水电站自动化讲解

1.7 数字式并列装置

1.7.1 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。 模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期s T 时间内，把S ω假设为恒定。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e δ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。

1. 主机。

微处理器（CPU ）是装置的核心。

2. 输入、输出接口通道。

在计算机控制系统中，输入、输出过程通道的信息不能直接与主机总线相连，它必须由接口电路来完成信息传递的任务。

3. 输入、输出过程通道。

为了实现发电机自动并列操作，需要将电网和带并发电机的电压和频率等状态按照要

求送到接口电路进入主机。

(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。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。如图1.18所示。

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 。

3）相角差e δ测量。如图1.19所示，把电压互感器电压信号转换成同频、同相的方

波信号。

（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。

图1.17 数字式并列装置控制逻辑图

2

）调节发电机电压的升压、降压信号。

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。

4. 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。

（2）按钮——供运行人员操作。

（3）CRT 显示器——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。

1.7.2 数字式并列装置的软件

1. 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SY U ∆，装置内对应的设定值为u D ∆。

当U D D g sys ∆>-时，不允许合闸信号输出；当U D D g sys ∆<-时，允许合闸信号

输出。如g sys D D >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

图1.19 电压信号转化为方波信号

图1.18 电压波形引入

之，则发降压信号。

2. 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sys N 和

GO N 。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G f 高于或低于电网频率X f 来输出减速或增

速信号。选择e δ在0到π期间，调节量按f ∆差值比例进行调节。

3. 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1.20(a)所示，经削波限幅后得到如图1.20（b ）所示的方波，两方波异或后

得到如图1.20（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i τ与相角

差i δ相对应。

系统电压方波的宽度x

τ为已知，它等于二分之一周期π（或180°），因此i δ可按下式求

得。

图1.20 电压互感器二次侧的电压波形转换

()()1122--<⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝

⎛⋅-=≥⋅=i i x i x i i i i x

i i ττπττπττπδττπττδ 式中x τ和i δ的值，CPU 可以从定时计数器读入求得。 理想的导前合闸相角221dc t

st dc si yj t t ∆∆+=ωωδ，式中si ω是计算点的滑差角速度。其值可按照下式求得。x

i i i si t τδδδω21--=∆∆=，式中i δ和1-i δ分别是计算点和上一个计算点的角度值，x τ2是两计算点的时间，dc t 是微处理器发出合闸信号到主触头闭合时需要经历的时间。按照上式求出最佳合闸越前相角yj δ的值。该值与本计算点的相角i δ按照下式进行比较（式中ε为计算允许误差）。 如果)(εδδπ≤--yj i 2式成立，则立刻发出合闸信号；如果)(εδδπ>--yj i 2，

且)(yj i δδπ>-2，则继续进行下一点计算，直到i δ逐渐逼近yj δ符合发出合闸信号条件为止。

1.7.3 计算机同步装置实例

近年来，我国自己研制了一些计算机同步装置，如深圳智能设备开发有限公司研制的

SID —2V 型SID —2T 型灯多功能微机同步控制器，电力自动化研究所研制的SJ —11和SJ —12微机同步装置等。SID —2V 型多功能微机准同期控制器简述如下。

1. 主要功能及技术指标

（1）主要功能。

1) 控制器可使用交流220V 或直流220V 、110V 或用户指定的其它电压等级的电源供

电。在进行准同期过程中，能有效地进行均频控制和均压控制，尽快促成准同期条件的到来。

2) 每次并网时，都自动测量和显示“断路器操作回路实际合闸时间”，作为是否需要修改原来设置的“断路器合闸导前时间”整定值的依据，以使下次合闸更加精确无误。此外，这一功能也提供了鉴别断路器是否有故障的依据。

3) 机组的各种控制参数均可独立设置，这些参数包括：断路器合闸导前时间、合闸允许频差、均频控制系数、均压控制系数。由于采用了EEPROM 电可擦写存储器，以上参数均可就地在带电重新设置或修改。

4) 具备过压保护功能，一旦机组电压出现115％额定电压的过压(过压值可根据用户要求进行整定) ，立刻输出一降压控制信号，并闭锁加速控制回路，直至机组电压恢复正常为止。

5) 当不执行同期操作，且给控制器提供电源时，控制器将进行频率监视，显示器显示系统频率，相当于一个五位数字工频频率表。

6) 除控制器面板上具有一个复位键可在面板上进行复位操作外，还具有远方复位信号接口，可用于中央控制台在必要时进行远方复位操作，或由上位机对控制器实现复位操

（1.5）