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新闻主题	发电机组自动准同期并列参数测量

 

摘要：同步发电机自动准同期并列是电力系统中的一项重要操作。随着工业社会的不断发展，柴油发电机组行业变得越来越重要。不恰当的并列会对发电机和系统产生巨大的冲击，损坏电气设备，影响电力系统的稳定性，造成成本升高甚至造成人员伤亡。因此，准同期装置的发展变得至关重要。

 

一、发电机同期并列原理

 

      同期并列是指在两台或多台同步发电机之间，通过调节发电机的输出电压和频率，使其与系统的电压和频率相同，以实现并列运行。同期并列的基本条件包括：发电机与系统电压相同，发电机与系统频率相同，发电机与系统的相序相同。

1、模拟式自动准同期装置的原理

      模拟式自动准同期装置是一种常见的准同期装置。它的原理是通过比较发电机输出电压和系统电压的相位差，来控制发电机的励磁电流，以实现准同期。该装置具有结构简单、可靠性高等优点。

2、微机型自动准同期装置的原理

      微机型自动准同期装置是一种新型的准同期装置。它采用微机控制技术，通过采集发电机输出电压和系统电压的信号，利用数学算法来控制发电机的励磁电流，实现准同期。该装置具有准确性高、稳定性好等优点。

 

二、发电机同期并列参数检测

 

1、电压检测

      在恒定越前时间到达前完成发电机电压差检测，判别是否满足合闸条件。发电机电压的测量目前一般采用交流采样方式。交流电压经中间变换器降压、隔离，在交流一周期内每隔一个采样时间对交流电压信号采样，并由A/D变换成数字量，见图1。一周期采样N次，得到N个采样数字值，由CPU计算得到电压有效值或其他需要的数值。

      计算机进行电压计算可以采用傅里叶算法。傅里叶算法是以傅里叶级数为基础的，对于任何输入量为周期函数的信号u（t）、i（t）都可以分解为含有直流分量U₀、I₀及各次频率分量的傅里叶级数。

 

 

 

式中，n——n次谐波（n＝1，2，···）；

U_nc、I_nc、U_ns、I_ns——n次波的余弦分量、正弦分量电流、电压值。

      由cosnωt、sinnωt（n＝1，2，···）组成的正交函数组作样品函数，分别用（1、cosnωt、sinnωt、cosn2ωt、sinn3ωt、···）正交函数集中的各项与i（t）或u（t）相乘。例如，需要得到基波分量电流，则用sinnωt和cosnwt分别与i（t）相乘，从任一时刻t₀积分一周期T，利用正交函数的特性即可消去直流分量和各次谐波，从而得到

 

 

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

      设每个工频周期采样N次，对以上积分用梯形数值积分（离散化）来代替，从而可求得

 

 

式中，U_r、I_r、U_i、I_i——电压、电流基波的实部、虚部。

      若采样间隔角度为φ，则每工频周期采样点N＝2π/φ，可以求出电流、电压有效值为

 

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

      设每个周期交流采样12次，即K＝1～12。对电压u＝1sin（ωt＋20°）一周期采样12点的采样值见表1。

 

表1                               电压周期采样值

      电压实部为

 

 

      电压虚部为

 

 

      电压有效值为

 

 

      电压相角为

 

 

      有了电流、电压实部和虚部后，即可求得功率。由视在功率

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

      可得有功功率为

 

 

     无功功率为

 

 

     三相有功功率和无功功率可以类推。

2、频率检测

      要求在恒定越前时间到达前完成频率差检测，判别是否满足合闸条件。数字测频方法为：把交流电压降压隔离后，转换为方波，再经二分频，其正脉冲宽度即为原电压的周期。

      设计数脉冲频率为f_c，并由方波脉冲上升沿启动计数，由方波脉冲下降沿停止计数，得到一个周期内对应的计数脉冲个数为N，见图2。

       若计数脉冲频率为f_c，则所测交流电周期及频率为

 

 

图1  发电机电压交流采样过程示意图

图2  发电机频率测量原理框图

 

3、相角差δ（t）检测

      测量断路器两侧电压相位差的电路如图3所示。

      断路器两侧电压通过电压变换成检测设备能接受的较小电压，并实现电磁隔离；经零电平检测器取正弦波正半周整形为方波；将对应断路器两侧电压的两个方波接入异或门，根据异或门逻辑，相同出“0”，相异出“1”，取得的输出方波宽度即为断路器两侧电压相位差；从图4波形可见，δ从0逐渐增大至π，然后逐渐减小到0。

 

图3  发电机相角差测量原理电路图

图4 相角差测量波形分析原理电路图

 

      由于采用微机化控制，因此需要将δ_i数值化。把对应相角差δ的矩形波接入一可控计数器，计数器计数脉冲f_c。波形上升沿开始计数，下降沿停止计数，得到时间τ（对应计数值N），由定时/计数器可取得对应相角差δ的数字量（见图5）

 

 

式中，N_S——对应系统电压半个周期的数字量；

N_i——对应电压相角差δ_i的数字量。

      分析δ_i的变化过程，并将δ_i从0逐渐增大至π，然后逐渐减小到0的变化转换成从0逐渐增大至2π的数值计算公式为：

 

 

 

      δ（t）数值轨迹如图6所示，包括滑差恒定不变及滑差等速变化两种典型值。

  

图5  发电机相位差数字转换示意图

图6 相角差变化轨迹曲线图

 

总结：

      总之，同步发电机自动准同期并列是电力系统中不可或缺的一项操作。准同期装置的发展历经了模拟式和微机型两个阶段，不断地完善和创新，为电力系统的安全稳定运行提供了重要保障。

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