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电力系统自动控制理论chapter1-4数字式并列装置_图文

第四节

数字式并列装置

一、概述 用大规模集成电路微处理器(CPU)等器件构成的数字 式并列装置,由于硬件简单,编程方便灵活,运行可靠, 且技术上已日趋成熟,成为当前自动并列装置发展的主 流。 数字式并列装置 模拟式并列装置为简化电路,在一个滑差周期 T s时间内, 把 假设为恒定。 ωs 数字式并列装置可以克服这一假设的局限性,采用较为 精确的公式,按照当时的变化规律,选择最佳的越前时 间发出合闸信号,可以缩短并列操作的过程,提高了自 动并列装置的技术性能和运行可靠性。 数字式并列装置由硬件和软件组成,以下分别进行介绍。

第四节

数字式并列装置
CPU

二、硬件电路 以微处理器(CPU)为核心的数字式并列装置,就是一台 专用的计算机控制系统。
输入通道
RAM

输出通道

ROM
接口 显示键盘
人机联系

定时 / 计数

数字式并列装置

u u

x G

电压变换

采样 A / D
总线

I /O 并 行

调速

增速 减速

合闸 降压

升压

触点

状态信号

接 口

调压 合闸

升压 降压

图1-21 数字式并列装置硬件框图

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数字式并列装置

(一)主机 微处理器(CPU)是控制装置的核心。 (二)输入、输出接口电路 在计算机控制系统中,输入、输出过程通道的信 数字式并列装置 息不能直接与主机的总线相接,它必须由接口电 路来完成信息传递的任务。 (三)输入、输出过程通道 为了实现发电机自动并列操作,须将电网和待并 发电机的电压、频率等状态量按要求送到接口电 路进入主机。

第四节
u~

数字式并列装置
CPU

CPU
交流电压变送器

A/ D

u~
数字式并列装置

CPU

u~

降压滤波

整形

A/D
(b )

定时 / 计数 接口电路

图1-22 电压和频率测量 (a)电压测量 (b)频率测量

第四节

数字式并列装置

1.输入通道 按发电机并列条件,分别从发电机和母线电压互感器二次 侧交流电压信号中提取电压幅值、频率和相角差等三种信 息,作为并列操作的依据。 (1)交流电压幅值测量 数字式并列装置 采用变送器,把交流、电压转换成直流电压,然后由A/D 接口电路进入主机。 对交流电压信号直接采样,通过计算求得它的有效值。 (2)频率测量 测量交流信号波形的周期T。把交流电压正弦信号转化为方 波,经二分频后,它的半波时间即为交流电压的周期T。

第四节
(3)相角差 δ e 测量

数字式并列装置

如图所示,把电压互感器电压信号转换成同频、同相的方波。

CPU

u

x

电压变换

数字式并列装置
整形方波
异 或 门

定 时 / 计 数

u

G

电压变换

整形方波

图1-23 相角差测量

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数字式并列装置

2.输出通道 自动并列装置的输出控制信号有: ①发电机转速调节的增速、减速信号; ②调节发电机电压的升压、降压信号; 数字式并列装置 ③并列断路器合闸脉冲控制信号。 这些控制信号可由并行接口电路输出,经放大后驱动继电器 用触点控制相应的电路。

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数字式并列装置

(四)人一机联系 主要用于程序调试,设置或修改参数。 常用的设备有: (1)键盘——用于输入程序和数据。 数字式并列装置 (2)按钮——供运行人员操作。 (3)CRT显示器二—生产厂调试程序时需要。 (4)数码和发光二极管显示指示——为操作人员提供直观 的显示方式,以利于过程的监控。

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数字式并列装置

三、数字式并列装置的软件 (一)电压检测 交流电压变送器输出的直流电压与输入的交流电压值成正比。 设机组并列时,电压偏差设定的阀值为? U sy ,装置内对应的 数字式并列装置 设定值为 D ?U 。 当 D x ? DG > D?U时,不允许合闸信号输出; 当 D x ? DG ≤ D?U 时,允许合闸信号输出。 如 D x > DG 时,并行口输出升压信号,输出调节信号的 宽度与其差值成比例;反之,则发降压信号。

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数字式并列装置

(二)频率检测 发电机电压和电网电压分别由可编程定时计数器计数,主机 读取计数脉冲值 N x 和 N GO 。 由(1-16)式求得 f x 和 f G 。 与上述电压检测所采用算式类同,把频率差的绝对值与设定 的允许频率偏差阀值比较,作出是否允许并列的判断。 按发电机频率 f G高于或低于电网频率 f x 来输出减速或增速 信号。 选择 δ e 在0到 π 期间,调节量按 ?f 差值比例进行调节。

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u
u
x

数字式并列装置
t
(a )

G

t

u u

τ

t
x

数字式并列装置
u

u
u

τ

G

(b )

τ

1

τ

2

τ

t
i

(c )

t
图1-24 相角差测量波形分析
图1-24 相角差测量波形分析

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数字式并列装置

(三)越前时间检测 设系统频率为额定值50Hz,待并发电机的频率低于50Hz。 从电压互感器二次侧来的电压波形如图1-24(a)所示,经 削波限幅后得到图1-24(b)所示的方波,两方波异或后得 到图1-24(c)中的一系列宽度不等的矩形波。 显然,这一系列矩形波宽度 τ i 与相角差 δ i 相对应。

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数字式并列装置

系统电压方波的宽度 τ x为已知,它等于二分之一周期 π (或 180°),因此 δ i 可按下式求得。
? ? π (当τ i ≥ τ i ?1) ? i ? x 数字式并列装置 ? ? ? ? ? ? 2π ? τ i ? π ? = ? 2 ? τ i ?π (当τ < τ )? τi =? τ ? ? τ ? i i ?1 ? x x? ? ? ? ?
i

=τ δ τ

式中

τ x 和 τ i 的值,CPU可以从定时计数器读入求得。

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数字式并列装置
? t DC

理想的导前合闸相角 δ YJ,它可以计及 δe 含有加速度的情况: 1 ? ω si 2 (1-18)

δ YJ = ω si t DC +

其中 δ i 和 δ i ?1 ——分别是计算点和上一个计算点的角度值; 2 τ x ——两计算点的时间 t DC ——微处理器发出合闸信号到主触头闭合时需 要经历的时间。 设 t c 为出口继电器动作时间,则 t DC = t DL + t c

式中 ω si ——计算点的滑差角速度,其值可按下式求得 数字式并列装置 ? δ i δ i ? δ i ?1 (1-19) = = ω si ?t 2τ x

2 ?t

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数字式并列装置
ε

据式(1-18)可以求出最佳的合闸越前相角 δ YJ 值,该值与 本计算点的相角 δ i 按下式进行比较(下式中 为计算允许 误差) (2π ? δ i ) ? δ YJ ≤ ε 如果 (1-22) 数字式并列装置 (1-22)式成立,则立刻发出合闸信号。 (2π ? δ i ) ? δ YJ > ε 如果 (1-23)

( 2π ? δ i ) > δ YJ 又 (1-24) 则继续进行下一点计算,直到 δ i 逐渐逼近 δ YJ 符合(1-22) 式为止。

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δ ω
e

数字式并列装置
δ ω
e
s

ω

s

s



o

A
o
(a )

δ e (t )

B
B′
ω (t )
s

A′

数字式并列装置

图1-25 计算轨迹

ω

s

t o
(b)

t

图1-25 计算轨迹

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数字式并列装置


δ

e

b 最佳的合闸导前角的与本计算点 δ ε δ ε a δ 的比较也有可能出现下式情况, π 即 ( 2π ? δ i ) < δ YJ (1-25) τ τ 数字式并列装置o 这就是如图1-26中所示, 图1-26错过合闸时机 错过了合闸时机的情况。 的情况 为了避免上述情况,在进行本点 δ i 计算时,可同时对下一个 计算点值 δ i +1 进行测量。估计最佳合闸导前相角 δ YJ是否介于 计算点与下一个预测点 δ i +1 之间,以便及时采取措施,推算 出 δ i ~ δ YJ 所需的时间。
i +1
YJ

i

i

i +1