新聞主題	發電機組自動準同期并列參數測量

 

摘要：同步發電機自動準同期并列是電力系統中的一項重要操作。隨著工業社會的不斷發展，柴油發電機組行業變得越來越重要。不恰當的并列會對發電機和系統產生巨大的沖擊，損壞電氣設備，影響電力系統的穩定性，造成成本升高甚至造成人員傷亡。因此，準同期裝置的發展變得至關重要。

 

一、發電機同期并列原理

 

      同期并列是指在兩臺或多臺同步發電機之間，通過調節發電機的輸出電壓和頻率，使其與系統的電壓和頻率相同，以實現并列運行。同期并列的基本條件包括：發電機與系統電壓相同，發電機與系統頻率相同，發電機與系統的相序相同。

1、模擬式自動準同期裝置的原理

      模擬式自動準同期裝置是一種常見的準同期裝置。它的原理是通過比較發電機輸出電壓和系統電壓的相位差，來控制發電機的勵磁電流，以實現準同期。該裝置具有結構簡單、可靠性高等優點。

2、微機型自動準同期裝置的原理

      微機型自動準同期裝置是一種新型的準同期裝置。它采用微機控制技術，通過采集發電機輸出電壓和系統電壓的信號，利用數學算法來控制發電機的勵磁電流，實現準同期。該裝置具有準確性高、穩定性好等優點。

 

二、發電機同期并列參數檢測

 

1、電壓檢測

      在恒定越前時間到達前完成發電機電壓差檢測，判別是否滿足合閘條件。發電機電壓的測量目前一般采用交流采樣方式。交流電壓經中間變換器降壓、隔離，在交流一周期內每隔一個采樣時間對交流電壓信號采樣，并由A/D變換成數字量，見圖1。一周期采樣N次，得到N個采樣數字值，由CPU計算得到電壓有效值或其他需要的數值。

      計算機進行電壓計算可以采用傅里葉算法。傅里葉算法是以傅里葉級數為基礎的，對于任何輸入量為周期函數的信號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。

 

 

 

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，···）組成的正交函數組作樣品函數，分別用（1、cosnωt、sinnωt、cosn2ωt、sinn3ωt、···）正交函數集中的各項與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，從任一時刻t₀積分一周期T，利用正交函數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。

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

 

 

式中，U_r、I_r、U_i、I_i——電壓、電流基波的實部、虛部。

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

 

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

      設每個周期交流采樣12次，即K＝1～12。對電壓u＝1sin（ωt＋20°）一周期采樣12點的采樣值見表1。

 

表1                               電壓周期采樣值

      電壓實部為

 

 

      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

      要求在恒定越前時間到達前完成頻率差檢測，判別是否滿足合閘條件。數字測頻方法為：把交流電壓降壓隔離后，轉換為方波，再經二分頻，其正脈沖寬度即為原電壓的周期。

      設計數脈沖頻率為f_c，并由方波脈沖上升沿啟動計數，由方波脈沖下降沿停止計數，得到一個周期內對應的計數脈沖個數為N，見圖2。

       若計數脈沖頻率為f_c，則所測交流電周期及頻率為

 

 

圖1  發電機電壓交流采樣過程示意圖

圖2  發電機頻率測量原理框圖

 

3、相角差δ（t）檢測

      測量斷路器兩側電壓相位差的電路如圖3所示。

      斷路器兩側電壓通過電壓變換成檢測設備能接受的較小電壓，并實現電磁隔離；經零電平檢測器取正弦波正半周整形為方波；將對應斷路器兩側電壓的兩個方波接入異或門，根據異或門邏輯，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  發電機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

 

      由于采用微機化控制，因此需要將δ_i數值化。把對應相角差δ的矩形波接入一可控計數器，計數器計數脈沖f_c。波形上升沿開始計數，下降沿停止計數，得到時間τ（對應計數值N），由定時/計數器可取得對應相角差δ的數字量（見圖5）

 

 

式中，N_S——對應系統電壓半個周期的數字量；

N_i——對應電壓相角差δ_i的數字量。

      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的變化轉換成從0逐漸增大至2π的數值計算公式為：

 

 

 

      δ（t）數值軌跡如圖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  發電機相位差數字轉換示意圖

圖6 相角差變化軌跡曲線圖

 

總結：

      總之，同步發電機自動準同期并列是電力系統中不可或缺的一項操作。準同期裝置的發展歷經了模擬式和微機型兩個階段，不斷地完善和創新，為電力系統的安全穩定運行提供了重要保障。

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