专利名称：一种发电机自动准同期实时监控方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明属于自动控制技术领域，涉及一种实时监控方法，尤其涉及一种发电机自动准同期实时监控方法；同时，本发明还涉及一种发电机 自动准同期实时监控系统。
背景技术：
准同期并列是将未投入系统的发电机加上励磁，并调节其电压和频率，在满足并列条件(即电压、频率、相位相同)时，将发电机投入系统，如果在理想情况下，使发电机的出口开关合闸，则在发电机定子回路中的环流将为零，这样不会产生电流和电磁力矩的冲击。这是准同期并列的最大优点。发电机准同期并列是电力系统一项非常重要的操作，在发电机投入系统并列运行的瞬间，往往伴随着电流冲击和功率冲击，并将引起并列点电网电压瞬时下降。如果操作错误，冲击电流过大，可能使机组的大轴扭曲及引起发电机的绕组变形、撕裂、绝缘损坏。严重的非同期并列会造成机组和电网事故，所以电力部门将并网自动化列为电力系统自动化的
一项重要任务。传统的手动同期操作相位误差较大，基于模拟电路的传统型准同期自动并网装置精度也不够高，自动调节过程较慢，装置要严格调试，定期校验。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种发电机自动准同期实时监控方法，可解决现有技术中的不足之处。此外，本发明还提供一种发电机自动准同期实时监控系统，可可解决现有技术中的不足之处。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种发电机自动准同期实时监控方法，将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号，然后通过处理单元对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻。作为本发明的一种优选方案，所述方法还包括对两侧信号进行频率和电压采样，经过数据处理后在显示器上显示，在两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的调节脉冲，并根据调节后发电机频率的变化量实现比例控制。一种发电机自动准同期实时监控系统，所述系统包括处理单元、信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路；所述信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路分别与处理单元连接；所述信号输入及变换电路用以将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号；所述处理单元对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻；所述指示及控制输出电路用以将输出信号发送至发电机。作为本发明的一种优选方案，所述信号输入及变换电路对两侧信号进行频率和电压采样，经过数据处理后可在显示器上显示；所述处理单元在两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的调节脉冲，并根据调节后发电机频率的变化量实现比例控制。
作为本发明的一种优选方案，所述信号输入及变换电路包括第一信号输入及变换模块、第二信号输入及变换模块；所述第一信号输入及变换模块包括第一同期电压切换单元、第一交流回路单元、第一过零比较单元、第一采样保持回路、第一频率测量回路；第一交流回路单元分别与第一同期电压切换单元、第一过零比较单元、第一采样保持回路连接，第一过零比较单元与第一频率测量回路连接；所述第二信号输入及变换模块包括第二同期电压切换单元、第二交流回路单元、第二过零比较单元、第二采样保持回路、第二频率测量回路；第二交流回路单元分别与第二同期电压切换单元、第二过零比较单元、第二采样保持回路连接，第二过零比较单元与第二频率测量回路连接；
所述信号输入及变换电路还包括依次连接的同期对象输入回路、滤波光隔电路、译码电路，译码电路与处理单元连接；所述指示及控制输出电路包括组合逻辑控制输出单元、第一光电隔离输出驱动单元、信号发送控制单元、调速控制单元、调压控制单元；第一光电隔离输出驱动单元分别与组合逻辑控制输出单元、信号发送控制单元、调速控制单元、调压控制单元连接；所述指示及控制输出电路还包括合闸逻辑控制输出单元、第二光电隔离输出驱动单元、合闸控制单元、同步逻辑控制输出单元；第二光电隔离输出驱动单元分别与合闸逻辑控制输出单元、合闸控制单元、同步逻辑控制输出单元连接；所述处理单元包括第一处理器、第二处理器；所述第一处理器连接第一采样保持回路、第一频率测量回路、译码电路、组合逻辑控制输出单元、合闸逻辑控制输出单元；第二处理器连接同步逻辑控制输出单元、第二采样保持回路、第二频率测量回路。作为本发明的一种优选方案，所述防干扰及电源监控电路用以防止外部信号对处理器的干扰以及对电源回路进行自身监控，包括交流滤波电路、开入滤波光隔电路、光隔电路输出驱动、电源监视回路。作为本发明的一种优选方案，所述系统还包括复位电路、显示器、输入单元、存储器、时钟电路、GPS模块、串行通信口、监控计算机；所述复位电路、显示器、输入单元、存储器、时钟电路、GPS模块分别与处理单元连接；所述监控计算机通过串行通信口与处理单元连接。本发明提出的发电机自动准同期实时监控方法及系统，其有益效果在于本发明是新一代微机型数字式自动并网装置，完全克服了模拟装置的缺点，高精度计算频差和相位差，以毫秒级的精度确定合闸提前时间。在两侧压差合格，频差合格，整定的导前时间与断路器机械动作时间相吻合的情况下，可实现快速无冲击合闸。本发明专用于各种类型发电厂发电机组与电网间并列、变电站母线与线路间并列。具有极好的人机界面，合闸速度快、精度高，安全可靠、性能稳定、操作简单、无需调试等优点，同时在并网过程中，对于系统电压过高或过低、系统频率过高或过低、机组电压过高或过低、机组频率过高或过低以及过励磁等，装置具有告警功能；同时提供与上位机的通信口，可方便实现装置的实时监控。此外，本发明具体具备如下优势I、本发明通过控制待并机组调速、调压实现频率和电压的自动跟踪，使频差、压差尽快地进入准同期允许范围内，在Θ = Θ dq = Λ ω · Tdq+Λ ω’ · Tdq2/2，即T = Tdq时发出合闸脉冲，实现快速并网。在同频不同相时，也能发出合适的调速脉冲以缩短并列过程。由于计及角速度(Λ ω)及角加速度(Λ ω’)，确保断路器合闸时Λ δ接近零。2、本发明具有过电压和欠电压保护、频率过高和频率过低保护功能。3、在系统与发电机出现同频不同相时，自动打破同频情况，实现发电机快速并网。4、本发明采用双硬件及软件组成的合闸命令，精确控制允许合闸角度范围，由微机电路精确计算零角度合闸时机，双重电路的设计保证装置合闸的可靠性和安全性。5、本发明可单独使用，也可与监控系统配合使用，实现远方遥控同期，通过与监控系统通讯，可进行定值读写、合闸报告以及合闸记录上送，接口为RS485方式，协议采用M0DBUS-RTU协议，波特率任定，一般为9600bit/s。装置除具有检同期功能外，还具备检无压(一侧无压或两侧无压)和单电源合环自动快速合闸功能。 6、本发明具有32*144点阵组成的汉字液晶屏菜单显示，便于监视及定值的设定与修改，装置掉电后，定值参数不会丢失。7、本发明具有同期合闸、事件记录功能，可将每一次同期合闸、事件瞬间的所有数据记录下来，最多可索引32条同期合闸历史记录。尤其每次并网后，能自动检测开关动作时间，便于导前时间的修正。8、本发明具有电压和角度软件定值补偿功能，无须配备转角变压器，即可实现角度补偿。9、本发明具有时钟功能，可实时显示时钟，并可以记录每次事件的发生时间。10、本发明具有GPS对时功能，接口为RS485方式，可与GPS时钟进行时钟同步。
图I为本发明发电机自动准同期实时监控系统的组成示意图。图2为同期实时监控系统在发电机并网过程中的应用示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一本发明揭示一种发电机自动准同期实时监控方法，所述方法包括将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号，然后通过处理单元采用科学的方法对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻。所述方法还包括对两侧信号进行频率和电压采样，经过数据处理后在显示器上显示，在两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的调节脉冲，并根据调节后发电机频率的变化量实现比例控制。请参阅图1，本发明同时揭示一种发电机自动准同期实时监控系统，所述系统包括处理单元、信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路；所述信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路分别与处理单元连接；所述信号输入及变换电路用以将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号；所述处理单元采用科学的方法对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻；所述指示及控制输出电路用以将输出信号发送至发电机。所述信号输入及变换电路对两侧信号进行频率和电压采样，经过数据处理后可在显示器上显示；所述处理单元在两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的调节脉冲，并根据调节后发电机频率的变化量实现比例控制。本实施例中，所述信号输入及变换电路包括第一信号输入及变换模块、第二信号输入及变换模块。所述第一信号输入及变换模块包括第一同期电压切换单元、第一交流回路单元、第一过零比较单元、第一采样保持回路、第一频率测量回路；第一交流回路单元分别与第一同期电压切换单元、第一过零比较单元、第一采样保持回路连接，第一过零比较单元与第一频率测量回路连接。所述第二信号输入及变换模块包括第二同期电压切换单元、第二交流回路单元、第二过零比较单元、第二采样保持回路、第二频率测量回路；第二交流回路单元分别与第二 同期电压切换单元、第二过零比较单元、第二采样保持回路连接，第二过零比较单元与第二频率测量回路连接。所述信号输入及变换电路还包括依次连接的同期对象输入回路、滤波光隔电路、译码电路，译码电路与处理单元连接。所述指示及控制输出电路包括组合逻辑控制输出单元、第一光电隔离输出驱动单元、信号发送控制单元、调速控制单元、调压控制单元；第一光电隔离输出驱动单元分别与组合逻辑控制输出单元、信号发送控制单元、调速控制单元、调压控制单元连接。所述指示及控制输出电路还包括合闸逻辑控制输出单元、第二光电隔离输出驱动单元、合闸控制单元、同步逻辑控制输出单元；第二光电隔离输出驱动单元分别与合闸逻辑控制输出单元、合闸控制单元、同步逻辑控制输出单元连接。本实施例中，所述处理单元包括第一处理器、第二处理器；所述第一处理器连接第一采样保持回路、第一频率测量回路、译码电路、组合逻辑控制输出单元、合闸逻辑控制输出单元；第二处理器连接同步逻辑控制输出单元、第二采样保持回路、第二频率测量回路。所述防干扰及电源监控电路用以防止外部信号对处理器的干扰以及对电源回路进行自身监控，包括交流滤波电路、开入滤波光隔电路、光隔电路输出驱动、电源监视回路。此外，所述系统还包括复位电路、显示器、输入单元、存储器、时钟电路、GPS模块、串行通信口、监控计算机；所述复位电路、显示器、输入单元、存储器、时钟电路、GPS模块分别与处理单元连接；所述监控计算机通过串行通信口与处理单元连接。请参阅图2，本发明揭示了同期装置在发电机并网过程中的应用过程。本装置的基本工作原理是先将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号，然后通过微机处理器采用科学的方法对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻。装置同时对两侧信号进行频率和电压采样，经过数据处理后可在LCD上显示，在两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的调节脉冲，并根据调节后发电机频率的变化量实现比例控制，从而达到快速逼近而无振荡的调节效果。整个装置以ST公司新一代32位单片机STM32为核心，配以信号输入及变换电路，参数设置及显示电路，指示及控制输出电路，防干扰及电源监控电路组成一个实时监控系统，参见原理框图。
综上所述，本发明提出的发电机自动准同期实时监控方法及系统，完全克服了模拟装置的缺点，高精度计算频差和相位差，以毫秒级的精度确定合闸提前时间。在两侧压差合格，频差合格，整定的导前时间与断路器机械动作时间相吻合的情况下，可实现快速无冲击合闸。本发明专用于各种类型发电厂发电机组与电网间并列、变电站母线与线路间并列。具有极好的人机界面，合闸速度快、精度高，安全可靠、性能稳定、操作简单、无需调试等优点，同时在并网过程中，对于系统电压过高或过低、系统频率过高或过低、机组电压过高或过低、机组频率过高或过低以及过励磁等，装置具有告警功能；同时提供与上位机的通信口，可方便实现装置的实时监控。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、 材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
权利要求
1.一种发电机自动准同期实时监控方法，其特征在于，所述方法包括 将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号，然后通过处理单元对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻。
2.根据权利要求I所述的发电机自动准同期实时监控方法，其特征在于 所述方法还包括对两侧信号进行频率和电压采样，经过数据处理后在显示器上显示，在两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的调节脉冲，井根据调节后发电机频率的变化量实现比例控制。
3.一种发电机自动准同期实时监控系统，其特征在于，所述系统包括处理单元、信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路； 所述信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路分别与处理单元连接； 所述信号输入及变换电路用以将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号； 所述处理単元对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻； 所述指示及控制输出电路用以将输出信号发送至发电机的各个控制部分以及需要并网的开关。
4.根据权利要求3所述的发电机自动准同期实时监控系统，其特征在于 所述信号输入及变换电路对两侧信号进行频率和电压采样，经过数据处理后可在显示器上显示； 所述处理単元在两侧频差不合格时，依照偏差量的大小，发出长短不同的调节脉冲，并根据调节后发电机频率的变化量实现比例控制。
5.根据权利要求3所述的发电机自动准同期实时监控系统，其特征在于 所述信号输入及变换电路包括第一信号输入及变换模块、第二信号输入及变换模块； 所述第一信号输入及变换模块包括第一同期电压切换单元、第一交流回路単元、第一过零比较单元、第一采样保持回路、第一频率测量回路；第一交流回路単元分别与第一同期电压切换单元、第一过零比较单元、第一采样保持回路连接，第一过零比较单元与第一频率測量回路连接； 所述第二信号输入及变换模块包括第二同期电压切换单元、第二交流回路単元、第二过零比较单元、第二采样保持回路、第二频率测量回路；第二交流回路単元分别与第二同期电压切换单元、第二过零比较单元、第二采样保持回路连接，第二过零比较单元与第二频率測量回路连接； 所述信号输入及变换电路还包括依次连接的同期对象输入回路、滤波光隔电路、译码电路，译码电路与处理单元连接； 所述指示及控制输出电路包括组合逻辑控制输出单元、第一光电隔离输出驱动单元、信号发送控制単元、调速控制単元、调压控制単元；第一光电隔离输出驱动单元分别与组合逻辑控制输出单元、信号发送控制単元、调速控制単元、调压控制单元连接； 所述指示及控制输出电路还包括合闸逻辑控制输出単元、第二光电隔离输出驱动单元、合闸控制単元、同步逻辑控制输出単元；第二光电隔离输出驱动单元分别与合闸逻辑控制输出单元、合闸控制単元、同步逻辑控制输出单元连接； 所述处理単元包括第一处理器、第二处理器；所述第一处理器连接第一采样保持回路、第一频率测量回路、译码电路、组合逻辑控制输出单元、合闸逻辑控制输出単元；第二处理器连接同步逻辑控制输出単元、第二采样保持回路、第二频率测量回路。
6.根据权利要求3所述的发电机自动准同期实时监控系统，其特征在于 所述防干扰及电源监控电路用以防止外部信号对处理器的干扰以及对电源回路进行自身监控，包括交流滤波电路、开入滤波光隔电路、光隔电路输出驱动、电源监视回路。
7.根据权利要求3所述的发电机自动准同期实时监控系统，其特征在于 所述系统还包括复位电路、显示器、输入单元、存储器、时钟电路、GPS模块、串行通信ロ、监控计算机； 所述复位电路、显示器、输入单元、存储器、时钟电路、GPS模块分别与处理单元连接；所述监控计算机通过串行通信ロ与处理单元连接。
全文摘要
本发明揭示了一种发电机自动准同期实时监控方法及系统，所述系统包括处理单元、信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路；所述信号输入及变换电路、指示及控制输出电路、防干扰及电源监控电路分别与处理单元连接；所述信号输入及变换电路用以将待并两侧的正弦波信号转换为数字信号；所述处理单元采用科学的方法对其进行计算处理，从而准确确定合闸输出时刻；所述指示及控制输出电路用以将输出信号发送至发电机。本发明完全克服了模拟装置的缺点，高精度计算频差和相位差，以毫秒级的精度确定合闸提前时间。在两侧压差合格，频差合格，整定的导前时间与断路器机械动作时间相吻合的情况下，可实现快速无冲击合闸。
文档编号H02J3/40GK102856929SQ20121010469
公开日2013年1月2日 申请日期2012年4月10日 优先权日2012年4月10日
发明者晋兆安 申请人:晋兆安