創(chuàng)新，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了重要保障。

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