发电机组自动准同期并列参数测量

发电机组自动准同期并列参数测量
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。
电压交流采样过程示意图
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，···）；
unc、inc、uns、ins——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 uc、ic、us，、is、——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 ur、ir、ui、ii——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=φu-φi............................................(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5-1。
表5-1 电压周期采样值
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
0.766
0.985
0.94
0.643
0.174
-0.342
-0.766
-0.985
-0.94
-0.643
-0.174
0.342
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=（ur+jui）（ir -jii）....................... (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fc，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。
频率测量原理框图
若计数脉冲频率为fc，则所测交流电周期及频率为
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。
图3 相角差测量原理电路图
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δi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fc。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 ns——对应系统电压半个周期的数字量；
ni——对应电压相角差δi的数字量。
分析δi的变化过程，并将δi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
相位差数字转换示意图
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6 相角差变化轨迹曲线图

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