電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置 課件 第4章同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并列裝置

電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院第4章

同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)并列裝置

重點(diǎn)

準(zhǔn)同步并列條件分析自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置原理微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同步并列裝置教學(xué)目的：了解同步的基本概念，自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置的構(gòu)成及作用，并列操作基本要求、方法及特點(diǎn)，同步點(diǎn)設(shè)置及分類。掌握準(zhǔn)同步并列條件分析；線性整步電壓特點(diǎn)及導(dǎo)前時(shí)間獲得原理、頻差檢測(cè)原理、頻差方向鑒別原理、壓差大小和方向鑒別原理；微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同步并列裝置的特點(diǎn)、構(gòu)成原理。4.1

并列操作概述4.1.1電力系統(tǒng)并列操作的意義將同步發(fā)電機(jī)投入電力系統(tǒng)并列運(yùn)行的操作并列操作

定義并列操作的基本要求（1）并列瞬間，發(fā)電機(jī)的沖擊電流不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的允許值。（2）并列后，發(fā)電機(jī)應(yīng)能迅速進(jìn)入同步運(yùn)行。

采用自動(dòng)并列裝置進(jìn)行并列操作，不僅能減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，也能提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。啟示工程案例

從三峽水電站的單機(jī)容量70萬(wàn)千瓦，到金沙江領(lǐng)域的白鶴灘水電站的自主研發(fā)單機(jī)容量100萬(wàn)千瓦機(jī)組，位居世界第一，在國(guó)際水電站建設(shè)方面處于遙遙領(lǐng)先的地位；更值得一提的是，白鶴灘水電站的機(jī)組每一個(gè)部件甚至是小小的螺絲都是中國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)制造的。100萬(wàn)千瓦機(jī)組精確并列操作投入電網(wǎng)運(yùn)行，也是中國(guó)工程師們追求卓越、精求技能的大國(guó)工匠精神的體現(xiàn)。白鶴灘水電站

4.1.2同步發(fā)電機(jī)并列操作的方法

并列方法準(zhǔn)同步并列自同步并列

先勵(lì)磁后并列，并列時(shí)產(chǎn)生的沖擊電流較小，不會(huì)使系統(tǒng)電壓降低，并列后容易拉入同步。先并列后勵(lì)磁，操作簡(jiǎn)單、并列速度快，在系統(tǒng)發(fā)生故障、頻率波動(dòng)較大時(shí)，發(fā)電機(jī)組仍能并列操作并迅速投入電網(wǎng)運(yùn)行，可避免故障擴(kuò)大，有利于處理系統(tǒng)事故。定義4.1.3準(zhǔn)同步裝置的分類

由運(yùn)行操作人員手動(dòng)調(diào)整發(fā)電機(jī)的電壓和頻率，并監(jiān)視電壓差、頻率差和整步表，靠經(jīng)驗(yàn)判斷合閘時(shí)間，操作斷路器合閘。1.手動(dòng)準(zhǔn)同步裝置

手動(dòng)準(zhǔn)同步裝置主要存在以下問(wèn)題

（1）

（2）

（3）

存在重大的安全隱患延誤并網(wǎng)時(shí)間手動(dòng)準(zhǔn)同步裝置一般是幾臺(tái)機(jī)組共用一套，各機(jī)組的控制電纜較多，接線較復(fù)雜。

在控制回路中裝設(shè)了非同步合閘閉鎖裝置，用于防止運(yùn)行人員誤發(fā)合閘脈沖所造成的非同步合閘。2.自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置

不設(shè)轉(zhuǎn)速與電壓調(diào)節(jié)單元，發(fā)電機(jī)的電壓和頻率的調(diào)整由手動(dòng)進(jìn)行；只設(shè)合閘命令控制單元，同期裝置能自動(dòng)檢查頻率差、電壓差滿足要求時(shí)，選擇合適時(shí)間發(fā)出合閘脈沖，將斷路器合閘。自動(dòng)監(jiān)視電壓差、頻率差及選擇理想的時(shí)間發(fā)出合閘脈沖，使斷路器在相角差為0°時(shí)合閘。同時(shí)設(shè)有自動(dòng)調(diào)節(jié)電壓和頻率單元，在電壓差和頻率差不滿足條件時(shí)發(fā)出控制脈沖。若頻率差不滿足要求，自動(dòng)調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，增加或減小頻率，即通過(guò)控制原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器實(shí)現(xiàn)；若電壓差不滿足要求時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的電壓使電壓接近系統(tǒng)的電壓，即通過(guò)控制發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)。（1）半自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置（2）自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置4.1.4同期并列的類型

指發(fā)電機(jī)通過(guò)斷路器與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同期并列，同期對(duì)象是發(fā)電機(jī)。機(jī)組型同期（2）自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置

作為自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，當(dāng)頻差超出設(shè)定的頻差時(shí)，裝置應(yīng)發(fā)出調(diào)速脈沖，跟蹤系統(tǒng)頻率，使頻差盡快進(jìn)入設(shè)定頻差范圍內(nèi)；當(dāng)頻差過(guò)小時(shí)，裝置自動(dòng)發(fā)出增速脈沖。當(dāng)壓差超出設(shè)定壓差時(shí)，裝置應(yīng)發(fā)出調(diào)壓脈沖，跟蹤系統(tǒng)電壓，使壓差盡快進(jìn)入設(shè)定壓差范圍內(nèi)。如果頻差、壓差均在設(shè)定范圍內(nèi)，則裝置自動(dòng)發(fā)出合閘脈沖命令，在相角差為零時(shí)刻并列斷路器主觸頭正好閉合，完成自動(dòng)準(zhǔn)同期并列。4.1.4同期并列的類型

指發(fā)電廠與系統(tǒng)或兩個(gè)系統(tǒng)間一般通過(guò)線路聯(lián)系，在這種情況下的同期。線路型同期（2）自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置

其特征：實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同期并列，裝置不發(fā)出調(diào)速、調(diào)壓脈沖，只能等待頻差、壓差滿足要求，在滿足要求情況下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)同步并列。

實(shí)質(zhì)上是等待同期，捕獲兩個(gè)系統(tǒng)間的相角差為零的時(shí)刻完成并列。

4.2準(zhǔn)同期并列條件分析4.2準(zhǔn)同期并列條件分析

1.中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)的同步點(diǎn)電壓取得方式4.2.1同期電壓及同期點(diǎn)

4.2.1同期電壓及同期點(diǎn)2.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的同步點(diǎn)電壓取得方式4.2.1同期電壓及同期點(diǎn)3.變壓器高、低壓側(cè)同步電壓的取得方式4.2.1同期電壓及同期點(diǎn)定義

同期點(diǎn)

指發(fā)電廠內(nèi)，凡可以進(jìn)行并列運(yùn)行的斷路器。4.同期點(diǎn)及同期方式

4.同期點(diǎn)及同期方式同期點(diǎn)雙繞組變壓器可只在低壓側(cè)斷路器設(shè)同期點(diǎn)發(fā)電機(jī)或發(fā)-變組出口斷路器三繞組變壓器的任一側(cè)斷路器

各級(jí)母聯(lián)斷路器及6-10KV分段斷路器均考慮裝設(shè)手動(dòng)準(zhǔn)同期裝置和自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，以提高母線倒換操作的靈活性。

4.同期點(diǎn)及同期方式1—表示手動(dòng)準(zhǔn)同期2—表示自動(dòng)準(zhǔn)同期4.2.2準(zhǔn)同期并列條件分析準(zhǔn)同步并列理想條件（1）待并發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓相等。（2）待并發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率相等。（3）并列斷路器主觸頭閉合瞬間，待并發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓間的相角差為零。4.2.2準(zhǔn)同期并列條件分析1.發(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)時(shí)的沖擊電流和沖擊功率

沖擊電流周期分量有效值為沖擊功率（隱極機(jī)）為4.2.2準(zhǔn)同期并列條件分析2.頻率差值的影響

4.2.2準(zhǔn)同期并列條件分析

為正弦脈動(dòng)波，其最大幅值為

，所以滑差電壓

又稱為脈動(dòng)電壓?；钪芷跒?/p>

如果發(fā)出合閘命令的時(shí)刻不恰當(dāng)就有可能在相角差較大時(shí)合閘，從而引起較大的沖擊電流。此外，如在頻率差較大時(shí)并列，頻率較高的一方在合閘瞬間將多余的動(dòng)能傳遞給頻率低的一方，即使合閘時(shí)的相角差不大,當(dāng)傳遞能量過(guò)大時(shí)待并發(fā)電機(jī)需經(jīng)歷一個(gè)暫態(tài)過(guò)程才能拉入同步運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致失步。因此要求待并發(fā)電機(jī)與運(yùn)行系統(tǒng)的頻率差不超過(guò)0.1～0.25Hz。

4.2.2準(zhǔn)同期并列條件分析3.電壓差值的影響

沖擊電流最大瞬時(shí)值為：

為保證發(fā)電機(jī)安全，一般要求沖擊電流不超過(guò)發(fā)電機(jī)出口短路電流的0.05～0.1倍，則準(zhǔn)同期并列時(shí)電壓允許偏差的范圍為5%～10%的額定電壓。4.2.2準(zhǔn)同期并列條件分析4.相角差值的影響

沖擊電流最大瞬時(shí)值為：

通常要求沖擊電流不超過(guò)發(fā)電機(jī)出口三相短路電流的0.1倍，要求合閘時(shí)相角差不超過(guò)10°。本節(jié)小結(jié)1)并列操作及基本要求2)并列操作方法及特點(diǎn)3)手動(dòng)準(zhǔn)同期與自動(dòng)準(zhǔn)同期4)同期電壓取得方式、同期點(diǎn)設(shè)置5）準(zhǔn)同期并列條件準(zhǔn)同期并列時(shí)電壓允許偏差為5%～10%額定電壓、相角差不超過(guò)

、頻率差不超過(guò)0.1～0.25Hz4.3自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的基本構(gòu)成4.3自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的基本構(gòu)成4.3.1自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的功能

功能1）自動(dòng)檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)與運(yùn)行系統(tǒng)之間的電壓差、頻率差是否符合并列條件，在滿足這兩個(gè)條件時(shí)，自動(dòng)地發(fā)出合閘脈沖，使并列斷路器主觸頭在相角差為零的瞬間閉合。2）當(dāng)壓差、頻差不滿足并列條件時(shí)，能對(duì)待并發(fā)電機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行調(diào)壓、調(diào)速，以加快進(jìn)行自動(dòng)并列的過(guò)程。

4.3自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的基本構(gòu)成

傳統(tǒng)常采用自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置：

ZZQ-5（51、52）-許昌繼電器

ZZQ-3A（3B）-阿城繼電器

微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置：

如南自所SJ-11（12）、SID-2系列、MAS型、MCF2051-1型、WX型和W2Q3型等4.3自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的基本構(gòu)成4.3.2自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的組成

合閘信號(hào)控制單元頻差控制單元壓差控制單元

自動(dòng)檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)和運(yùn)行系統(tǒng)間的滑差角頻率，且自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使發(fā)電機(jī)的頻率接近于系統(tǒng)頻率。自動(dòng)檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)和運(yùn)行系統(tǒng)間頻率差、電壓差是否滿足并列要求。頻差和壓差均滿足時(shí)，在發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)電壓相位重合前提前一個(gè)時(shí)間發(fā)合閘脈沖，當(dāng)頻差、壓差有一個(gè)條件不滿足時(shí)，則閉鎖合閘脈沖。自動(dòng)檢測(cè)待并發(fā)電機(jī)和運(yùn)行系統(tǒng)間的電壓差，且自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓，使發(fā)電機(jī)電壓與系統(tǒng)電壓間的壓差小于規(guī)定允許值。4.3.3模擬式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置存在的問(wèn)題

導(dǎo)前時(shí)間不恒定參數(shù)不穩(wěn)定等原因，使最后輸出的三角波電壓波形變形和理想的三角波有差異由于阻容電路的時(shí)間常數(shù)不準(zhǔn)確，造成導(dǎo)前時(shí)間不準(zhǔn)確和較大頻差下工作產(chǎn)生很大的沖擊。同步操作速度慢裝置受電路原理限制，既無(wú)法做到精確同步，也無(wú)法做到快速同步。

使用的電阻、電容及晶體管元器件，其參數(shù)都與溫度、濕度和時(shí)間有關(guān)，而裝置的特性及精度取決于這些元件的參數(shù)，顯然裝置出現(xiàn)誤差是無(wú)法避免的。元件參數(shù)變化的影響

因在原理上存在缺陷，因而會(huì)使并列時(shí)間延長(zhǎng)，有時(shí)甚至出現(xiàn)危及發(fā)電機(jī)安全的誤并列。4.3.4微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的主要特點(diǎn)和要求

（1）

（2）（3）（4）高可靠性。裝置原理和判據(jù)正確，在硬件和軟件上具備很大的冗余度，確保沒(méi)有誤動(dòng)的可能。

高精度。裝置應(yīng)確保在相角差為零時(shí)完成并網(wǎng)操作，同時(shí)能自動(dòng)測(cè)量合閘回路的合閘時(shí)間。

高速度。以最優(yōu)控制策略實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、頻率調(diào)節(jié)，加快并網(wǎng)速度。能融入分布式控制系統(tǒng)DCS。裝置是DCS的一個(gè)智能終端，通過(guò)與上位機(jī)的通信完成開(kāi)機(jī)過(guò)程的全盤自動(dòng)化。

（5）操作簡(jiǎn)單、方便，人機(jī)界面清晰。裝置的面板應(yīng)能提供運(yùn)行人員在并網(wǎng)過(guò)程中所需的全部信息。

（6）二次接線設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單清晰。裝置接入TV二次電壓、斷路器操作機(jī)構(gòu)合閘線圈、調(diào)速器裝置、勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置回路等的接線應(yīng)正確、明晰。

（7）調(diào)試方便。裝置調(diào)試簡(jiǎn)單，引出線方便，電壓差、頻率差、相角、合閘時(shí)間的整定在面板上進(jìn)行，有明顯的標(biāo)識(shí)。

4.4自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的工作原理4.4.1頻差及頻差方向測(cè)量

把交流電壓正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波，經(jīng)二次分頻后，它的半波時(shí)間即為交流電壓的周期T。利用正半周高電平作為可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)的控制信號(hào)，至下降沿即停止計(jì)數(shù)并作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，由CPU讀其計(jì)數(shù)值N，并使計(jì)數(shù)器復(fù)位，為下一周期計(jì)數(shù)做好準(zhǔn)備。1、頻率的測(cè)量

若可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)脈沖頻率為，則交流電壓的周期為

，交流電壓的頻率為。2、頻率差大小的測(cè)量

發(fā)電機(jī)頻率和系統(tǒng)頻率分別由可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，主機(jī)讀取計(jì)數(shù)脈沖

、

后，求取

、

，將其絕對(duì)值與設(shè)定的允許頻率偏差整定值進(jìn)行比較，作出是否允許并列的判斷。當(dāng)

時(shí)，說(shuō)明頻差已經(jīng)滿足要求；當(dāng)

時(shí)，說(shuō)明頻差不滿足要求，檢測(cè)出頻差的大小。3、頻率差方向的測(cè)量

裝置測(cè)量頻差可由軟件實(shí)現(xiàn)，根據(jù)式子

可測(cè)出頻差方向。當(dāng)

時(shí)，判斷發(fā)電機(jī)頻率高于系統(tǒng)頻率；當(dāng)

時(shí)，判斷發(fā)電機(jī)頻率與系統(tǒng)頻率相等；當(dāng)

時(shí)，判斷發(fā)電機(jī)頻率低于系統(tǒng)頻率。4、關(guān)于調(diào)速脈沖

在發(fā)電機(jī)同步并列過(guò)程中對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)頻時(shí)，不斷測(cè)量發(fā)電機(jī)的頻率，并與系統(tǒng)頻率比較，然后形成調(diào)速脈沖，通過(guò)調(diào)速器改變水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)水量，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)頻率的調(diào)整。

只要頻差不滿足要求的情況下就對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)頻；當(dāng)頻差滿足要求但頻差甚小（如0.05Hz）時(shí)發(fā)出增速脈沖。調(diào)速脈沖經(jīng)輸出電路通過(guò)繼電器觸點(diǎn)作用于調(diào)速回路實(shí)現(xiàn)調(diào)速。4.4.2電壓差及電壓差方向測(cè)量（1）電量變送器法。把交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流電壓，輸出的直流量與其交流輸入電量，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換接口電路進(jìn)入主機(jī)，CPU從A/D轉(zhuǎn)換接口讀取的數(shù)字電壓量Ds、DG分別代表和的有效值。1、交流電壓幅值測(cè)量

（2）交流采樣法。不用變送器把交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流量，而是直接對(duì)交流電壓信號(hào)進(jìn)行采樣。CPU對(duì)這些采樣值，用傅里葉算法算出電壓信號(hào)的實(shí)部和虛部，可求得電壓的有效值或幅值。

2、電壓差的大小檢測(cè)和方向控制

電路用以從外部輸入裝置的TVS和TVG兩電壓互感器二次側(cè)提取壓差超出整定值的數(shù)值及極性信號(hào)。CPU從A/D轉(zhuǎn)換接口讀取的數(shù)字電壓量Ds、DG分別代表Us、UG的有效值。

時(shí)，不允許合閘信號(hào)輸出，

時(shí)，并行口輸出升壓信號(hào)；

時(shí)，并行口輸出降壓信號(hào)。

時(shí)，允許合閘信號(hào)輸出。3、關(guān)于調(diào)壓脈沖

發(fā)電機(jī)在同步并列過(guò)程中，電壓差越限就應(yīng)發(fā)出調(diào)壓脈沖，使發(fā)電機(jī)電壓跟蹤系統(tǒng)電壓，以最快的速度使電壓差進(jìn)入設(shè)定范圍。調(diào)壓脈沖寬度應(yīng)與電壓差成正比。4.4.3合閘脈沖的發(fā)出將電壓互感器二次側(cè)交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為同頻、同相的方波，發(fā)電機(jī)電壓、系統(tǒng)電壓的兩個(gè)方波信號(hào)接到異或門，當(dāng)兩個(gè)方波輸入不同時(shí)，異或門的輸出為高電平，用于控制可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)間，其計(jì)數(shù)值N即與兩波形間的相角差相對(duì)應(yīng)。由異或門的波形寬度即為系統(tǒng)電壓、發(fā)電機(jī)電壓的相位差δd1、同器電壓間的相位差測(cè)量

系統(tǒng)電壓方波的寬度為τS，發(fā)電機(jī)電壓方波的寬度為τiτS、τi的值可由CPU從定時(shí)計(jì)數(shù)器讀入求得。微機(jī)準(zhǔn)同步裝置可按下式計(jì)算理想的導(dǎo)前合閘相角，即由上式可求出最佳的合閘導(dǎo)前相角δy值，該值與本計(jì)算點(diǎn)的相角δi比較。當(dāng)

，則發(fā)合閘脈沖若

，則繼續(xù)進(jìn)行下一點(diǎn)計(jì)算，直至δi逐漸逼近δy符合合閘的條件為止。由上可知，用計(jì)算程序來(lái)檢驗(yàn)是否滿足并列條件，則裝置具有并列速度快、沖擊電流小等優(yōu)點(diǎn)。2、導(dǎo)前時(shí)間脈沖的形成條件

（1）不論頻率差方向如何，導(dǎo)前時(shí)間脈沖應(yīng)在180°＜δ＜360°區(qū)間內(nèi)形成，即在

與

相量即將重合的半個(gè)周期內(nèi)形成；（2）在相位差的限值區(qū)間內(nèi)形成，即δ＜δset。（3）電壓差滿足要求；

（4）頻率差滿足要求。

3、并列斷路器合閘時(shí)間測(cè)量

采用自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置發(fā)合閘脈沖時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)、并列斷路器常開(kāi)觸點(diǎn)閉合時(shí)停止計(jì)時(shí)的方法，同樣可測(cè)量到并列斷路器總的合閘時(shí)間。

這種測(cè)量方法要求斷路器主觸頭與常開(kāi)輔助觸點(diǎn)之間要同步，時(shí)差不能太大；此外，常開(kāi)輔助觸點(diǎn)可通過(guò)控制電纜引至自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置。4.5微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置(1)(2)微機(jī)實(shí)現(xiàn)同步可以采用兩種方式一種是設(shè)置獨(dú)立的微機(jī)準(zhǔn)同步裝置另一種是將同步并列功能附設(shè)在機(jī)組控制中，把機(jī)組的起動(dòng)、同步并列操作合為一個(gè)完整的過(guò)程4.5.1硬件原理框圖4.5.1硬件原理框圖1.同步電壓輸入回路

由電壓形成和同步電壓變換組成。同步電壓經(jīng)隔離、變換及有關(guān)抗干擾回路變換成較低的適合工作的電壓；再經(jīng)整形電路、A/D變換電路，將同步電壓的幅值、相位變換成數(shù)字量，供CPU系統(tǒng)識(shí)別，以便CPU系統(tǒng)判斷同步條件。2.CPU系統(tǒng)

由微處理器、存儲(chǔ)器及相應(yīng)的輸入、輸出接口組成。4.5.1硬件原理框圖只讀存儲(chǔ)器EPROM可擦寫參數(shù)存儲(chǔ)器EEPROM隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM同步裝置運(yùn)行程序存放在同步參數(shù)整定值存放在裝置運(yùn)行過(guò)程中的采集數(shù)據(jù)、計(jì)算中間結(jié)果及最終結(jié)果存放在輸入/輸出接口電路為可編程并行接口，用以采集并列點(diǎn)選擇信號(hào)、遠(yuǎn)方復(fù)位信號(hào)、斷路器輔助觸點(diǎn)信號(hào)、鍵盤信號(hào)、電壓差越限信號(hào)等開(kāi)關(guān)量，并控制輸出繼電器實(shí)現(xiàn)調(diào)壓、調(diào)速、合閘、報(bào)警等功能3.開(kāi)關(guān)量輸入回路1）并列點(diǎn)選擇信號(hào)裝置的參數(shù)存儲(chǔ)器中預(yù)先存放好各臺(tái)發(fā)電機(jī)的同步參數(shù)整定值，在確定并列點(diǎn)后，從同步裝置的并列點(diǎn)選擇輸入開(kāi)關(guān)量信號(hào)，將調(diào)出相應(yīng)的整定值，進(jìn)行并列條件檢測(cè)。2）斷路器輔助觸點(diǎn)信號(hào)并列點(diǎn)斷路器輔助觸點(diǎn)是用來(lái)實(shí)時(shí)測(cè)量斷路器合閘時(shí)間的，同步裝置的導(dǎo)前時(shí)間整定值越是接近斷路器的實(shí)際合閘時(shí)間，并列時(shí)的相角差就越小。

3.開(kāi)關(guān)量輸入回路3）遠(yuǎn)方復(fù)位信號(hào)同步裝置在自檢或工作過(guò)程中出現(xiàn)硬件、軟件問(wèn)題或受干擾都可能導(dǎo)致出錯(cuò)或死機(jī)，通過(guò)“復(fù)位”可使微機(jī)重新執(zhí)行程序的一項(xiàng)操作。若同步裝置在處于經(jīng)常帶電工作方式時(shí)，如果要求起動(dòng)，則需通過(guò)一次“復(fù)位”操作。4）面板按鍵和開(kāi)關(guān)

同步裝置面板上裝有若干按鍵和開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)按鍵也是開(kāi)關(guān)量形式的輸入量，是由裝置面板直接輸入到并行接口電路。4.5.1硬件原理框圖4.開(kāi)關(guān)量輸出回路

輸出回路實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組的均壓、均頻和合閘控制裝置異?；螂娫聪r(shí)報(bào)警提供反映同步過(guò)程的電量進(jìn)行錄波提供運(yùn)行人員監(jiān)視裝置工況、實(shí)時(shí)參數(shù)、整定值及異常情況等信息4.5.1硬件原理框圖5.定值輸入及顯示

每個(gè)同步對(duì)象的定值輸入通過(guò)面板上的按鍵實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)面板上的專用串口由手提電腦輸入實(shí)現(xiàn)。顯示屏可顯示定值參數(shù)，還可顯示同步過(guò)程中的實(shí)時(shí)信息、裝置告警時(shí)的具體內(nèi)容、每次同步時(shí)的同步信息等。6.通信及GPS對(duì)時(shí)

同步裝置在工作過(guò)程中，通過(guò)裝置上的通信口（RS485或RS232）將同步實(shí)時(shí)信息傳送到監(jiān)控計(jì)算機(jī)上。

GPS對(duì)時(shí)，可使裝置內(nèi)部時(shí)鐘或系統(tǒng)時(shí)鐘同步。4.5.1硬件原理框圖7.電源

可由48～250V交直流電源供電。8.調(diào)試模塊

同步裝置內(nèi)設(shè)調(diào)試模塊，提供兩路變頻、變幅的模擬量同步電壓，可在任何時(shí)候?qū)ν窖b置進(jìn)行試驗(yàn)。4.5.2軟件原理1.主程序框圖

裝置未起動(dòng)時(shí)，裝置工作于自檢、數(shù)據(jù)采集的循環(huán)中，當(dāng)某一元件發(fā)生故障或程序出現(xiàn)了問(wèn)題，裝置立即發(fā)出告警并閉鎖同步裝置工作。裝置起動(dòng)后，如果同步對(duì)象為機(jī)組，則對(duì)機(jī)組進(jìn)行調(diào)壓、調(diào)頻，當(dāng)壓差、頻差滿足同步條件時(shí)，發(fā)出導(dǎo)前時(shí)間脈沖命令，將并列斷路器合閘，合閘后在顯示屏上顯示同步成功時(shí)的同步信息；如果同步對(duì)象為線路，則不發(fā)出調(diào)壓、調(diào)頻脈沖，在壓差、頻差滿足要求的情況下，進(jìn)行捕捉（等待）同步合閘，完成同步并列。4.5.2軟件原理主程序框圖

4.5.2軟件原理2.模擬量采集

模擬量采集指的是同步電壓uG、uS的大小、頻率以及相角差δ的采集。對(duì)同步電壓uG、uS的大小進(jìn)行二次調(diào)整，第一次調(diào)整是對(duì)同步電壓輸入回路引起的誤差進(jìn)行調(diào)整，第二次調(diào)整是由于主變壓器變比、TV變比引起的幅值調(diào)整。對(duì)相角差δ同樣進(jìn)行了二次調(diào)整，第一次調(diào)整是對(duì)兩個(gè)同步電壓輸入回路相位不同進(jìn)行的調(diào)整，第二次調(diào)整是由于主變壓器連接組引起的相位補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整。經(jīng)調(diào)整，使CPU系統(tǒng)采集到的同步電壓大小、相角差可完全反映并列點(diǎn)兩側(cè)電壓的大小及相角差，達(dá)到了模擬量準(zhǔn)確采集的目的。4.5.2軟件原理3.開(kāi)關(guān)量采集

開(kāi)關(guān)量采集指的是同步啟動(dòng)、同步對(duì)象、無(wú)壓同步等的采集。裝置在無(wú)告警且不在同步過(guò)程中才可采集開(kāi)關(guān)量。裝置一經(jīng)起動(dòng)，立即采集同步對(duì)象，并判斷是否合理，當(dāng)同步對(duì)象重選或漏選時(shí)，報(bào)同步對(duì)象重選或漏選的錯(cuò)誤信息，裝置發(fā)告警信號(hào)；當(dāng)僅有一個(gè)同步對(duì)象選擇信號(hào)時(shí)，對(duì)象選擇合理，此時(shí)提取該對(duì)象號(hào)的整定參數(shù)，供同步時(shí)使用。

4.6典型的微機(jī)型自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置舉例4.6.1SID-2V型自動(dòng)準(zhǔn)同步裝置的應(yīng)用及特點(diǎn)

裝置是供給1臺(tái)發(fā)電機(jī)或不超過(guò)15臺(tái)發(fā)電機(jī)復(fù)用進(jìn)行全自動(dòng)差頻并列的同步裝，也可作為只存在差頻并列方式的輸電線路檢查同步自動(dòng)并列用。1.裝置的應(yīng)用場(chǎng)合

2.裝置的特點(diǎn)

（2）（3）（4）在結(jié)構(gòu)上采用了全封閉式和嚴(yán)密的磁屏蔽措施；對(duì)輸入信號(hào)采用光電或電磁隔離，并進(jìn)行數(shù)字濾波；

按模糊控制算法實(shí)施自動(dòng)均頻及均壓控制，具有促成同步條件快速實(shí)現(xiàn)的良好控制品質(zhì)；建立在機(jī)組運(yùn)動(dòng)方程基礎(chǔ)上理想導(dǎo)前合閘角的預(yù)測(cè)算法，能準(zhǔn)確捕捉到第一次出現(xiàn)的同步時(shí)機(jī)，使準(zhǔn)同步并列速度達(dá)到自同步的水平；在軟件上采用快速求解計(jì)算頻差及其一階、二階導(dǎo)數(shù)的微分方程，實(shí)現(xiàn)精確的零相角差并列；

（1）2.裝置的特點(diǎn)

（5）

（6）（7）（8）在軟件及硬件上對(duì)合閘控制采用了多重冗余閉鎖，誤合閘概率接近于零；裝置面板提供的智能化整步表及數(shù)碼顯示器使運(yùn)行人員能非常直觀地監(jiān)督并列全過(guò)程；裝置內(nèi)部自備可調(diào)頻的工頻信號(hào)源，簡(jiǎn)化了調(diào)試設(shè)備；可接受上位機(jī)以開(kāi)關(guān)量形勢(shì)的投入和切除命令；裝置電源交直流兩用。4.6.2裝置硬件邏輯框圖4.6.3軟件流程軟件流程圖4.6.3軟件流程1.主程序

裝置接入后CPU工作，先對(duì)全部硬件（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在數(shù)碼顯示器上顯示，并以繼電器空接點(diǎn)輸出報(bào)警，將閉鎖合閘回路，不產(chǎn)生任何對(duì)外控制，以杜絕誤操作。如各部件正常，則檢測(cè)工作/設(shè)置開(kāi)關(guān)W/T的狀態(tài)，若檢測(cè)為工作狀態(tài)W，則檢測(cè)外部各并列點(diǎn)同步開(kāi)關(guān)送來(lái)的并列點(diǎn)選擇信號(hào)，如無(wú)并列點(diǎn)選擇信號(hào)或選擇信號(hào)多于一個(gè)，則顯示器顯示出錯(cuò)信號(hào)并報(bào)警。若檢測(cè)到一個(gè)特定的并列點(diǎn)信號(hào)，則打開(kāi)定時(shí)中斷程序，裝置進(jìn)入同步工作狀態(tài)。

在自檢后檢測(cè)到W/T開(kāi)關(guān)在參數(shù)設(shè)置的“T”狀態(tài)，則程序轉(zhuǎn)向查整定參數(shù)的KG、KP按鍵狀態(tài)，KG鍵每閉合一次，就自動(dòng)調(diào)出下一個(gè)待整定參數(shù)，KP鍵每閉合一次就將待整定參數(shù)值增加一個(gè)分度（即步距）值。4.6.3軟件流程2.定時(shí)中斷子程序說(shuō)明

程序的起始部分是按外部輸入TV信號(hào)經(jīng)變換后提取頻差、壓差及相角差的信息，計(jì)算出△f、△U及δ，若發(fā)電機(jī)側(cè)或系統(tǒng)側(cè)的TV二次電壓低于整定值，表明可能是TV二次斷線或熔斷器熔斷，或TV一次電壓低，不適于發(fā)電機(jī)并列，裝置將報(bào)警并停止執(zhí)行并列程序。若并列點(diǎn)兩側(cè)的TV二次電壓均高于整定值，則裝置面板上由軟件驅(qū)動(dòng)的相位表將按滑差角頻率旋轉(zhuǎn)，且程序進(jìn)入檢查△f和△U是否越限。如越限，且整定時(shí)已選擇需要同步裝置具備自動(dòng)調(diào)壓和自動(dòng)調(diào)頻功能，則裝置將依據(jù)模糊控制算法進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)頻。如未選擇自動(dòng)調(diào)壓和調(diào)頻，則裝置只顯示壓差及頻差的越限提示符，而不進(jìn)行調(diào)壓和調(diào)頻。如△f及△U均在允許值內(nèi)，程序下一步將檢查QF兩側(cè)是否同頻(△f≤0.05Hz)，如出現(xiàn)同頻，裝置將自動(dòng)發(fā)加速控制命令，促成同步條件的出現(xiàn)。在△f、△U均滿足要求后程序準(zhǔn)備進(jìn)入并列階段，測(cè)量當(dāng)前相角差δ，如δ在0～π區(qū)間，則不存在并列機(jī)會(huì)，直到δ進(jìn)入π～2π區(qū)間，就開(kāi)始檢查頻差變化率是否越限，如未越限，程序進(jìn)行理想導(dǎo)前角δy的計(jì)算，并不斷查看δ是否與δy一致，如出現(xiàn)δ=δy時(shí)，可發(fā)出合閘命令，確保在δ=0時(shí)QF主觸頭閉合。如△δ≠0，則進(jìn)行合閘時(shí)機(jī)的預(yù)測(cè)，當(dāng)預(yù)測(cè)的時(shí)刻到來(lái)即發(fā)出命令實(shí)行并列。這樣就能確保捕捉到第一次出現(xiàn)的合閘機(jī)會(huì)，使并列速度達(dá)到極值。4.6.3軟件流程從軟件流程中可知SID-2V裝置主要解決如下問(wèn)題：

（2）（3）（4）確保在相位差δ=0°時(shí)并網(wǎng)。措施：精確掌握發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)前的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，精確掌握并列斷路器的合閘時(shí)間。

確保捕獲第一次出現(xiàn)δ=0°的時(shí)機(jī)。措施：利用理想合閘角的預(yù)測(cè)算法，使計(jì)算機(jī)的離散計(jì)算方式能獲連續(xù)運(yùn)算的結(jié)果?？焖?、平穩(wěn)的均壓和均頻控制。措施：使用模糊控制理論以偏差的絕對(duì)值及變化率為變量，進(jìn)行高速運(yùn)算獲取適應(yīng)被控對(duì)象工況的控制量。高可靠性。措施：軟件的多重閉鎖和硬件超常的冗余設(shè)計(jì)。

（1）4.6.4裝置的二次接線圖4.6.4裝置的二次接線圖SID-2V型裝置的全部對(duì)外引線由背板的5個(gè)插座引出的。插座JK1為裝置的工作電源插座，可接入48～220V的交流或直流電源；JK2為裝置對(duì)外的控制繼電器輸出插座，JK3為并列點(diǎn)兩側(cè)TV二次電壓和QF輔助觸點(diǎn)的輸入插座，JK4為并列點(diǎn)選擇、遠(yuǎn)方復(fù)位等開(kāi)關(guān)量的輸入插座，JK5為供錄波用的脈振電壓和合閘繼電器觸點(diǎn)的信號(hào)輸出插座。

1.交流回路

交流回路主要是并列點(diǎn)斷路器兩側(cè)的TV二次電壓輸入回路，兩個(gè)電壓可以有公共端（JK3-5與JK3-6連通），也可沒(méi)有。4.6.4裝置的二次接線圖2.操作控制回路

操作控制回路可分為供電回路、輸出控制回路、并列點(diǎn)選擇回路、斷路器輔助觸點(diǎn)輸入回路、信號(hào)回路和上位機(jī)遠(yuǎn)方復(fù)位控制回路。（1）供電回路。裝置可使用直流或交流電源供電。（2）輸出控制回路。裝置是以小型中間繼電器（KC、KCE1、KCE2、KCE3、KCE4）