一種發電機自動準同期實時監控方法及系統的製作方法

2023-10-23 07:59:22 1

專利名稱：一種發電機自動準同期實時監控方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於自動控制技術領域，涉及一種實時監控方法，尤其涉及一種發電機自動準同期實時監控方法；同時，本發明還涉及一種發電機 自動準同期實時監控系統。
背景技術：
準同期並列是將未投入系統的發電機加上勵磁，並調節其電壓和頻率，在滿足並列條件(即電壓、頻率、相位相同)時，將發電機投入系統，如果在理想情況下，使發電機的出口開關合閘，則在發電機定子迴路中的環流將為零，這樣不會產生電流和電磁力矩的衝擊。這是準同期並列的最大優點。發電機準同期並列是電力系統一項非常重要的操作，在發電機投入系統並列運行的瞬間，往往伴隨著電流衝擊和功率衝擊，並將引起並列點電網電壓瞬時下降。如果操作錯誤，衝擊電流過大，可能使機組的大軸扭曲及引起發電機的繞組變形、撕裂、絕緣損壞。嚴重的非同期並列會造成機組和電網事故，所以電力部門將併網自動化列為電力系統自動化的
一項重要任務。傳統的手動同期操作相位誤差較大，基於模擬電路的傳統型準同期自動併網裝置精度也不夠高，自動調節過程較慢，裝置要嚴格調試，定期校驗。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種發電機自動準同期實時監控方法，可解決現有技術中的不足之處。此外，本發明還提供一種發電機自動準同期實時監控系統，可可解決現有技術中的不足之處。為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案一種發電機自動準同期實時監控方法，將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號，然後通過處理單元對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻。作為本發明的一種優選方案，所述方法還包括對兩側信號進行頻率和電壓採樣，經過數據處理後在顯示器上顯示，在兩側頻差不合格時，依照偏差量的大小，發出長短不同的調節脈衝，並根據調節後發電機頻率的變化量實現比例控制。一種發電機自動準同期實時監控系統，所述系統包括處理單元、信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路；所述信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路分別與處理單元連接；所述信號輸入及變換電路用以將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號；所述處理單元對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻；所述指示及控制輸出電路用以將輸出信號發送至發電機。作為本發明的一種優選方案，所述信號輸入及變換電路對兩側信號進行頻率和電壓採樣，經過數據處理後可在顯示器上顯示；所述處理單元在兩側頻差不合格時，依照偏差量的大小，發出長短不同的調節脈衝，並根據調節後發電機頻率的變化量實現比例控制。
作為本發明的一種優選方案，所述信號輸入及變換電路包括第一信號輸入及變換模塊、第二信號輸入及變換模塊；所述第一信號輸入及變換模塊包括第一同期電壓切換單元、第一交流迴路單元、第一過零比較單元、第一採樣保持迴路、第一頻率測量迴路；第一交流迴路單元分別與第一同期電壓切換單元、第一過零比較單元、第一採樣保持迴路連接，第一過零比較單元與第一頻率測量迴路連接；所述第二信號輸入及變換模塊包括第二同期電壓切換單元、第二交流迴路單元、第二過零比較單元、第二採樣保持迴路、第二頻率測量迴路；第二交流迴路單元分別與第二同期電壓切換單元、第二過零比較單元、第二採樣保持迴路連接，第二過零比較單元與第二頻率測量迴路連接；
所述信號輸入及變換電路還包括依次連接的同期對象輸入迴路、濾波光隔電路、解碼電路，解碼電路與處理單元連接；所述指示及控制輸出電路包括組合邏輯控制輸出單元、第一光電隔離輸出驅動單元、信號發送控制單元、調速控制單元、調壓控制單元；第一光電隔離輸出驅動單元分別與組合邏輯控制輸出單元、信號發送控制單元、調速控制單元、調壓控制單元連接；所述指示及控制輸出電路還包括合閘邏輯控制輸出單元、第二光電隔離輸出驅動單元、合閘控制單元、同步邏輯控制輸出單元；第二光電隔離輸出驅動單元分別與合閘邏輯控制輸出單元、合閘控制單元、同步邏輯控制輸出單元連接；所述處理單元包括第一處理器、第二處理器；所述第一處理器連接第一採樣保持迴路、第一頻率測量迴路、解碼電路、組合邏輯控制輸出單元、合閘邏輯控制輸出單元；第二處理器連接同步邏輯控制輸出單元、第二採樣保持迴路、第二頻率測量迴路。作為本發明的一種優選方案，所述防幹擾及電源監控電路用以防止外部信號對處理器的幹擾以及對電源迴路進行自身監控，包括交流濾波電路、開入濾波光隔電路、光隔電路輸出驅動、電源監視迴路。作為本發明的一種優選方案，所述系統還包括復位電路、顯示器、輸入單元、存儲器、時鐘電路、GPS模塊、串行通信口、監控計算機；所述復位電路、顯示器、輸入單元、存儲器、時鐘電路、GPS模塊分別與處理單元連接；所述監控計算機通過串行通信口與處理單元連接。本發明提出的發電機自動準同期實時監控方法及系統，其有益效果在於本發明是新一代微機型數字式自動併網裝置，完全克服了模擬裝置的缺點，高精度計算頻差和相位差，以毫秒級的精度確定合閘提前時間。在兩側壓差合格，頻差合格，整定的導前時間與斷路器機械動作時間相吻合的情況下，可實現快速無衝擊合閘。本發明專用於各種類型發電廠發電機組與電網間並列、變電站母線與線路間並列。具有極好的人機界面，合閘速度快、精度高，安全可靠、性能穩定、操作簡單、無需調試等優點，同時在併網過程中，對於系統電壓過高或過低、系統頻率過高或過低、機組電壓過高或過低、機組頻率過高或過低以及過勵磁等，裝置具有告警功能；同時提供與上位機的通信口，可方便實現裝置的實時監控。此外，本發明具體具備如下優勢I、本發明通過控制待並機組調速、調壓實現頻率和電壓的自動跟蹤，使頻差、壓差儘快地進入準同期允許範圍內，在Θ = Θ dq = Λ ω · Tdq+Λ ω』 · Tdq2/2，即T = Tdq時發出合閘脈衝，實現快速併網。在同頻不同相時，也能發出合適的調速脈衝以縮短並列過程。由於計及角速度(Λ ω)及角加速度(Λ ω』)，確保斷路器合閘時Λ δ接近零。2、本發明具有過電壓和欠電壓保護、頻率過高和頻率過低保護功能。3、在系統與發電機出現同頻不同相時，自動打破同頻情況，實現發電機快速併網。4、本發明採用雙硬體及軟體組成的合閘命令，精確控制允許合閘角度範圍，由微機電路精確計算零角度合閘時機，雙重電路的設計保證裝置合閘的可靠性和安全性。5、本發明可單獨使用，也可與監控系統配合使用，實現遠方遙控同期，通過與監控系統通訊，可進行定值讀寫、合閘報告以及合閘記錄上送，接口為RS485方式，協議採用M0DBUS-RTU協議，波特率任定，一般為9600bit/s。裝置除具有檢同期功能外，還具備檢無壓(一側無壓或兩側無壓)和單電源合環自動快速合閘功能。 6、本發明具有32*144點陣組成的漢字液晶屏菜單顯示，便於監視及定值的設定與修改，裝置掉電後，定值參數不會丟失。7、本發明具有同期合閘、事件記錄功能，可將每一次同期合閘、事件瞬間的所有數據記錄下來，最多可索引32條同期合閘歷史記錄。尤其每次併網後，能自動檢測開關動作時間，便於導前時間的修正。8、本發明具有電壓和角度軟體定值補償功能，無須配備轉角變壓器，即可實現角度補償。9、本發明具有時鐘功能，可實時顯示時鐘，並可以記錄每次事件的發生時間。10、本發明具有GPS對時功能，接口為RS485方式，可與GPS時鐘進行時鐘同步。


圖I為本發明發電機自動準同期實時監控系統的組成示意圖。圖2為同期實時監控系統在發電機併網過程中的應用示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。實施例一本發明揭示一種發電機自動準同期實時監控方法，所述方法包括將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號，然後通過處理單元採用科學的方法對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻。所述方法還包括對兩側信號進行頻率和電壓採樣，經過數據處理後在顯示器上顯示，在兩側頻差不合格時，依照偏差量的大小，發出長短不同的調節脈衝，並根據調節後發電機頻率的變化量實現比例控制。請參閱圖1，本發明同時揭示一種發電機自動準同期實時監控系統，所述系統包括處理單元、信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路；所述信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路分別與處理單元連接；所述信號輸入及變換電路用以將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號；所述處理單元採用科學的方法對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻；所述指示及控制輸出電路用以將輸出信號發送至發電機。所述信號輸入及變換電路對兩側信號進行頻率和電壓採樣，經過數據處理後可在顯示器上顯示；所述處理單元在兩側頻差不合格時，依照偏差量的大小，發出長短不同的調節脈衝，並根據調節後發電機頻率的變化量實現比例控制。本實施例中，所述信號輸入及變換電路包括第一信號輸入及變換模塊、第二信號輸入及變換模塊。所述第一信號輸入及變換模塊包括第一同期電壓切換單元、第一交流迴路單元、第一過零比較單元、第一採樣保持迴路、第一頻率測量迴路；第一交流迴路單元分別與第一同期電壓切換單元、第一過零比較單元、第一採樣保持迴路連接，第一過零比較單元與第一頻率測量迴路連接。所述第二信號輸入及變換模塊包括第二同期電壓切換單元、第二交流迴路單元、第二過零比較單元、第二採樣保持迴路、第二頻率測量迴路；第二交流迴路單元分別與第二 同期電壓切換單元、第二過零比較單元、第二採樣保持迴路連接，第二過零比較單元與第二頻率測量迴路連接。所述信號輸入及變換電路還包括依次連接的同期對象輸入迴路、濾波光隔電路、解碼電路，解碼電路與處理單元連接。所述指示及控制輸出電路包括組合邏輯控制輸出單元、第一光電隔離輸出驅動單元、信號發送控制單元、調速控制單元、調壓控制單元；第一光電隔離輸出驅動單元分別與組合邏輯控制輸出單元、信號發送控制單元、調速控制單元、調壓控制單元連接。所述指示及控制輸出電路還包括合閘邏輯控制輸出單元、第二光電隔離輸出驅動單元、合閘控制單元、同步邏輯控制輸出單元；第二光電隔離輸出驅動單元分別與合閘邏輯控制輸出單元、合閘控制單元、同步邏輯控制輸出單元連接。本實施例中，所述處理單元包括第一處理器、第二處理器；所述第一處理器連接第一採樣保持迴路、第一頻率測量迴路、解碼電路、組合邏輯控制輸出單元、合閘邏輯控制輸出單元；第二處理器連接同步邏輯控制輸出單元、第二採樣保持迴路、第二頻率測量迴路。所述防幹擾及電源監控電路用以防止外部信號對處理器的幹擾以及對電源迴路進行自身監控，包括交流濾波電路、開入濾波光隔電路、光隔電路輸出驅動、電源監視迴路。此外，所述系統還包括復位電路、顯示器、輸入單元、存儲器、時鐘電路、GPS模塊、串行通信口、監控計算機；所述復位電路、顯示器、輸入單元、存儲器、時鐘電路、GPS模塊分別與處理單元連接；所述監控計算機通過串行通信口與處理單元連接。請參閱圖2，本發明揭示了同期裝置在發電機併網過程中的應用過程。本裝置的基本工作原理是先將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號，然後通過微機處理器採用科學的方法對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻。裝置同時對兩側信號進行頻率和電壓採樣，經過數據處理後可在LCD上顯示，在兩側頻差不合格時，依照偏差量的大小，發出長短不同的調節脈衝，並根據調節後發電機頻率的變化量實現比例控制，從而達到快速逼近而無振蕩的調節效果。整個裝置以ST公司新一代32位單片機STM32為核心，配以信號輸入及變換電路，參數設置及顯示電路，指示及控制輸出電路，防幹擾及電源監控電路組成一個實時監控系統，參見原理框圖。
綜上所述，本發明提出的發電機自動準同期實時監控方法及系統，完全克服了模擬裝置的缺點，高精度計算頻差和相位差，以毫秒級的精度確定合閘提前時間。在兩側壓差合格，頻差合格，整定的導前時間與斷路器機械動作時間相吻合的情況下，可實現快速無衝擊合閘。本發明專用於各種類型發電廠發電機組與電網間並列、變電站母線與線路間並列。具有極好的人機界面，合閘速度快、精度高，安全可靠、性能穩定、操作簡單、無需調試等優點，同時在併網過程中，對於系統電壓過高或過低、系統頻率過高或過低、機組電壓過高或過低、機組頻率過高或過低以及過勵磁等，裝置具有告警功能；同時提供與上位機的通信口，可方便實現裝置的實時監控。這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特徵的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來實現。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。
權利要求
1.一種發電機自動準同期實時監控方法，其特徵在於，所述方法包括 將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號，然後通過處理單元對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻。
2.根據權利要求I所述的發電機自動準同期實時監控方法，其特徵在於 所述方法還包括對兩側信號進行頻率和電壓採樣，經過數據處理後在顯示器上顯示，在兩側頻差不合格時，依照偏差量的大小，發出長短不同的調節脈衝，井根據調節後發電機頻率的變化量實現比例控制。
3.一種發電機自動準同期實時監控系統，其特徵在於，所述系統包括處理單元、信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路； 所述信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路分別與處理單元連接； 所述信號輸入及變換電路用以將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號； 所述處理単元對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻； 所述指示及控制輸出電路用以將輸出信號發送至發電機的各個控制部分以及需要併網的開關。
4.根據權利要求3所述的發電機自動準同期實時監控系統，其特徵在於 所述信號輸入及變換電路對兩側信號進行頻率和電壓採樣，經過數據處理後可在顯示器上顯示； 所述處理単元在兩側頻差不合格時，依照偏差量的大小，發出長短不同的調節脈衝，並根據調節後發電機頻率的變化量實現比例控制。
5.根據權利要求3所述的發電機自動準同期實時監控系統，其特徵在於 所述信號輸入及變換電路包括第一信號輸入及變換模塊、第二信號輸入及變換模塊； 所述第一信號輸入及變換模塊包括第一同期電壓切換單元、第一交流迴路単元、第一過零比較單元、第一採樣保持迴路、第一頻率測量迴路；第一交流迴路単元分別與第一同期電壓切換單元、第一過零比較單元、第一採樣保持迴路連接，第一過零比較單元與第一頻率測量迴路連接； 所述第二信號輸入及變換模塊包括第二同期電壓切換單元、第二交流迴路単元、第二過零比較單元、第二採樣保持迴路、第二頻率測量迴路；第二交流迴路単元分別與第二同期電壓切換單元、第二過零比較單元、第二採樣保持迴路連接，第二過零比較單元與第二頻率測量迴路連接； 所述信號輸入及變換電路還包括依次連接的同期對象輸入迴路、濾波光隔電路、解碼電路，解碼電路與處理單元連接； 所述指示及控制輸出電路包括組合邏輯控制輸出單元、第一光電隔離輸出驅動單元、信號發送控制単元、調速控制単元、調壓控制単元；第一光電隔離輸出驅動單元分別與組合邏輯控制輸出單元、信號發送控制単元、調速控制単元、調壓控制單元連接； 所述指示及控制輸出電路還包括合閘邏輯控制輸出単元、第二光電隔離輸出驅動單元、合閘控制単元、同步邏輯控制輸出単元；第二光電隔離輸出驅動單元分別與合閘邏輯控制輸出單元、合閘控制単元、同步邏輯控制輸出單元連接； 所述處理単元包括第一處理器、第二處理器；所述第一處理器連接第一採樣保持迴路、第一頻率測量迴路、解碼電路、組合邏輯控制輸出單元、合閘邏輯控制輸出単元；第二處理器連接同步邏輯控制輸出単元、第二採樣保持迴路、第二頻率測量迴路。
6.根據權利要求3所述的發電機自動準同期實時監控系統，其特徵在於 所述防幹擾及電源監控電路用以防止外部信號對處理器的幹擾以及對電源迴路進行自身監控，包括交流濾波電路、開入濾波光隔電路、光隔電路輸出驅動、電源監視迴路。
7.根據權利要求3所述的發電機自動準同期實時監控系統，其特徵在於 所述系統還包括復位電路、顯示器、輸入單元、存儲器、時鐘電路、GPS模塊、串行通信ロ、監控計算機； 所述復位電路、顯示器、輸入單元、存儲器、時鐘電路、GPS模塊分別與處理單元連接；所述監控計算機通過串行通信ロ與處理單元連接。
全文摘要
本發明揭示了一種發電機自動準同期實時監控方法及系統，所述系統包括處理單元、信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路；所述信號輸入及變換電路、指示及控制輸出電路、防幹擾及電源監控電路分別與處理單元連接；所述信號輸入及變換電路用以將待並兩側的正弦波信號轉換為數位訊號；所述處理單元採用科學的方法對其進行計算處理，從而準確確定合閘輸出時刻；所述指示及控制輸出電路用以將輸出信號發送至發電機。本發明完全克服了模擬裝置的缺點，高精度計算頻差和相位差，以毫秒級的精度確定合閘提前時間。在兩側壓差合格，頻差合格，整定的導前時間與斷路器機械動作時間相吻合的情況下，可實現快速無衝擊合閘。
文檔編號H02J3/40GK102856929SQ20121010469
公開日2013年1月2日 申請日期2012年4月10日 優先權日2012年4月10日
發明者晉兆安 申請人:晉兆安