生產(chǎn)過程自動(dòng)化

生產(chǎn)過程自動(dòng)化

華中科技大學(xué)水電與數(shù)字化工程學(xué)院

概論

1.1水電站在電力系統(tǒng)中的作用

電源電力系統(tǒng)電網(wǎng)火電水電核電風(fēng)力與潮汐發(fā)電輸電線路變電站負(fù)載電力系統(tǒng)的組成：

水電站生產(chǎn)的特點(diǎn)：水能是一種非常優(yōu)越的能源水能是一種再生能源水能是一種潔凈能源水能可以綜合利用水電能源可以儲(chǔ)備電能無法儲(chǔ)存，發(fā)電與用電必須保持平衡。為了協(xié)調(diào)發(fā)電與用電的矛盾，利用水庫對(duì)河川的徑流進(jìn)行調(diào)節(jié)，即利用水庫先把輸入的水能儲(chǔ)蓄起來，然后按照系統(tǒng)的需要供水電站使用。另外，抽水蓄能電站可以把水能轉(zhuǎn)換成為電能，還可以把電能轉(zhuǎn)換成為水能。

擔(dān)負(fù)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)由于電力系統(tǒng)的發(fā)電和用電必須保持平衡，但用電在一天內(nèi)的波動(dòng)很大，因此系統(tǒng)中應(yīng)有一部分機(jī)組擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻的任務(wù)。火電機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)慢，高效率區(qū)域窄，不益擔(dān)任電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)；水電機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)快，高效率區(qū)域?qū)?，且操作方便，益?dān)任電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)。擔(dān)負(fù)電力系統(tǒng)的事故備用備用容量=系統(tǒng)可用電源容量-發(fā)電負(fù)荷；由于水電機(jī)組具有啟動(dòng)、停機(jī)快的特點(diǎn)，故宜于承擔(dān)電力系統(tǒng)的事故備用容量。擔(dān)負(fù)電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)由于電力系統(tǒng)的發(fā)電和用電必須保持平衡，但用電在一天內(nèi)的波動(dòng)很大，因此系統(tǒng)中應(yīng)有一部分機(jī)組擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻的任務(wù)?；痣姍C(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)慢，高效率區(qū)域窄，不益擔(dān)任電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)；水電機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)快，高效率區(qū)域?qū)挘也僮鞣奖?，益?dān)任電力系統(tǒng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)。擔(dān)負(fù)電力系統(tǒng)的事故備用備用容量=系統(tǒng)可用電源容量-發(fā)電負(fù)荷；由于水電機(jī)組具有啟動(dòng)、停機(jī)快的特點(diǎn)，故宜于承擔(dān)電力系統(tǒng)的事故備用容量。備用容量包括負(fù)荷備用、事故備用和檢修備用。負(fù)荷備用：用于調(diào)整系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)，并滿足計(jì)劃外負(fù)荷增加的需要，一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的2—5%。事故備用：用于代替系統(tǒng)中發(fā)生事故和故障的發(fā)電設(shè)備的工作，以便維持系統(tǒng)的正常供電，一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的5—10%。檢修備用：為檢修發(fā)電設(shè)備而設(shè)置的。1.2水電站自動(dòng)化的目的

自動(dòng)化程度是水電站現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一，同時(shí)自動(dòng)化技術(shù)又是水電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必不可少的技術(shù)手段。隨著機(jī)組容量的不斷增大，自動(dòng)化技術(shù)對(duì)水電站安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著越來越重要的作用。水電站自動(dòng)化是指：應(yīng)用先進(jìn)的控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)和優(yōu)化技術(shù)等，使水電站生產(chǎn)過程的操作、控制和監(jiān)視能夠在無人和少人參與的情況下，按照預(yù)定的計(jì)劃或程序自動(dòng)的進(jìn)行。

實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化的目的：提高水電站運(yùn)行的可靠性實(shí)現(xiàn)水電站自動(dòng)化以后，通過各種自動(dòng)裝置能夠快速準(zhǔn)確和及時(shí)地進(jìn)行檢測(cè)、記錄和報(bào)警，當(dāng)出現(xiàn)不正常工作狀態(tài)時(shí)，發(fā)出相應(yīng)的告警信號(hào)，通知運(yùn)行人員及時(shí)地加以處理；發(fā)生事故時(shí)，能夠自動(dòng)緊急停機(jī)或斷開發(fā)生事故的設(shè)備，并可自動(dòng)投入備用機(jī)組或設(shè)備。保證電能質(zhì)量電能質(zhì)量的兩個(gè)最主要的指標(biāo)是電壓和頻率：

ΔU≤±5%Ur;Δf≤±(0.2-0.5)%fr由于電力系統(tǒng)的負(fù)荷是隨時(shí)在變化的，要維持電壓和頻率在規(guī)定的范圍內(nèi)，可以通過自動(dòng)裝置可以快速而準(zhǔn)確地調(diào)整機(jī)組的有功和無功，來保證高質(zhì)量的電能質(zhì)量。特別是在事故情況下，通過自動(dòng)裝置快速的調(diào)節(jié)和控制對(duì)迅速恢復(fù)電能質(zhì)量具有決定性的意義。提高水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性水電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指：通過自動(dòng)化裝置或系統(tǒng)合理地制定水電站的運(yùn)行計(jì)劃，在保證水電站發(fā)電設(shè)備安全的前提下，滿足電網(wǎng)調(diào)度需要，獲取最大的發(fā)電效益，最大限度地延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。提高勞動(dòng)生產(chǎn)率應(yīng)用自動(dòng)裝置和系統(tǒng)來完成水電站運(yùn)行中的各項(xiàng)任務(wù)，減少運(yùn)行人員直接參與操作、控制、監(jiān)視檢查和記錄等工作，改善了勞動(dòng)條件，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了運(yùn)行管理水平。1.3水水電電站站自自動(dòng)動(dòng)化化的的內(nèi)內(nèi)容容自動(dòng)動(dòng)控控制制水水電電機(jī)機(jī)組組的的運(yùn)運(yùn)行行方方式式，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)開開、、停停機(jī)機(jī)和和并并網(wǎng)網(wǎng)、、發(fā)發(fā)電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)調(diào)調(diào)相相或或調(diào)調(diào)相相轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)電電等等過過程程的的自自動(dòng)動(dòng)化化實(shí)現(xiàn)現(xiàn)水水電電機(jī)機(jī)組組的的安安全全經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)運(yùn)運(yùn)行行實(shí)現(xiàn)現(xiàn)對(duì)對(duì)包包括括主主變變、、母母線線和和線線路路等等主主要要電電氣氣設(shè)設(shè)備備的的控控制制、、監(jiān)監(jiān)視視和和保保護(hù)護(hù)完成成對(duì)對(duì)水水工工建建筑筑物物運(yùn)運(yùn)行行工工況況的的監(jiān)監(jiān)視視與與控控制制水電電站站自自動(dòng)動(dòng)化化是是各各種種自自動(dòng)動(dòng)化化裝裝置置和和系系統(tǒng)統(tǒng)來來完完成成的的。。其其中中：：基礎(chǔ)礎(chǔ)自自動(dòng)動(dòng)裝裝置置（（或或系系統(tǒng)統(tǒng)））用于于完完成成對(duì)對(duì)發(fā)發(fā)電電設(shè)設(shè)備備進(jìn)進(jìn)行行某某項(xiàng)項(xiàng)特特定定控控制制或或檢檢測(cè)測(cè)任任務(wù)務(wù)的的裝裝置置（（或或系系統(tǒng)統(tǒng)））。。如如：：水水輪輪機(jī)機(jī)調(diào)調(diào)速速器器、、自自動(dòng)動(dòng)勵(lì)勵(lì)磁磁調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)器器、、溫溫度度巡巡檢檢裝裝置置等等。。綜合自自動(dòng)裝裝置（（或系系統(tǒng)））用于實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)水電電站或或發(fā)電電設(shè)備備進(jìn)行行某項(xiàng)項(xiàng)綜合合控制制的裝裝置（（或系系統(tǒng)））。如如：頻頻率－－電壓壓成組組調(diào)節(jié)節(jié)裝置置、電電壓－－無功功成組組調(diào)節(jié)節(jié)裝置置、閘閘門控控制系系統(tǒng)等等。從控制論論的角度度看水電電站的自自動(dòng)控制制裝置（（或系統(tǒng)統(tǒng)）可分分為：順序控制制如用于完完成機(jī)組組自動(dòng)開開、停機(jī)機(jī)組控制制的機(jī)組組自動(dòng)裝裝置等。。恒值控制制如用于完完成機(jī)組組轉(zhuǎn)速調(diào)調(diào)節(jié)任務(wù)務(wù)的水輪輪機(jī)調(diào)速速器和用用于完成成機(jī)組電電壓調(diào)節(jié)節(jié)任務(wù)的的自動(dòng)電電壓調(diào)節(jié)節(jié)器等。。跟蹤控制制如用于完完成瀉洪洪流量控控制任務(wù)務(wù)的閘門門控制系系統(tǒng)等。。1.４水水電站自動(dòng)動(dòng)化技術(shù)的的發(fā)展情況況廣泛采用計(jì)計(jì)算機(jī)控制制技術(shù)微機(jī)調(diào)速器器、微機(jī)調(diào)調(diào)節(jié)器、微微機(jī)保護(hù)和和計(jì)算機(jī)監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)等等。采用現(xiàn)代檢檢測(cè)技術(shù)和和信號(hào)分析析技術(shù)采用新型傳傳感器和振振動(dòng)信號(hào)分分析技術(shù)。。應(yīng)用先進(jìn)控控制技術(shù)應(yīng)用智能控控制、非線線性控制、、模糊控制制等。應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通通訊技術(shù)和和數(shù)據(jù)庫技技術(shù)應(yīng)用用現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)總總線線、、局局域域網(wǎng)網(wǎng)和和遠(yuǎn)遠(yuǎn)動(dòng)動(dòng)技技術(shù)術(shù)。。應(yīng)用現(xiàn)代制造造技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械械液壓隨動(dòng)系系統(tǒng)、整流器器、軟啟動(dòng)器器等。1.5計(jì)計(jì)算機(jī)技術(shù)在在水電生產(chǎn)過過程中的應(yīng)用用計(jì)算機(jī)技術(shù)在在水電生產(chǎn)過過程中最重要要的應(yīng)用是計(jì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系系統(tǒng)，主要完完成自動(dòng)檢測(cè)測(cè)、優(yōu)化計(jì)算算、自動(dòng)控制制、自動(dòng)事故故處理和運(yùn)行行管理的任務(wù)務(wù)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系系統(tǒng)具有控制制功能完善，，數(shù)據(jù)處理方方便，操作顯顯示集中，運(yùn)運(yùn)行安全可靠靠的特點(diǎn)。它它是由計(jì)算機(jī)機(jī)技術(shù)、信號(hào)號(hào)處理技術(shù)、、測(cè)量技術(shù)、、網(wǎng)絡(luò)通訊技技術(shù)和人機(jī)接接口技術(shù)相互互發(fā)展和滲透透而產(chǎn)生的。。與常規(guī)控制制系統(tǒng)相比，，具有顯著的的優(yōu)越性。目前，我國(guó)大大中型水電站站廣泛地應(yīng)用用了的計(jì)算機(jī)機(jī)監(jiān)控技術(shù)，，并在水電生生產(chǎn)過程中發(fā)發(fā)揮了重要作作用。水電站計(jì)算機(jī)機(jī)監(jiān)控技術(shù)發(fā)發(fā)展概況水電站計(jì)算機(jī)機(jī)應(yīng)用的初創(chuàng)創(chuàng)時(shí)期（60年代）：計(jì)算機(jī)只是起起到“離線””的應(yīng)用，即即計(jì)算機(jī)與控控制對(duì)象沒有有直接的聯(lián)系系，運(yùn)行人員員將水電站運(yùn)運(yùn)行中的參數(shù)數(shù)（如：水位位、流量、電電壓、頻率等等），經(jīng)計(jì)算算機(jī)的外設(shè)輸輸入到計(jì)算機(jī)機(jī)，由計(jì)算機(jī)機(jī)根據(jù)預(yù)先編編制的數(shù)學(xué)模模型和程序進(jìn)進(jìn)行綜合分析析計(jì)算和邏輯輯判斷后得到到優(yōu)化運(yùn)行方方式，然后經(jīng)經(jīng)計(jì)算機(jī)的輸輸出設(shè)備顯示示或打印出來來，運(yùn)行人員員根據(jù)計(jì)算結(jié)結(jié)果操作和調(diào)調(diào)節(jié)運(yùn)行設(shè)備備。集中式計(jì)算機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)的的發(fā)展時(shí)期（（60年代中中－７０年代代中）：到了這個(gè)時(shí)期期，由于在計(jì)計(jì)算機(jī)上提供供了與過程裝裝置之間的接接口，人們開開始試驗(yàn)用直直接的方法使使計(jì)算機(jī)與控控制對(duì)象直接接的聯(lián)系，并并獲得成功。。計(jì)算機(jī)配上上變送器、執(zhí)執(zhí)行器和信號(hào)號(hào)連接裝置就就完全可以實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)水電生生產(chǎn)過程的控控制。中央計(jì)算機(jī)ＡＩＤＩＤＯＡＯ水電生產(chǎn)過程變送器執(zhí)行器集中式計(jì)算機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)把把幾十個(gè)甚至至幾百個(gè)控制制回路以及上上千個(gè)過程變變量的顯示、、操作和控制制集中在單一一計(jì)算機(jī)上來來實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)優(yōu)點(diǎn)為：控制制功能齊全，，可以實(shí)現(xiàn)常常規(guī)控制難以以實(shí)現(xiàn)甚至不不能實(shí)現(xiàn)的功功能和最優(yōu)控控制、聯(lián)鎖功功能等復(fù)雜控控制。但是，它存在在三個(gè)主要問問題：第一是是集中的脆弱弱性問題，單單臺(tái)計(jì)算機(jī)控控制幾十到上上百個(gè)回路，，把危險(xiǎn)也集集中了，一旦旦發(fā)生故障，，將導(dǎo)致生產(chǎn)產(chǎn)過程的全面面癱瘓；第二二是性能問題題，單臺(tái)計(jì)算算機(jī)的速度和和容量不夠，，負(fù)載過重；；第三是開發(fā)發(fā)問題，由于于技術(shù)進(jìn)步，，不斷提出新新的要求，使使軟件越來越越復(fù)雜，造成成開發(fā)人員需需求上的短缺缺和開發(fā)周期期的不斷增加加。目前，，小型型電站站仍可可采用用集中中式計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)控制制系統(tǒng)統(tǒng)。早期的的水電電站分分層計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)監(jiān)控控系統(tǒng)統(tǒng)（70年年代中中－８８０年年代末末）：：集中型型計(jì)算算機(jī)控控制系系統(tǒng)存存在的的問題題促使使計(jì)算算機(jī)監(jiān)監(jiān)控系系統(tǒng)向向分散散化發(fā)發(fā)展，，由此此產(chǎn)生生了監(jiān)監(jiān)督計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)控制制系統(tǒng)統(tǒng)（ＳＳＣＣＣ，SupervisoryComputerControl)。ＳＳＣＣＣ由二二級(jí)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)組成成，第第一級(jí)級(jí)計(jì)算算機(jī)與與生產(chǎn)產(chǎn)過程程連接接，取取代常常規(guī)儀儀表和和控制制器承承擔(dān)測(cè)測(cè)量和和控制制任務(wù)務(wù)；第第二級(jí)級(jí)計(jì)算算機(jī)根根據(jù)水水電站站生產(chǎn)產(chǎn)過程程的工工況信信息和和數(shù)學(xué)學(xué)模型型進(jìn)行行計(jì)算算，給給第一一級(jí)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)提供供最優(yōu)優(yōu)控制制的信信息。。第二級(jí)計(jì)算機(jī)第一級(jí)計(jì)算機(jī)常規(guī)控制器水電生產(chǎn)過程人機(jī)界面分層分布式式計(jì)算機(jī)監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)（（９0年代代后）：水電站電力力生產(chǎn)管理理的集中性性和控制的的分散性這這一實(shí)際需需要，要求求水電站計(jì)計(jì)算機(jī)控制制系統(tǒng)采用用分層分布布式結(jié)構(gòu)。。這種結(jié)構(gòu)構(gòu)與水電生生產(chǎn)過程的的管理結(jié)構(gòu)構(gòu)相一致，，一般分為為三級(jí)：過過程控制（（儀表）級(jí)級(jí)、控制管管理（現(xiàn)地地控制）級(jí)級(jí)、生產(chǎn)管管理（電站站）級(jí)。各各級(jí)既相互互獨(dú)立，又又相互聯(lián)系系。電站級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)┅控制器控制器控制器┅局域網(wǎng)現(xiàn)地級(jí)控制系統(tǒng)控制器控制器控制器┅現(xiàn)地級(jí)控制系統(tǒng)控制器控制器控制器┅現(xiàn)地級(jí)控制系統(tǒng)分層分布式式計(jì)算機(jī)監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)是是應(yīng)用計(jì)算算機(jī)技術(shù)對(duì)對(duì)水電生產(chǎn)產(chǎn)過程進(jìn)行行集中監(jiān)視視、操作、、管理和分分散控制的的一種新型型控制技術(shù)術(shù)。該系統(tǒng)概括括起來是由由集中管理理部分、分分散控制檢檢測(cè)部分和和通訊部分分組成。其其中：集中管理部部分主要用用于計(jì)算機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的組態(tài)和和維護(hù)，水水電生產(chǎn)過過程的監(jiān)視視、操作、、信息管理理和優(yōu)化控控制；分散控制檢檢測(cè)部分用用于現(xiàn)地級(jí)級(jí)單元的控控制和監(jiān)測(cè)測(cè)；通訊部分連連接計(jì)算機(jī)機(jī)控制系統(tǒng)統(tǒng)的各個(gè)分分布部分，，完成數(shù)據(jù)據(jù)、命令及及其它信息息的傳遞。。計(jì)算機(jī)監(jiān)控控系統(tǒng)的類類型與結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)算機(jī)監(jiān)控控系統(tǒng)可分分為以下幾幾種類型：：取消常規(guī)控控制設(shè)備的的系統(tǒng)，即即全計(jì)算機(jī)機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)。主控級(jí)級(jí)應(yīng)采用雙雙機(jī)熱備；；以計(jì)算機(jī)為為主，常規(guī)規(guī)控制系統(tǒng)統(tǒng)為輔的監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)。。主控級(jí)可可采用雙機(jī)機(jī)或單機(jī)；；以常規(guī)控制制系統(tǒng)為主主，計(jì)算機(jī)機(jī)為輔的監(jiān)監(jiān)控系統(tǒng)。。主控級(jí)可可采用單機(jī)機(jī)?，F(xiàn)地級(jí)計(jì)算算機(jī)的設(shè)置置原則是：：每臺(tái)機(jī)組設(shè)設(shè)一臺(tái)，置置于機(jī)組旁旁；全廠公用部部分至少設(shè)設(shè)一臺(tái)；根據(jù)需要，，可設(shè)一臺(tái)臺(tái)負(fù)責(zé)閘門門啟閉控制制和水位監(jiān)監(jiān)視的單元元，置于壩壩上。水電站計(jì)算算機(jī)監(jiān)控系系統(tǒng)采用分分層分布式式結(jié)構(gòu)時(shí)，，可以采用用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)有如下下幾種：星型結(jié)構(gòu)：：各工作站站由點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)鏈路連接接到公用交交換中心。。星的中心心起著控制制器的作用用。網(wǎng)絡(luò)上上的工作站站間交換信信息都要通通過中央控控制器。這這種拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了了一種集中中式通訊策策略。交換換中心節(jié)點(diǎn)點(diǎn)相當(dāng)復(fù)雜雜，但各站站通訊處理理負(fù)荷較輕輕。其缺點(diǎn)點(diǎn)是中央控控制器故障障時(shí)會(huì)導(dǎo)致致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的通訊中中斷。中央控制器工作站工作站工作站工作站環(huán)型結(jié)構(gòu)：：網(wǎng)絡(luò)上的的所有節(jié)點(diǎn)點(diǎn)都通過點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路路連接，并并構(gòu)成封閉閉的環(huán)。線線路上的信信息按點(diǎn)對(duì)對(duì)點(diǎn)的方式式傳輸，即即由一個(gè)工工作站發(fā)出出的信息只只傳送到下下一個(gè)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)。若該節(jié)節(jié)點(diǎn)不是發(fā)發(fā)送信息的的目的站，，就再把信信息傳遞到到下一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)，重復(fù)復(fù)這個(gè)過程程，直到發(fā)發(fā)送的信息息到達(dá)目的的站為止。。環(huán)型結(jié)構(gòu)構(gòu)的雙向傳傳送信息可可以提高網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的可靠靠性。工作站工作站工作站工作站總線結(jié)構(gòu)：：網(wǎng)絡(luò)上的的所有節(jié)點(diǎn)點(diǎn)都通過硬硬件接口直直接連接到到線狀傳輸輸介質(zhì)（光光釬、雙絞絞線等）。。任何一個(gè)個(gè)工作站的的發(fā)送信息息都在介質(zhì)質(zhì)上傳播，，并能被所所有其它節(jié)節(jié)點(diǎn)所接收收。因?yàn)樗泄?jié)點(diǎn)共共享一條傳傳輸鏈路，，所以在某某一時(shí)刻只只有一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)能發(fā)送送信息。因因此，對(duì)介介質(zhì)的訪問問應(yīng)規(guī)定某某種控制協(xié)協(xié)議。工作站工作站工作站工作站工作站2.1水水輪發(fā)電電機(jī)的并列列方式1）同步步發(fā)電機(jī)在在電網(wǎng)中并并列運(yùn)行的的概念正常情況時(shí)時(shí)，在電力力系統(tǒng)中并并列運(yùn)行的的同步發(fā)電電機(jī)是以相相同的電角角速度、出出口的折算算電壓相等等的情況運(yùn)運(yùn)行，稱為為并列（或或同步）運(yùn)運(yùn)行。由許多同步步發(fā)電機(jī)并并列運(yùn)行組組成的電力力系統(tǒng)相對(duì)對(duì)于孤立網(wǎng)網(wǎng)來講，具具有以下優(yōu)優(yōu)點(diǎn)：可以提高供供電的可靠靠性；可以提高供供電的電能能質(zhì)量；可使負(fù)荷分分配更為合合理；減少電力系系統(tǒng)的備用用容量，并并充分利用用各種動(dòng)力力資源。2.水水輪發(fā)電機(jī)機(jī)的自動(dòng)并并列水輪發(fā)電機(jī)機(jī)在投入電電力系統(tǒng)并并列運(yùn)行以以前，與系系統(tǒng)中的其其它發(fā)電機(jī)機(jī)是不同步步的，如果果要使它與與系統(tǒng)中已已運(yùn)行的發(fā)發(fā)電機(jī)并列列運(yùn)行，則則必須按一一定的要求求完成各種種操作。這這種將發(fā)電電機(jī)投入電電力系統(tǒng)并并列運(yùn)行的的操作，稱稱為并列操操作或同期期操作。用用于完成并并列操作的的裝置稱為為同期裝置置。由于同步發(fā)發(fā)電機(jī)在開開機(jī)時(shí)必須須有并列操操作，因此此并列操作作是水電站站一項(xiàng)重要要且經(jīng)常進(jìn)進(jìn)行的操作作。在正常常運(yùn)行時(shí)進(jìn)進(jìn)行并列操操作，以便便使機(jī)組投投入系統(tǒng)并并列運(yùn)行；；在系統(tǒng)或或電站事故故時(shí)，通過過并列操作作來迅速恢恢復(fù)水電站站甚至整個(gè)個(gè)系統(tǒng)的正正常運(yùn)行。。水輪發(fā)電機(jī)機(jī)有準(zhǔn)同期期和自同期期兩種并列列方式，并并且又分為為手動(dòng)操作作和自動(dòng)操操作：自動(dòng)（或手動(dòng)）操作準(zhǔn)同期自同期2）準(zhǔn)同期期準(zhǔn)同期操作作的過程：：滿足打開機(jī)組導(dǎo)葉到空載位置發(fā)電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)投入勵(lì)磁調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速判斷發(fā)電機(jī)是否滿足并列條件將機(jī)組投入系統(tǒng)并列運(yùn)行不滿足同步發(fā)電機(jī)機(jī)并列的條件件：發(fā)電機(jī)與電電力系統(tǒng)的的相序相同同；發(fā)電機(jī)與電電力系統(tǒng)的的頻率相同同；發(fā)電機(jī)與電電力系統(tǒng)的的電壓相同同；發(fā)電機(jī)與與電力系系統(tǒng)的相相位相同同。如果完全全滿足并并列條件件的并列列操作，，發(fā)電機(jī)機(jī)定子回回路的電電流將為為零，對(duì)對(duì)機(jī)組將將不會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生電流流或電磁磁力矩的的沖擊。。但是，在在實(shí)際操操作中很很難精確確滿足并并列條件件。實(shí)際際上，只只要造成成的電流流沖擊和和電磁力力沖擊不不超過允允許范圍圍，就不不會(huì)對(duì)機(jī)機(jī)組造成成危害。。非同期并列操作作可能使使機(jī)組嚴(yán)嚴(yán)重?fù)p壞壞：如果相位位差為180°時(shí)非同期期合閘，，則發(fā)電電機(jī)定子子繞組的的沖擊電電流將比比發(fā)電機(jī)機(jī)出口的的三相短短路電流流大一倍倍；如果電壓壓或頻率率不相同同，將對(duì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)產(chǎn)生很大大的電磁磁沖擊力力，甚至至高達(dá)額額定力矩矩的8-26倍倍。而發(fā)發(fā)電機(jī)出出口短路路時(shí)的最最大電磁磁力矩只只有額定定力矩的的3-8倍；可能造成成非同期期并列的的原因?yàn)闉椋喊l(fā)電機(jī)的的一次或或二次接接線不正正確；同期裝置置工作不不正確；；運(yùn)行人員員誤操作作。3）自同同期自同期操操作的過過程：打開機(jī)組導(dǎo)葉到空載位置發(fā)電機(jī)接近同步轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)投入勵(lì)磁發(fā)電機(jī)斷路器合閘機(jī)組并入系統(tǒng)運(yùn)行自同期是是針對(duì)系系統(tǒng)發(fā)生生故障時(shí)時(shí)，系統(tǒng)統(tǒng)電壓和和頻率降降低，并并且不斷斷發(fā)生變變化，使使準(zhǔn)同期期并列困困難時(shí)，，而采用用的同期期方式。。自同期的的優(yōu)點(diǎn)：：不需調(diào)整整電壓、、相位和和精確調(diào)調(diào)整轉(zhuǎn)速速，操作作簡(jiǎn)單；；由于并列列操作時(shí)時(shí)未投勵(lì)勵(lì)，消除除了非同同期并列列的可能能；與準(zhǔn)同期期相比，，大大縮縮短了并并列的時(shí)時(shí)間。自同期并并列為電電力系統(tǒng)統(tǒng)發(fā)生故故障而出出現(xiàn)低頻頻、低壓壓時(shí)，啟啟動(dòng)備用用機(jī)組創(chuàng)創(chuàng)造了很很好的條條件，對(duì)對(duì)于防止止事故擴(kuò)擴(kuò)大，迅迅速恢復(fù)復(fù)系統(tǒng)起起到重要要作用。。由于發(fā)電電機(jī)以自自同期投投入系統(tǒng)時(shí)，，未勵(lì)磁磁的發(fā)電電機(jī)相當(dāng)當(dāng)于異步步電動(dòng)機(jī)機(jī)，因此此自同期期存在如如下缺點(diǎn)點(diǎn)：出現(xiàn)短時(shí)時(shí)間的電電流沖擊擊，并使使系統(tǒng)電電壓下降降；沖擊電流流引起的的電動(dòng)力力可能對(duì)對(duì)定子繞繞組絕緣緣和定子子繞組端端部造成成不良影影響；沖擊電磁磁力矩將將使機(jī)組組大軸產(chǎn)產(chǎn)生紐矩矩，并引引起振動(dòng)動(dòng)。但是，沖沖擊電流流和沖擊擊電磁力力矩均比比發(fā)電機(jī)機(jī)出口三三相短路路時(shí)小，，并且縮縮減快，，通常不不會(huì)對(duì)發(fā)發(fā)電機(jī)造造成損害害，但沖沖擊電流流產(chǎn)生的的電動(dòng)力力可能對(duì)對(duì)定子繞繞組絕緣緣和端部部造成累累計(jì)性變變形和損損害。特特別是自同期時(shí)發(fā)電電機(jī)處于冷狀狀態(tài)，造成的的不良影響比比熱狀態(tài)下的的發(fā)電機(jī)出口口三相短路更更嚴(yán)重。因此，根據(jù)各各種同期方式式的特點(diǎn)，水水電站在同期期操作中：以自動(dòng)準(zhǔn)同期期作為機(jī)組正正常時(shí)的并列列方式，并帶帶有非同期閉閉鎖；以手動(dòng)準(zhǔn)同期期作為備用，，并帶有非同同期閉鎖；在事故時(shí)，采采用自動(dòng)自同同期并列。２.２同同期點(diǎn)的選擇擇和同期電壓壓的引入1）同期點(diǎn)點(diǎn)的選擇為了實(shí)現(xiàn)機(jī)組組與系統(tǒng)的并并列運(yùn)行，水水電站必須有有一部分?jǐn)嗦仿菲饔赏谘b裝置來進(jìn)行操操作，這些用用于同期并列列的斷路器稱稱為同期點(diǎn)。。選擇同期點(diǎn)的的基本原則是是：如果一個(gè)個(gè)斷路器的兩兩側(cè)都有電源源，則該斷路路器應(yīng)該是同同期點(diǎn)。確定水電站同同期點(diǎn)的一般般原則是：發(fā)電機(jī)或發(fā)變變組的斷路器器是同期點(diǎn)；；ＧS同期點(diǎn)ＧS同期點(diǎn)在對(duì)側(cè)有電源源的線路斷路路器是同期點(diǎn)點(diǎn)；同期點(diǎn)母線電源三繞組變壓器器或自耦變壓壓器與電源連連接的各側(cè)斷斷路器是同期期點(diǎn)；電源電源同期點(diǎn)同期點(diǎn)低壓側(cè)與母線線連接的雙繞繞組變壓器，，應(yīng)有一側(cè)斷斷路器作為同同期點(diǎn)，以便便在變壓器投投入時(shí)進(jìn)行并并列操作。同期點(diǎn)母線分段斷路器、、母聯(lián)斷路器器、旁路斷路路器是同期點(diǎn)點(diǎn)。母線Ｉ母線Ⅱ同期點(diǎn)２）同期電電壓的引入采用準(zhǔn)同期方方式并列時(shí)，，需檢查同期期條件，而同同期條件的判判斷是通過同同期電壓的檢檢查來進(jìn)行的的。因此，需需將待并發(fā)電電機(jī)和系統(tǒng)的的電壓通過電電壓互感器引引入同期裝置置，進(jìn)行比較較判斷。由于機(jī)組的升升壓變壓器通通常采用Ｙ，，d11接線線，導(dǎo)致變壓壓器兩側(cè)相間間電壓存在３３０°的相位差。在在中性點(diǎn)接地地系統(tǒng)中，為為了校正引自自ＰＴ電壓的的相位，可從從變壓器高壓壓側(cè)ＰＴ接成成開口三角形形的繞組取得得電壓，使同同期點(diǎn)兩側(cè)電電壓的相位相相符。uabuabuab相差３０°相位相同PTPT２.３準(zhǔn)準(zhǔn)同期點(diǎn)條件件分析1）對(duì)同期電電壓差的要求求當(dāng)ΔU<0時(shí)：對(duì)發(fā)電機(jī)而言言，Ic呈容容性，起助磁磁作用；對(duì)系統(tǒng)而言，，Ic呈感性性，起去磁作作用。發(fā)電機(jī)吸收系系統(tǒng)無功。當(dāng)ΔU<0時(shí)：與上述情況相相反，發(fā)電機(jī)機(jī)向系統(tǒng)輸送送無功。無功沖擊電流流不會(huì)引起電電磁力矩沖擊擊，但在Ic過大時(shí)可能能使發(fā)電機(jī)定定子過熱，還還可能導(dǎo)致繞繞組端部損壞壞。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)要求：ΔU≤5%—10%Ur2）對(duì)同期相相位差的要求求當(dāng)UG超前Usys時(shí)：IC的有功分量IC.G與UF方向相同；發(fā)電機(jī)并列后后向系統(tǒng)送出出有功。當(dāng)UG滯后Usys時(shí)：IC的有功分量IC.G與UF方向相反；發(fā)電機(jī)并列后后向系統(tǒng)吸收收有功。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求求發(fā)電機(jī)并列列時(shí)的相位差差小于10度度。3）對(duì)頻率率差的要求求當(dāng)fG>fsys時(shí)：發(fā)電機(jī)并列列后，UG將超前USYS，因此產(chǎn)生沖沖擊電流，，由于沖擊擊電流IC的有功分量量IC.G與UF方向相同，，故發(fā)電機(jī)機(jī)并列后向向系統(tǒng)送出出有功功率率，對(duì)機(jī)組組而言將產(chǎn)產(chǎn)生制動(dòng)力力矩，結(jié)果果使轉(zhuǎn)子減減速而與系系統(tǒng)同步。。當(dāng)fG<fsys時(shí)：發(fā)電機(jī)并列列后，UG將超前USYS，因此產(chǎn)生沖沖擊電流，，由于沖擊擊電流IC的有功分量量IC.G與UF方向相反，，故發(fā)電機(jī)機(jī)并列后向向系統(tǒng)吸收收有功功率率，機(jī)組的的轉(zhuǎn)速上升升最后與系系統(tǒng)同步。。頻率不同所所造成的沖沖擊與相位位不同時(shí)是是不一樣的的：相位不同時(shí)時(shí)（頻率相相同）所造造成的沖擊擊是固定的的（取決于于相位差φ），即兩兩個(gè)電壓向向量間無相相對(duì)運(yùn)動(dòng)；；頻率不同時(shí)時(shí)，兩個(gè)電電壓向量間間有相對(duì)運(yùn)運(yùn)動(dòng)。若把把一個(gè)向量量看作靜止止不動(dòng)，則則另一個(gè)向向量將不斷斷與它重合合，又不斷斷離開。因因此，兩個(gè)個(gè)向量之差差ΔU是波波動(dòng)變化的的脈動(dòng)電壓壓。如果發(fā)發(fā)電機(jī)在頻頻率差較大大時(shí)并列，，則將使機(jī)機(jī)組在很短短時(shí)間內(nèi)發(fā)發(fā)出（或吸吸收）過多多的功率，，結(jié)果使機(jī)機(jī)組大軸產(chǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，，嚴(yán)重時(shí)甚甚至可能失失去同步。。因此，國(guó)家家標(biāo)準(zhǔn)要求求并列時(shí)的的頻率差不不超過其額額定值的0.2%——0.5%HZ，即0.1—0.25HZ；２.4手手動(dòng)準(zhǔn)同同期手動(dòng)準(zhǔn)同期期是指：由由運(yùn)行人員員借助于儀儀表對(duì)發(fā)電電機(jī)的電壓壓和頻率進(jìn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，，在滿足準(zhǔn)準(zhǔn)同期并列列的三個(gè)條條件時(shí)，運(yùn)運(yùn)行人員手手動(dòng)操作同同期點(diǎn)斷路路器合閘，，將發(fā)電機(jī)機(jī)并入系統(tǒng)統(tǒng)。1）手動(dòng)準(zhǔn)準(zhǔn)同期操作作時(shí)所需要要的儀表指示機(jī)組電電壓和系統(tǒng)統(tǒng)電壓的兩兩只電壓表表；指示機(jī)組頻頻率和系統(tǒng)統(tǒng)頻率的兩兩只頻率表表；指示機(jī)組與與系統(tǒng)頻率率差與相位位差的一只只同步表。。Ｇ同期點(diǎn)機(jī)組PTΔUφ母線PT母線FUFU同步表手動(dòng)準(zhǔn)同期期并列時(shí)的的操作：當(dāng)發(fā)電機(jī)電電壓低于或或高于系統(tǒng)統(tǒng)電壓時(shí)，，調(diào)節(jié)發(fā)電電機(jī)的勵(lì)磁磁電流；當(dāng)發(fā)電機(jī)的的頻率低于于或高于系系統(tǒng)頻率時(shí)時(shí)，調(diào)節(jié)水水輪機(jī)的導(dǎo)導(dǎo)葉開度，，以改變機(jī)機(jī)組的轉(zhuǎn)速速；通過同步表表觀察頻率率和相位差差，以便選選擇合適的的時(shí)機(jī)發(fā)出出合閘，使使斷路器合合閘瞬間的的相位差很很小。手動(dòng)準(zhǔn)同期期的缺點(diǎn)是是：并列的時(shí)間間較長(zhǎng)；最佳合閘瞬瞬間的選擇擇與運(yùn)行人人員的經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)和操作水水平有關(guān)；；不能實(shí)現(xiàn)機(jī)機(jī)組的自動(dòng)動(dòng)啟動(dòng)和并并列。因此，手動(dòng)動(dòng)準(zhǔn)同期一一般只作為為機(jī)組備用用的并列方方式。2.5自自動(dòng)準(zhǔn)同同期自動(dòng)準(zhǔn)同期期是指：由由自動(dòng)準(zhǔn)同同期裝置完完成的水輪輪發(fā)電機(jī)并并列操作與與控制。自動(dòng)準(zhǔn)同期期裝置應(yīng)具具有如下功功能：自動(dòng)檢查準(zhǔn)準(zhǔn)同期的三三個(gè)條件，，在條件滿滿足時(shí)自動(dòng)動(dòng)提前（包包含機(jī)械動(dòng)動(dòng)作時(shí)間））發(fā)出合閘閘脈沖，使使斷路器在在φ=0時(shí)接通通；當(dāng)頻率差不不滿足要求求時(shí)，自動(dòng)動(dòng)向調(diào)速器器發(fā)出調(diào)整整信號(hào)，以以消除頻率率差；當(dāng)電壓差不不滿足要求求時(shí)，自動(dòng)動(dòng)向勵(lì)磁調(diào)調(diào)節(jié)器發(fā)出出調(diào)整信號(hào)號(hào)，以消除除電壓差。。1）脈動(dòng)電電壓脈動(dòng)電壓（（滑差電壓壓）us(t)是指合閘前前同期點(diǎn)兩兩側(cè)的電壓壓之差。2）滑差周周期滑差周期Ts是指脈動(dòng)電電壓頻率差差的變化周周期：Ts=2π/ωs頻率差越大大，滑差周周期Ts就越小；頻率差越小小，滑差周周期Ts就越大。由于在準(zhǔn)同同期并列時(shí)時(shí)，頻率差差要求0.1—0.25HZ，則相應(yīng)應(yīng)的滑差周周期Ts=10—4s。因因此，滑差差周期Ts的大小，可可判斷發(fā)電電機(jī)與系統(tǒng)統(tǒng)的頻率差差Δf=fG-fsys。3）導(dǎo)前時(shí)時(shí)間由于同期點(diǎn)點(diǎn)斷路器、、合閘接觸觸器和輔助助繼電器等等合閘機(jī)構(gòu)構(gòu)的元件存存在固有動(dòng)動(dòng)作時(shí)間。。因此，在在滿足準(zhǔn)同同期條件下下，為了使使斷路器觸觸頭在φ=0時(shí)接接通，自動(dòng)動(dòng)準(zhǔn)同期裝裝置必須提提前發(fā)出合合閘命令。。從裝置發(fā)發(fā)出合閘脈脈沖到相位位差為0的的這一段時(shí)時(shí)間稱為導(dǎo)導(dǎo)前時(shí)間tD，顯然，導(dǎo)前前時(shí)間tD應(yīng)等于合閘閘機(jī)構(gòu)所有有元件的固固有動(dòng)作時(shí)時(shí)間之和。。由于tD只與固有動(dòng)動(dòng)作時(shí)間有有關(guān)，與頻頻率差無關(guān)關(guān)。按此原原理構(gòu)成的的自動(dòng)準(zhǔn)同同期裝置稱稱為恒定導(dǎo)導(dǎo)前時(shí)間的的準(zhǔn)同期裝裝置。合閘脈沖時(shí)間相位差時(shí)間導(dǎo)前時(shí)間2.6微微機(jī)型自自動(dòng)準(zhǔn)同期期裝置的工工作原理微機(jī)型自動(dòng)動(dòng)準(zhǔn)同期裝裝置由頻率率測(cè)量部分分、電壓及及相位測(cè)量量部分、合合閘回路、、數(shù)據(jù)處理理與計(jì)算部部分以及人人機(jī)接口部部分組成。。其硬件件構(gòu)成如圖圖所示。微型計(jì)算機(jī)電壓與相位測(cè)量頻率測(cè)量回路合閘回路人機(jī)接口斷路器機(jī)組電壓系統(tǒng)電壓1）頻率測(cè)測(cè)量基本方法與與硬件構(gòu)成成應(yīng)用計(jì)算機(jī)機(jī)測(cè)量交流流電量u(t)的頻頻率時(shí)，常常采用測(cè)周周法：首先先利用計(jì)算算機(jī)高精度度的計(jì)數(shù)功功能測(cè)量被被測(cè)量電量量u(t)的周期T；然后，，將周期T轉(zhuǎn)換為頻頻率：f=1/T。測(cè)頻計(jì)數(shù)微型計(jì)算機(jī)測(cè)頻輸入濾波整形被測(cè)電量整形中斷計(jì)數(shù)如上圖所示示，兩次中中斷之間的的時(shí)間即為為交流電量量的周期T。利用計(jì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部部穩(wěn)定的高高頻時(shí)鐘信信號(hào)對(duì)兩次次中斷之間間的時(shí)間進(jìn)進(jìn)行計(jì)數(shù)，，得到計(jì)數(shù)數(shù)值Nt，，則Nt在在數(shù)值上正正比于被測(cè)測(cè)信號(hào)的周周期T，通通過下式計(jì)計(jì)算頻率值值：f=C/Nt式中中,C為常常數(shù)數(shù)，，其其數(shù)數(shù)值值取取決決于于時(shí)時(shí)鐘鐘信信號(hào)號(hào)的的頻頻率率F。。例如如，，當(dāng)當(dāng)F=1×106Hz時(shí)時(shí)，，則則在在被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)的的頻頻率率為為50Hz時(shí)時(shí)，，其其T=0.02s，，Nt=20000，，取取C=1×109。。。則則由由上上式式計(jì)計(jì)算算的的結(jié)結(jié)果果為為f=C/Nt=1××109/20000=50000如上上圖圖所所示示，，兩兩次次中中斷斷之之間間的的時(shí)時(shí)間間即即為為交交流流電電量量的的周周期期T。。利利用用計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)內(nèi)內(nèi)部部穩(wěn)穩(wěn)定定的的高高頻頻時(shí)時(shí)鐘鐘信信號(hào)號(hào)對(duì)對(duì)兩兩次次中中斷斷之之間間的的時(shí)時(shí)間間進(jìn)進(jìn)行行計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)，，得得到到計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)值值Nt，，則則Nt在在數(shù)數(shù)值值上上正正比比于于被被測(cè)測(cè)信信號(hào)號(hào)的的周周期期T，，通通過過下下式式計(jì)計(jì)算算頻頻率率值值：：頻率率的的測(cè)測(cè)量量精精度度分分析析設(shè)測(cè)測(cè)量量精精度度為為J（（%）），，則則J=被被測(cè)測(cè)電電量量的的額額定定頻頻率率（（fr）÷計(jì)數(shù)數(shù)頻頻率率（（fj）=計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)脈脈沖沖寬寬度度（（τ）÷被被測(cè)測(cè)電電量量的的額額定定周周期期（T））式中中T和和τ的單單位位為為s；；頻率率測(cè)測(cè)量量的的范范圍圍設(shè)測(cè)測(cè)量量頻頻率率的的下下限限（（最最低低頻頻率率））為為fM（Hz）），，則則fM=1/（（256τN）式中τ的單位為為s。上上式表明明，fM取決于計(jì)計(jì)數(shù)的字字節(jié)數(shù)N（二進(jìn)進(jìn)制8位位）。頻率測(cè)量量的軟件件流程T←C1-C0C0

←C1計(jì)數(shù)器初始化中斷初始化中斷？Yf=1/T輸出頻率N中斷服務(wù)務(wù)程序讀計(jì)數(shù)器值C1中斷入口關(guān)中斷開中斷中斷返回主程序2）電壓壓及相位位測(cè)量基本原理理在交流電電量的測(cè)測(cè)量中，，常采用用周期函函數(shù)的富富氏算法法。這類類算法是是采用某某一正交交樣品函函數(shù)組與與待分析析的時(shí)變變函數(shù)進(jìn)進(jìn)行相應(yīng)應(yīng)的積分分變換，，以求出出與樣品品函數(shù)頻頻率相同同分量的的實(shí)部和和虛部的的系數(shù)，，進(jìn)而可可以求出出待分析析的時(shí)變變函數(shù)中中該頻率率的諧波波分量的的模值和和相位。。在積分方方程中式中，y(t)—選選定的的正交樣樣品函數(shù)數(shù)；u(t)—待待分析析的周期期為T的的時(shí)變函函數(shù)。根據(jù)正交交函數(shù)的的定義，，如u(t)可可分解為為一個(gè)級(jí)級(jí)數(shù)且級(jí)級(jí)數(shù)各項(xiàng)項(xiàng)都屬于于同一正正交函數(shù)數(shù)，則上上述積分分結(jié)果為為u(t)中與與樣品函函數(shù)相同同分量的的模值。。取y(t)=sinωt，則則n次諧諧波分量量的實(shí)部部的模值為為：取y(t)=sinωt，則則n次諧諧波分量量的虛部部的模值為為：由此可得得u(t)的n次諧波波分量的的模值和相相位：這種算法法在計(jì)算算機(jī)上實(shí)實(shí)現(xiàn)時(shí)，，也是對(duì)對(duì)離散的的采樣值值進(jìn)行運(yùn)運(yùn)算。離離散運(yùn)算算式為：：式中N——一個(gè)個(gè)周期中中的采樣樣數(shù)；uk—第k個(gè)采樣樣值。這種算法法是利用用一個(gè)周周期T內(nèi)內(nèi)的全部部采樣值值來進(jìn)行行計(jì)算，，因此數(shù)數(shù)據(jù)窗也也就是一一個(gè)周期期T。在計(jì)算機(jī)機(jī)上作實(shí)實(shí)時(shí)計(jì)算算時(shí)，每每隔一個(gè)個(gè)采樣周周期Tn=T/N就對(duì)對(duì)u(t)采樣樣一次。。換句話話說，隨隨著時(shí)間間的變化化，每隔隔一個(gè)Tn就出出現(xiàn)一個(gè)個(gè)新的采采樣值，，從而作作實(shí)時(shí)計(jì)計(jì)算時(shí)，，一般須須在每出出現(xiàn)一個(gè)個(gè)新采樣樣值后就就計(jì)算一一次。根根據(jù)計(jì)算算式的要要求，計(jì)計(jì)算機(jī)應(yīng)應(yīng)對(duì)這一一新采樣樣值前的的N個(gè)采采樣值（（包括新新出現(xiàn)的的采樣值值）同時(shí)時(shí)加以運(yùn)運(yùn)算。在在運(yùn)算時(shí)時(shí)，對(duì)N個(gè)采樣樣值都分分別乘以以不同的的系數(shù)cosnk2π/N和和sinnkππ/N，，然后求求和。硬件構(gòu)構(gòu)成多路轉(zhuǎn)換器微型計(jì)算機(jī)被測(cè)電量1濾波器鎖存器濾波器鎖存器濾波器鎖存器A/D轉(zhuǎn)換器被測(cè)電量n鎖存信號(hào)tTTTTTT多路選擇數(shù)字量電壓及及相位位測(cè)量量的軟軟件流流程交流電量的富氏變換系統(tǒng)初始化中斷初始化中斷？Y數(shù)據(jù)存儲(chǔ)輸出結(jié)果N中斷服務(wù)程序信號(hào)鎖存k=1ton{選擇第k路；對(duì)第k路信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；存放第k路數(shù)據(jù)結(jié)果。}中斷入口關(guān)中斷開中斷中斷返回主程序3）導(dǎo)導(dǎo)前時(shí)時(shí)間計(jì)計(jì)算當(dāng)只考考慮一一階導(dǎo)導(dǎo)數(shù)時(shí)時(shí)，根根據(jù)基基本計(jì)計(jì)算式式v=s/t，，得得：即得相相位條條件的的判斷斷式4）合合閘回回路+220VKS2KS1-220VDO接口+5VKS1BS微機(jī)系統(tǒng)圖中：：BS——非非同期期閉鎖鎖繼電電器接接點(diǎn)；；KS1，KS2——中中間繼繼電器器；3.1水水輪輪發(fā)電電機(jī)的的勵(lì)磁磁方式式同步發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)將旋旋轉(zhuǎn)的的機(jī)械械能轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成為電電能，，在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換中中需要要有一一個(gè)直直流磁磁場(chǎng)。。而產(chǎn)產(chǎn)生這這個(gè)磁磁場(chǎng)的的直流流電流流稱為為勵(lì)磁磁電流流。勵(lì)磁方方式是是指發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)獲得得勵(lì)磁磁電流流的方方式：：從其它它電源源獲得得勵(lì)磁磁電流流的發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)稱為為他勵(lì)勵(lì)發(fā)電電機(jī)；；從發(fā)電電機(jī)本本身獲獲得勵(lì)勵(lì)磁電電流的的發(fā)電電機(jī)稱稱為自自勵(lì)發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)。發(fā)電機(jī)機(jī)獲得得的勵(lì)勵(lì)磁電電流的的兩種種方式式如下下：3.水水輪發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)勵(lì)磁磁的自自動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)他勵(lì)發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)GGS自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自勵(lì)發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)的勵(lì)勵(lì)磁方方式有有如下下幾種種：自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器GST1）由由直直流發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)供電電的勵(lì)勵(lì)磁方方式這種勵(lì)勵(lì)磁方方式的的發(fā)電電機(jī)具具有專專用的的直流流發(fā)電電機(jī)。。其中中直流流發(fā)電電機(jī)稱稱為勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)（屬屬于他他勵(lì)方方式））。勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)與發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)同軸軸，發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)的勵(lì)勵(lì)磁繞繞組通通過裝裝在大大軸上上的滑滑環(huán)及及固定定電刷刷從勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)獲得得直流流電流流。原原理如如下：：GGSGSexGexRmBAGS——同步發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)；GSex—發(fā)電機(jī)機(jī)的勵(lì)勵(lì)磁繞繞組；；G——直流勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)電樞樞；Gex—?jiǎng)?lì)磁機(jī)機(jī)的勵(lì)勵(lì)磁繞繞組；；Rm—磁場(chǎng)調(diào)調(diào)節(jié)電電阻；；A,B——滑環(huán)和和電刷刷。在上圖圖中，，發(fā)電電機(jī)屬屬于他他勵(lì)，，而勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)則屬屬于自自勵(lì)。。若勵(lì)磁磁機(jī)的的勵(lì)磁磁電流流由另另外一一臺(tái)勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)提供供，則則勵(lì)磁磁機(jī)的的勵(lì)磁磁方式式屬于于他勵(lì)勵(lì)，而而給勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)提供供勵(lì)磁磁電流流的直直流發(fā)發(fā)電機(jī)機(jī)稱為為副勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)。直流副勵(lì)磁機(jī)直流勵(lì)磁機(jī)定子電流勵(lì)磁直流勵(lì)磁機(jī)自勵(lì)他勵(lì)勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)他勵(lì)勵(lì)磁2）由由交交流勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)供電電的勵(lì)勵(lì)磁方方式這種勵(lì)勵(lì)磁方方式的的發(fā)電電機(jī)（（GS）采采用交交流勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)（G1））提供供勵(lì)磁磁電流流。G1與與GS同軸軸，它它輸出出的交交流電電流經(jīng)經(jīng)整流流后供供GS勵(lì)磁磁，因因此屬屬于他他勵(lì)方方式。。若G1的勵(lì)勵(lì)磁電電流由由自身身提供供，則則G1為自自勵(lì)方方式；；若G1的勵(lì)勵(lì)磁電電流由由另外外一臺(tái)臺(tái)勵(lì)磁磁機(jī)（（稱為為交流流副勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)G2）提提供，，則G1為為他勵(lì)勵(lì)方式式。而而G2可以以是具具有自自動(dòng)恒恒壓裝裝置的的交流流發(fā)電電機(jī)，，并且且G2輸出出的交交流電電流經(jīng)經(jīng)整流流后供供G1勵(lì)磁磁。交流副勵(lì)磁機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)他勵(lì)他勵(lì)永磁機(jī)勵(lì)磁他勵(lì)勵(lì)磁GS——同同步步發(fā)電電機(jī)；；G1——交交流勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)；G2——交交流流副勵(lì)勵(lì)磁機(jī)機(jī)；GSex——同同步步發(fā)電電機(jī)的的勵(lì)磁磁繞組組，非非可控控硅勵(lì)勵(lì)磁；；G1ex——?jiǎng)?lì)勵(lì)磁磁機(jī)的的勵(lì)磁磁繞