基于虚拟仪器的自动准同期实验装置

1、基于虚拟仪器的自动准同期实验装置本文来自工控商务网:自动准同期并列操作是电力系统屮频繁月重要的操作，本文基于熄拟仪器技 术实现自动准同期并列的电压、频率和相位三个条件，开发了一个实验装置，本 实验装置具有可视性好，操作灵活，并网精度高等特点。1引言在电力系统中，由于电网运行的需要，同步发电机、同步补偿机、同步电动 机经常投入或退出电网，将同步机投入电力系统并列运行的操作称为并列操作。 并列操作又分为准同期并列操作和自同期并列操作两种，准同期并列操作时冲击 电流可以很小，对电网不会产生大的扰动，对发电机组不会损伤，是发电厂和变 电所最广泛使用的同步方式。准同期并列装置又冇自动准同期装置和手动准同

2、期 装置两种。现有的自动准同期装置主要有基于mas系列单片机的自动准同期装置 1、基于dsp的自动准同期装置2、基于plc技术的自动准同期装置3。对 于电力专业的学生來说，实际进行并列操作很难。自动准同期实验装置能模拟并 列操作，基于门动准同期装置的基木原理，能模拟实际的一些操作，其中有zzq-5 型自动准同期实验箱，它能捉供模拟的系统电压及发电机电压，可调整模拟发电 机及系统的电压及频率，得到不同的电压及频率差，以满足发电机并列的要求条 件。该装置与发电机同期仿真测试仪共同使用，可模拟发电机的准同期并列。但 是现冇实验装置口j视性较差，操作不灵活，而且误操作会对实验装置造成故障。 用虚拟仪器

3、技术开发一套虚拟的动准同期实验装置能够弥补现有实验装置的 不足，具冇显示直观，并网精度高、操作灵活的特点。2自动准同期条件口动准同期条件是：待并发电机的电压和电网电压相同，频率相接近，在二 者的相位差为零的瞬间，控制发电机断路器主触头闭合，此时发电机将会平滑地 并入电网。准同期条件包括3部分：电压条件、频率条件和相位条件。相位条件 要求发电机的并网开关在相位差为零吋的瞬间闭合，但是开关闭合需要一定的吋 间，称为开关的闭合时间，也叫导前时间，所以合闸脉冲必须提前相应的时间发 出以确保准同期条件的耍求。因此口动准同期装置所要做的最重耍的事情就是根 据当前相位差和相位差的变化率来捕捉合闸脉冲的发出时

4、机。自动准同期条件所 规定的频率条件和电压条件对于这一捕捉过程有着重要的影响。首先，相位差的 变化率是由电网和发电机的频率差决定的，频率差越大，则相位差变化越快，显 然过人的频率差不利于合闸时机的捕捉。只冇在一定频率差下，相位差才能呈现 出周期性变化，所以频率差又不能为零。其次，电压条件决定了在相位差为零的 地方并网可能产生冲击的大小。理想情况是电压差为零，在此情况下，并网不会 有任何冲击;但是，要求发电机电压严格等于电网电压不仅不现实，而且也没必 要。只要将电压差控制在一定的范围内，则冲击的影响是可以接受的。在口动准同期实验装置中只要满足电压幅值差小于允许值，频率差小于允许 值，合闸相角差小

5、于允许值就可以实现并列操作。即au = ud=(ug-us)<u 式中ug为发电机电压，crs为系统电压，u仝为电压差允许值口a/' fd(7g a) < 了公式中为发电机频率,几为系统频率,尢为频率差允许值。 0a" = (0g _ 0s)< 0亦式中先为发电机相位,傀为系统相位,0盛为相位差允许值。3自动准同期实验装置的设计在电力系统的并列操作屮，其核心是对并列条件的判断，因此在对自动准同 期实验装置的设计中其重点也在于此4。其流程图如图1所示。开始图1流程图应用labview5-6软件来模拟发电机并列的过程，编制程序来完成对发电 机并列前三个条件的判断

6、，同时模拟显示出发电机并列的过程，使其能方便、直 观的模拟演示。木文设计的口动准同期实验装置的前面板如图2所示。口动准同期实验装置图2前面板自动准同期实验装置主要由五个部分组成，分别为电压有效值计算单元、频 率测量单元、电压有效值比较单元、频率比较单元和相角判断单元。3. 1电压有效值计算单元连续的电压正弦信号通过采集卡采集到计算机里，以数组形式储存，形成 个离散的信号。由式（5）可求得其电压有效值。z =厶+厶+厶）亠3. 2频率测量单元图3频率测试单元3.3电压有效值比较单元图4电压有效值比较单元在电压有效值和频率都能确定后，对并列条件的确定是该实验装置的重点环 节，其中电压有效值比较单元

7、如图4所示。在该单元屮，分别取得系统电压有效值和发电机电压有效值进行比较。设定 当发电机的电压冇效值与系统电压冇效值误差范围在±10v时为电压合格，发出 合格信号，当电压不在这个范围时，调节发电机励磁（在此设定每次调节发电机 电压升高或降低2v）,使其最终到达允许范围，为合闸做好准备。当电压不合 格时相应的指示灯点亮显示调节过程。频率比较单元的原理合电压有效值比较单元相同，只是条件不一样，设定在 发电机的频率与系统频率误差在土0. 5hz左右时满足合闸要求。当发电机频率不 满足要求时，对汽轮机进行调节（在此设定每次调节发电机频率上升或卜降 0. 1hz）,同样在调节过程中相应的指示灯点亮显示调节过程。3.4相角判断单元在相角判断单元中，将发电机和系统的电压波形分别转化成方波，如图5 所示，该方波表明了相角的变化，当方波脉冲最窄时表明相较差最小满足合闸要 求，在此刻当电压有效值和频率都满足条件的情况下，发电机发出并列信号，使 得发电机安全的并到系统电网上。系统方波发电机方波相角差1图5发电机和系统方波4结论本实验装置能很好的模拟发电机口动并列操作，在界面上能实时显示发电 机、系统电压、频率和相位的变化，以及在何种条件下能成功实现并列。用虚拟 仪器实现自动准同期实验装置，将很多需要