新型双微机自动准同期装置的设计
发布时间:2009-11-04 作者:商建锋
0 引 言
同期并列操作是电力系统中频繁而又重要的 操作,随着发电机单机容量的增加,并列操作所担 负的责任更加重大,对自动准同期装置的准确性 和可靠性有了更高要求。随着发电厂自动化程度 的提高,尤其是无人值班、少人值守的电厂对自动 准同期装置的通信功能也有了更高的要求。因 此,研究一种高性能、高可靠性、多功能、网络化的 自动准同期装置具有重要意义。本文介绍了一种 新型双微机自动准同期装置,该装置能够快速、准 确地实现发电机并列操作,不仅具有较高的可靠 性,及录波、数据存储功能,还具有友好的人机界 面和强大的通信功能。
1 设计原理
1. 1 准同期并列基本条件
(1) 待并发电机和系统相序相同。
(2) 待并发电机电压Ug 和系统测电压Us 之 差△U =ㄧUg - Usㄧ< 5%Us。
(3) 待并发电机频率fg 和系统测频率fs 之 差△f =ㄧfg - fsㄧ< 0. 5% fs。
(4) 在并列断路器主触头闭合瞬间,发电机 与系统电压相位差小于10°。
1. 2 待并发电机电压、频率调节方法
待并发电机的电压和频率的调节采用P ID控 制原理,实时跟踪发电机进行调节,以系统电压 (频率)为给定值,以发电机实际输出为反馈,通 过PID运算得出控制量,并生成变频变宽的调节 脉冲,控制发电机励磁调节器(调速器)进行增减 电压(频率) 。P ID算法的一般模型为:

式中: Kp ———比例增益;
TI ———积分时间常数;
TD ———微分时间常数;
u ( t) ———控制量;
e ( t) ———电压(频率)偏差值。
Kp、TI、TD 均可通过装置的人机界面进行修 改,对于不同机组的Kp、TI、TD 可通过试验确定。
1. 3 同期点预报原理
从同期装置发出合闸信号到断路器主触头闭 合需要经过一段时间,这段时间称为合闸导前时 间。因断路器的构造原理等的不同,合闸导前时 间的长短存在较大差异。本装置采用恒定导前时 间同期点预报原理,根据合闸导前时间和断路器 两侧电压的滑差变化率计算合闸导前相角,同期 装置在此导前相角发出合闸信号,合闸导前相角 计算公式为:

同期装置在进行本点δi 计算时,同时对下一 点的δi + 1进行预报,预测最佳合闸导前角是否介 于两者之间。在到达最佳合闸角时发出合闸信 号,确保断路器合闸瞬间两侧电压相角差接近于 零。
1. 4 同期合闸闭锁
非同期并列会对发电机和电网造成很大的冲 击,为确保系统安全稳定运行,同期装置需要采取 有效的合闸闭锁措施。本同期装置采用主、辅两 个控制单元,两个控制单元同时测量断路器两侧 的电压、频率和相位。其中,主控制单元根据电 压、频率的偏差调节发电机组的电压和频率,当电 压差、频率差和相位差都满足并列条件时,预报同 期点,发出合闸信号;辅控制单元监测压差、频率 差和相位差,当某个条件不满足并列要求时,发出 闭锁信号。主、辅控制单元输出的合闸信号相 “与”后有效,能够有效避免非同期并列。
2 硬件设计
同期装置具有主、辅两个控制单元,分别采用 独立的硬件设计,完全独立运行。控制单元以 dsP IC30F6014数字信号控制器(DSC)为控制核 心,采用非易失性铁电存储器存储同期参数和同 期数据,确保装置掉电后数据不丢失;高精度实时 时钟芯片,准确记录同期时刻; 192 ×128点阵中 文/图形液晶显示器和薄膜键盘,具有友好的人机 界面,以及RS2485、CAN和以太网三种通信方式。 硬件结构如图1所示。
3 dsPIC30F6014数字信号控制器
dsP IC30F6014 DSC是单片嵌入式控制器,它 集成了单片机(MCU)的控制功能以及数字信号 处理器(DSP)的计算能力和数据吞吐能力,运算 速度可达20和30 M IPS,配备自编程闪存,并能 在工业级温度和扩展级温度范围内工作。以16 位单片机为核心的dsPIC30F6014 DSC不仅具有 功能强大的外围设备和快速中断处理能力,还融 合了可管理高速计算活动的DSP功能。CPU 模 块采用16位(数据)改良的哈佛架构,并带有增 强型指令集包含对DSP的有力支持。CPU 拥有 24位指令字,指令字带有长度可变的操作码字 段。程序计数器( PC)为24位宽,可以寻址高达 4M ×24位的用户程序存储器空间。单周期指令 预取机制用来帮助维持吞吐量,并提供可预测的 执行。配备144 K字节增强型闪存及8 K字节静 态RAM, 8 K字节EEPROM,能支持大型的复杂应 用。dsP IC系列产品与现有嵌入式系统不同,系统集成了振荡器、低电压检测、看门狗定时器,产 品无需使用额外的元件,可降低主板面积和系统 成本,为嵌入式系统提供了单一芯片解决方案。 此外还具备一系列片上功能,包括I/O端口、定时 器、输入捕捉、输出比较、UART、12 位A /D 转换 器、SP I接口、I2 C接口及CAN通信等模块。