微机准同期并网合闸分析研究（附外文文献及翻译）

1、微机准同期并网合闸分析研究（附外文文献及翻译） 浙 江 科 技 学 院 本科学生毕业设计（论文）题 目 微机准同期并网合闸分析研究 系 别 自动化与电气工程学院 专业班级 自动化 姓 名 王芳 学 号 20241007 指导教师 周国平 职 称 副 教 授 二零零六 年 六 月 九 日摘 要依据电压差和频率差在允许范围内，跟踪相位差，预测最佳合闸角，在导前时间，发出合闸命令，瞬间发电机和电网的相位差为0，实现发电机同期并网。采用PIC16F77单片机进行控制，设计一种准同期控制器，通过电压和频率参数调节（升压降压和升速降速）达到相位差寻优并合闸。使用准同期控制器，可以有效防止冲击电流，防止机组

2、受损，提高并网的速度和精度，它可靠的性能，强大的功能，将给水力发电带来更多经济效益。关键词：相位差、导前时间、准同期、电压差、频率差。Abstract:Suppose that voltage difference and frequency difference lie in a permitted range, the phase difference must be tracked in order to forecast the best switching on angle. At the moment of the forward time, release the command

3、 of switching on and meanwhile the phase difference between dynamo and electric net is 0. Thus, we realize dynamo synchronous incorporating in the power network. We use PIC16F77 as CPU to control the whole process and also, we try to design a preparative and synchronous controller via voltage and fr

4、equency parameters adjustment increase or decrease the voltage and increase or decrease the speed . So that we can switch on when the phase difference is the best.The preparative and synchronous controller can effectively avoid dash current and machine group damage. Moreover, it can advance the spee

5、d and precision of incorporating in the power network. Its reliability in capability and strength in function will bring more economic benefit to waterpower industry.Key words: Phase difference、forward time、preparative and synchronous、voltage difference、frequency difference.目录摘要 1 引言 1.1目前状况 1.2 传统的

6、装置和操作方法 1.3 出现的问题 1.4 问题如何解决 2 本次设计构思 2.1 同期并网条件 2.2 电压控制 2.3 频率控制 2.4 相位控制 3 硬件设计 3.1 差频并网条件分析 3.2 装置部分结构原理 3.3 具体配置 3.4 组成单元 3.5 角频差检测 3.6 部分电路分析 4 软件设计 4.1 流程框图 4.2 电压、频率控制 4.3 相位控制 4.4 中断 5 干扰及预防、保护 5.1 干扰的来源 5.2 抗干扰措施 5.3 装置保护 6 小结 致谢 参考文献 附录1英文翻译原文 附录2英文资料翻译 1 引言1.1 目前状况如今，电力系统规模的日益扩大，系统运行变化越来

7、越频繁，发电机与电网的并列操作就成为系统中的一个重要环节。这里的并列就是指同步发电机投入电力系统并列运行的操作。 1.2 传统的装置和操作方法传统的同期装置已经不再适应于现代电力系统的并网操作的需要。它存在许多先天不足和缺陷，主要表现在：导前时间不稳定； 构成装置元器件参数飘移不稳定；同步操作速度很慢； 同频并网时所表现的问题更突出。传统的方法是操作人员根据并列原则按频率表、同步指示器进行判断或利用模拟式准同期并列装置实现准同期并列操作，其中操作人员的经验和对合闸时机的捕捉是并列操作的关键。1.3 问题操作人员在操作中，难免会引起操作不当或误操作,这都会在断路器处产生极大的冲击电流，对系统产生

8、扰动，甚至并列失败。并网过程中出现的压差将导致无功性质的冲击，频差将导致有功性质的冲击，而相差则同时包含这两类性质的冲击。特别要强调的是，相差的出现，不论是发电机对系统或是系统对系统并网，这种功率交换都有相当承受力，因此，相差这一指标要严格控制。考虑到并网速度要快，所以压差和频差的限制不能太严。而并网时，相位差的存在将会导致机组的损伤甚至系统的崩溃，诱发后果更为严重的次同步谐振 扭振 。因此，既要把压差和频差限制适当，又要把相位差控制得当，同时又不能影响并网速度，这样一来，合闸时机的捕捉就显得十分重要。1.4 问题解决针对如上问题，我们想用单片机来控制并列操作。对于第1个条件，可以自动调节导水

9、叶使其满足，对于第2个条件可以通过调节励磁电流使其满足。现在最主要的，是着手于如何自动跟踪相位在相位差最小时并网。按恒定超前时间准同期自动并列原则，实现合闸时机自动捕捉的设计与研究。通过设计研究,我们想达到如下目的: 1 可以通过描述数学模型进行求解来解决导前时间问题，均频均压控制问题，捕捉第一次并网时机等问题。 2 不会再因元件老化，环境温度、湿度变化引起特性漂移。 3 在差频并网时，有均频均压控制，若发电机并网过程中出现同频状态时，装置会自动给出加速命令，摆脱同频状态，确保快速稳定地并网。2 设计构思2.1 同期并网条件从原理出发,为了能使同步发电机与电网同期并列，必须满足条件：当压差、频

10、差在允许值范围内且相位差为零。具体表现为下列3个条件：待并发电机电压与电网电压的电压差应小于允许值；待并发电机电压频率与电网电压频率的频率差应小于允许值；在并列短路器主触头闭合瞬间，发电机电压与电网电压的相位差应小于允许值。2.2 电压控制利用单片机控制技术实时采集发电机和电网的并列所需信息，并对待并发电机的电势作出自动调节，使得发电机与电网的电压幅值差满足并列条件。2.3 频率控制利用单片机控制技术实时采集发电机和电网的并列所需信息，并对待并发电机的频率作出自动调节，使得发电机与电网的频率差满足并列条件。2.4 相位控制要想相位得到很好的控制，就必须快速捕捉合闸时机。更确切地讲，应在压差及频

11、压满足要求时捕获第一次出现的零相差将发电机并人电网。拿脉动电势来做例子，如图：当脉动电压 0时，前面有一段超前时间，对应的角频率是（i 1,2,3）。我们的目标就是要在 0的前时刻发出合闸指令，实现准同期自动并列操作。由于 ×，当为定值时，发出合闸脉冲时的超前相角与成正比。理论上，恒定超前时间的准同期并列可使合闸相角 0，实际上由于出口继电器的动作时间、断路器动作时间存在分散性，因而并列时难免具有合闸相角误差，这就使并列时的允许滑差角频率受到限制。3 硬件设计按并列系统之间的关系来分，并网方式有差频并网方式和同频并网方式两种。我们本次设计研究的是差频并网方式。3.1 差频并网条件分析

12、差频并网的电压相量，如左下图：并列前，断路器两侧电压为：发电机侧电压： sin ×t + （*3）系统侧电压： sin ×t + （*4）其中：是待并发电机的电压幅值；是运行系统的电压幅值；是断路器待并发电机侧的电压；断路器运行系统侧电压；是待并发电机的角频率；是运行系统的角频率；是待并发电机电压的初相角；是运行系统电压的初相角。 如右上方电压相量分析知，断路器并列的理想条件是： 1 两电压幅值相等，即； 2 两电压角频率相等，即 ；或两电压频率相等，即 ； 3 合闸瞬问的相角差为零，即 0°。如果能同时满足上述三个条件，意味着断路器DL两侧电压相量重合且没有相对

13、运动，此时电压差Ud 0，冲击电流 0，发电机与系统立即同步运行，不发生任何扰动。如果真的出现 ，两电压相对静止，就无法实现 0°。所以，说角频率相等，其实是说相对近似相等。3.2 装置部分结构原理设计中，用A/D采样发电机和电网电压的幅值，用到比较器LM339，把发电机和电网的交流电压信号变换为与它们同频率的方波信号，然后将这两个方波信号进行异或，异或输出信号的宽度反映了两交流信号相角差的变化情况。如图：图中上端为电网电压，下端为发电机电压。在电源附近，通过两个反并联的二级管整流，把正弦波变为方波，同时起到降压、保护电路的作用。如图：将和整流得到如图：和再进行异或得到如图：LM33

14、9是4脚电压比较器，对输入电压分析比较。74LS86是2输入的异或门，将两电压数值进行异或运算。INTX是单片机上的中断引脚。对上面提到的整流思路，在这里再强调细入一些。通过数据采集获取滑差角频率和导前相角的数字量。如图：其中，S表示系统电压方波，G表示待并发电机电压方波， S和G的异或，脉冲序列反映了相角差。 G+S。并列前，由于频差的存在，S和G的电压不断相对运动着。当它们的相角差值达到最大 180° 时，总是发生在周期长的那个电压的半周完全反相覆盖周期短的那个电压半周的时段里；当它们的相角差值达到最小 0° 时，总是发生在两电压的半周同向覆盖的时段里。把图再放大些,如

15、图:当在O内时， 的脉冲上跳沿一定与、中频率较高者的前沿或后沿相对应，且是交替对应；当在2内时，的脉冲上跳沿一定与、中频率较低者的前沿或后沿相对应，且是交替对应。因此这条可以用来判断频差方向。可以看出：1. 的频率是S或G的频率的2倍；2. 只有当S和G同频同相时，的脉宽才能为0；3. 当相角从0°向180°变化时，脉宽由最窄变到最宽，且最宽的宽度恰为S和G中频率较高的脉宽的宽度；当相角从180°向0°变化时，脉宽由最宽变到最窄，且最窄的宽度恰为S和G中（频率较高的脉宽-频率较低的宽度）/2，此时近似为0。因此，任意时刻的相角差为：当相角从0°

16、向180°变化时， ×比如： × （*5） × （*6）当相角从180°向0°（360°）变化时， ×比如： × （*7） × （*8）4. 当S和G同频不同相时，的脉宽是定值。上面第4点尤其要引起我们注意，同频不同相这种情况要尽量避免。频差存在上下限，上限可以通过参数来规定，而下限可以通过实验来确定。装置PCB版图（总原理图），如图：3.3 具体配置频率差条件和电压差条件的创造，是准同期控制器、原动机调速器和自动励磁调节器3个自动装置协同完成的 。微机自动准同期控制器的硬件框图。如图：微机自动

17、准同期控制器的硬件框图微机自动准同期控制器由输入通道、微机系统和输出通道3部分组成。本次设计以微芯PIC16F77为CPU。中间部分主要由CPU、存储器（RAM和ROM）、定时计数器、AD、I0接口等环节组成，它是准同期控制器的核心。输入通道的任务是为微机提供准同期条件的各种信息，主要有电压 发电机电压和电网电压 变送器和频率 发电机频率和电网频率 传感器，微机借助它们，可以检测到发电机电压和频率、电网电压和频率以及断路器两侧电压相量的相位差。输出通道的任务是输出均频、均压脉冲和合闸脉冲，实现均频均压和合闸并列的目的。 CPU我们选用的是微芯公司的8位CMOS高速闪存微处理器PIC16F77。

18、有1路输入，1路输出，有5个I/O端口，2块脉宽调制模块PWM。本次设计具体如下图：其中，是发电机电压，是系统电压，是发电机出口电压互感器，是系统母线电压互感器。自动励磁 存储部分装置采用串行E2PROM 来存储定值。 输入部分输入部分带有互感器，有8路输入通道的A/D转换器，可提高AD转换精度，从而提高了装置本身的数据精度。 显示部分采用6位数码管显示。如图：数码管显示假如想显示360°的相位，则在上图中同期点右半边再画5个小圆圈。形成闭合的圆。3.4 组成单元自动准同期控制器有3个基本单元组成：均压控制单元；均频控制单元；合闸控制单元。如图：3个基本单元组成控制器的主要输入信号有

19、：断路器电网侧a、b相电压和 ；断路器发电机侧a、b相电压和，一般将和短接后接地。控制器的主要输出信号有：加速和减速；升压和降压；合闸。 控制方法（1）压差控制：单片机系统将交直流转换电路送来的直流电压和经AD转换后进行比较，若-值大于压差整定值，则发升压调整脉冲；若-值小于压差整定值，则发降压调整脉冲。一般需进行多次调整，直至|-|值小于或等于压差整定值为止。至于详细的测量电路请见。（2）频差控制：按整步电压半周期整定，单片机在矩形整步电压下降沿到上升沿期间，测得整步电压半周期 2 。若2小于整定值，则说明频差太大，需进行调整。这时，单片机分别由周期脉冲和 测得电网和发电机电压的周期和，进行

20、频差方向辨别。若大于，则发减速调整脉冲，若小于，则发增速调整脉冲。一般需进行多次调整，直至2大于或等于整定值。（3）合闸脉冲发出和终止时间的确定当同时满足前面的（1）、（2）之后，单片机再经2 - 为超前时间 后开始发合闸脉冲，在下降沿再次来临时终止合闸脉冲。 3个基本单元的作用由上述控制方法的分析可以得出：均压控制单元的作用是：在电压差条件不满足时尽快创造满足条件的电压条件。均压 升压和降压 脉冲被送往自动励磁调节器，用以调整励磁调节器的机端电压给定值。均频控制单元的作用是：当频率差条件不满足时，创造满足条件的频率条件，均频（加速和减速），使发电机频率 转速 向系统频率靠近，进而满足频率差条

21、件。合闸控制单元的作用是：检测准同期条件 电压差，频率差和相位差 ，当电压差和频差条件均满足时，选择合适时机 相位差等于超前相角 发出合闸命令； 当电压差和频差条件不满足时，闭锁合闸。如图：只有当“电压差不允许”和“频率差不允许”同时都 0时，经或非门出来是1，而只有当“超前时间信号” 1时，经与门出来 1，才能实现合闸。换句话说，电压差和频率差都是允许存在的，只要在一定的允许范围内，关键在于超前时间信号是否为1，只要为1，就能合闸。3.5 角频差检测角频差 2×（- ） 2×（-），因为 ， , 是时钟脉冲频率，是系统脉宽数字量，是发电机脉宽数字量 。即： ×&

22、#215;频率变化率 ×3.6 部分电路分析 电压测量电路需要说明的是，本次设计没有用到外接的A/D转换器，因为PIC16F77自带有A/D转换模块。下面举例来说明测量电压的电路，（仅供参考），例子中用到了A/D转换器TLC2543CN。如图：系统和发电机PT电压经过100V/5V的降压变压器，接着进行全波整流和平均值滤波，变成支流信号，然后通过分压送入A/D转换芯片（TLC2543CN）的两个通道，经A/D转换后，单片机分时从A/D读出转换结果。TLC2543CN是12位的A/D转换器，如图：TLC2543CN芯片图它有AIN0到AIN10共11个模拟输入通道，对微处理器提供串行外

23、设接口（SPI）。通过输入8位的控制字进行通道选择以及决定输出数据的格式。TLC2543的SPI是标准的串行外设接口，它包括4条信号线：，DI，DO和CLK。是片选端，低电平有效，DI（DATA INPUT）是控制字输入端，DO（DATA OUTPUT）是转换结果的输出端，CLK是串行输入输出的时钟信号端。本例还可能会用到可编程逻辑器件EPM7128。在EPM7128中，专门设计了两个D锁存器和两个三态门，单片机用数据总线和地址译码器的输出，通过这些锁存器和三态门间接实现了与TLC2543CN的SPI的连线。单片机通过软件编程模拟A/D的串行读写时序。每当单片机向A/D输入控制字时，上一次A/

24、D转换的结果同时输出。装置用TLC2543CN的12位数据格式串行读写的时序图，如图：12位数据格式串行读写时序图开始时，单片机通过数据线D0给D触发器（接）送0，选通TLC2543CN，然后发送控制字并读取转换结果。单片机发送控制字的方法是使用了MOVX指令模拟时序，比如要给DI引脚送高电平，会用到下面的程序段：MOV DPTR，#ADCLOCK ；D触发器的端口地址MOV A，#xxxxxx10B ；x表示无关位MOVX DPTR，A ；完成写1操作TL431是一个三端的可调电压基准，它内部有一个标准2.5V的基准源，可以通过外部电阻分压器将基准电压配置为2.5V到36V之间的某电压值。本

25、装置采用它给TLC2543CN提供基准电压。电压测量电路中D0、D1、D5、D6都是指单片机数据总线，ADCLOCK、ADCCLK及VOL都来自可编程逻辑器件中的地址译码器输出。RESET是复位信号，在系统上电或复位的时候，将置为无效，并给DI清零。 相位差测量电路需要说明的是，设计中没有用到光电耦合的原理，而是用到了精密互感器HKPT31C。它的作用是隔离电压，确保电路安全可靠。下面举例来说明测量相位的电路，（仅供参考），例子中用到了光电耦合。如图：电网和发电机频率信号首先经过光电耦合，由正弦波转换为方波，再经74HC14（带史密特触发器的反向器）整形，然后进行鉴相。所谓鉴相就是产生与两个信

26、号相位差成比例的输出电压。鉴相器是半异或门（取反后和相与即：），发电机和电网的输入信号（方波）经过鉴相得到PH，与计数器的门控端Gate相连，通过计数器来测量PH的高电平时间，测量结果转化为角度即为所测相位差。 复位电路需要说明的是，本次设计没有用到外接的复位芯片，因为PIC16F77自带有上电复位POR和省电复位BOR（提高功率定时器PWRT、振荡器启动定时器OST）。下面举例来说明复位电路，（仅供参考），例子中用到了复位芯片IMP813。如图：IMP813是微处理器的监控芯片，它具有上电复位，电压监控和看门狗（WD）的功能。ZT-2装置使用IMP813配合一些外围电路实现了上电复位、远程复

27、位、面板复位以及看门狗复位。信号RESET接单片机的RESET引脚。如图：IMP813芯片系统上电时，由于IMP813自带了复位发生器，它会自动发出200ms宽度的复位脉冲，实现上电复位。RST0和RST1端接到装置后面板的“复位”端子实现远程复位，面板复位由前面板的“复位”按键实现，当RST0和RST1短接或者“复位”按键按下时，INTRST变低电平。图中，IMP813的MR是强制复位端，只要它一变低，RESET端就会发出高电平复位脉冲。WDI是看门狗计数器清零端，若它在1.6秒内未接到单片机发出的清零脉冲，片内计数器就会溢出，在WDO端发出低电平，通过74HC14反向使NPN三极管导通，I

28、NTRST被拉低。INTRST的低电平使得IMP813的MR被拉低，导致RESET发出复位脉冲。远程复位、面板按键复位通过NPN三极管组成线与逻辑，只要有一路是低电平，INTRST变低，就会使装置系统复位。 相位差显示电路为了让用户在合闸过程中能够直接观察到相位差的变化，我们想设计一种相位差显示电路。下面举例来说明复位电路，（仅供参考），例子中用到了74HC154（4-16译码器）、锁存器74HC273、74HC74（D触发器）等。如图：30个发光二极管排成圆形来指示相位差的大小，发光二极管的位置代表相位差的角度。其中，左上角正上方的发光二极管D1表示相位差为0度的位置，左上角正下方的发光二极

29、管D30表示相位差为180度的位置，每两个相邻发光二极管代表360÷30 12度的相差。4-16译码器输出接发光二极管的阴极，输入来自锁存器74HC273。4-16译码器和74HC273锁存器，如图：4-16译码器和74HC273锁存器不难发现，其实74HC273它自身内部也带有8个D触发器。作为一个I/O端口，74HC273提供给单片机的接口，接收单片机发出的发光二极管的位置编码。单片机测量相位差，并将测量值转化为相位表的位置编码。74HC74（D触发器）用于判断电网频率信号和发电机频率信号的相位差的极性。如图：74HC74芯片和相位差极性判别时序，如图：和相位差极性判别时序输出信

30、号RIGHT和LEFT控制相位差表的旋转方向。它们是由74HC74的Q和经74HC04反向驱动后产生的，输出接到相位表中的发光二极管的阳极。当LEFT为高电平时，允许相位表左半部分的小灯亮，表示超前；当RIGHT为高电平时，允许相位表右半部分的小灯亮，表示滞后。由此也可判定，当相位表顺时针旋转时表示，当相位表逆时针旋转时表示。4 软件设计4.1 流程框图我们用模块化结构来实现软件设计。首先给出总的实现合闸的程序流程框图：程序流程框图4.2 电压、频率控制 算法模型 均频均压控制算法依据模糊数学，将获取的被控量偏差及其变化率作出模糊控制决策。捕捉第一次出现的并网时机是实现快速并网的一项有效措施。

31、而用良好控制品质的算法实施均频与均压控制，促成频差与压差尽快达到给定值也是一项重要措施。微机自动准同期装置使用了模糊控制算法，其表达式为U g E，C （*2）其中，U为控制量，E为被控量对给定值的偏差，C为被控量偏差的变化率，g为模糊控制算法。具体规则见下表：模糊控制规则表CE正大正中正小正零负零负小负中负大正大零零负中负中负大负大负大负大正中正小零负小负小负中负中负大负大正小正中正小零零负小负小负中负大零正中正中正小零零负小负中负中负小正大正中正小正小零零负小负中负中正大正大正中正中正小正小零负小负大正大正大正大正大正中正中零零表中将偏差E的模糊值分成正大到负大共8档，将偏差变化率C的模糊

32、值分成正大到负大共7档，对应的控制器发出的控制量U的模糊值就有7×8 56个。学过模糊控制理论，就知道，可以通过模糊控制语言来实现上述功能。当频差 - （、分别为电网和发电机角频率）为正中，频差变化率为负小时，则控制量U为正中。可以套用语句格式：If A and B, then C。即：If - “正中”and “负小”, then U “正中”。这表明：尽管发电机的频率比电网频率低，但发电机正在朝着频率变大的方向变化，到一定时间，发电机频率就能恢复到正常值。4.3 相位控制在发电机和电网的电压差、频率差都满足并列条件的前提下，根据异或信号宽度 这个宽度是在变化的，但具有一定的规律

33、，计算两信号的相角差预测将要到来的合闸时机 合闸时刻相角差小于允许值 ，并在合闸时机到来之前一定时刻，发出合闸信号。 算法模型合闸提前角算法发电机对系统差频并网时，发电机组的转速在调速器的作用下不断变化，前面说过,这个差频是有规律的变化着的。经过分析，发现这个频差是包含有一阶、二阶或更高阶的导数，而且并列点断路器还有一个固有的合闸时间（导前时间）。因此同期装置必须在零相位差出现前的时刻发出合闸命令，才能确保在 0°时实现并网。或者说同期装置应在 0°到来之前提前一个角度发出合闸命令。与断路器合闸时间、频差（滑差角频率）、频差的一阶导数及频差的二阶导数等有关。其数学表达式为：

34、 ×+××+××+ （*1）假设3次方以上因式忽略不计，即： ×+××则（*1）解得： - +，其中 。同期装置在并网过程中需要不断地快速求解微分方程（*1），以获取当前的理想提前合闸角，并不断地快速测量当前并列点断路器两侧的实际相差，当满足要求时装置发出合闸指令，实现精确的零相位差并网。因此，获得精确的断路器合闸时间 包含中间断电器 是非常重要的。由于计算机对的计算和对的测量都是离散进行的，使得我们不一定能恰好捕获 的时机，所以这又对并网的快速性提出了更高的要求。4.4 中断准同期装置的执行，需要5个中断服务程序

35、来完成。 外部中断INT0外部中断INT0由电网频率信号（二分频）触发。因为电网频率比较稳定，所以该中断几乎是按固定时间间隔（大约40ms）触发的，该时间间隔作为系统的采样周期T。中断程序结构流程图，如下：INT0中断服务程序完成很多处理任务，主要有：完成电网频率的测量以及电网、发电机PT电压的测量；读取测量结果，并对其进行数字滤波和异常分析；判断频率和电压是否满足准同期条件，如果不满足，则发出均频或均压控制命令；在频率和电压满足准同期条件时，计算相位差的变化率，利用线形捕捉相原理捕捉合闸点，进行误差校正，最后发出合闸命令 外部中断INT1由发电机频率信号（二分频）触发。完成发电机频率的测量，

36、读取测量结果，并对测量值进行数字滤波和异常分析等功能。程序流程图，如图： 外部中断T1单片机定时/计数器中断T1扩展成一个外部中断，由相位差信号触发。用于完成对电网和发电机相位差的测量，以及读取测量结果，并驱动相位差表进行显示。程序流程图，如图： 定时器中断T0T0中断服务程序是一个底层程序，它由均频、均压、合闸和显示等处理模块组成，实现1ms的定时。T0中断服务程序接收其他中断服务程序和主程序给它发送的各种控制命令和显示代码，由它独立地完成控制输出和显示刷新。T0完成各种控制作用主要是通过给各种软件定时器提供1ms定时时钟，T0中断服务程序中的均频、均压和合闸处理模块在这个统一的时钟下，根据

37、各自的软件定时器的状态输出控制脉冲。另外，T0的定时中断还完成显示器的动态刷新。显示程序模块每次扫描显示缓冲区的一个字节，用其中的显示索引值查表取得段码和位地址，发送给显示驱动器件7219。最后，T0中断还作为软件看门狗的时钟，对装置的运行状态进行实时监测。程序流程图，如图： 串行口中断接收PC机的命令，装入接收缓冲区，或者将发送缓冲区的内容向PC机发送。该功能被用来对装置进行调试和校验。5 干扰及保护在1.4中，曾说到过，我们的主要目的是如何自动跟踪相位在相位差最小时并网。其实当装置完成设计时，我们会发现，它还有许多地方需要改进。比如，抗干扰能力方面。首先来分析一下干扰的来源。5.1 干扰的

38、来源形形色色的干扰，可以来自于（1）电源干扰；（2）输入线路干扰；（3）空间干扰等。 电源干扰电源干扰来自于供电网络的用电设备，如负载改变引起的电压值波动；开关、可控硅整流器的闭、合触点冲击等。路干扰PT输入回路引入的干扰主要是谐波干扰和尖峰干扰。谐波干扰主要是指三次谐波。尖峰干扰会造成整形回路中光电耦合的误导通，因此必须对PT信号中的尖峰干扰进行抑制。 空间干扰空间干扰有电磁干扰和噪声干扰两种。电磁干扰分布电容。噪声干扰是指仪器中元件的物理噪声产生的干扰，主要对小信号产生影响。而对本设备影响最大的空间干扰来自于装置内部的输出继电器和开关电源。当继电器触头拉弧时，会产生大量强干扰，影响装置运行

39、。而开关电源工作在较高的开关频率下，这会向环境放射干扰。因此必须对空间干扰进行抑制。5.2 抗干扰措施 硬件抗干扰1 电源干扰抑制在采用开关电源的准同期装置中，电压输出纹波很厉害，对外部环境产生很大电磁干扰，因此可在开关电源内部装稳压块来抑制纹波。但另一方面它能适应比较大的电网波动，而且输入和输出可以实现隔离，对电网的谐波和尖峰干扰有很好的抵御能力。假如要使效果更明显，则可以在开关电源的输入侧并上电源滤波器，能更有效消除正弦波的尖峰干扰和对地的共模干扰。2 输入线路干扰抑制在PT信号输入回路中并联电源滤波器对于抑制尖峰的影响很显著。或者对输入的PT信号进行屏蔽和隔离也可以。在电压测量输入回路中

40、，可以用RC滤波电路来抑制谐波干扰。在频率测量输入回路中，可以用光电耦合将正弦波变成方波，抑制模拟和数字电路之间的干扰。3 空间干扰抑制对空间干扰最有效的抑制办法就是屏蔽。所以必须对开关电源进行屏蔽，具体做法是尽可能的将装置的外壳靠地。4 其他抑制干扰的方法除此之外，还可以用看门狗、PCB工艺等来抑制形形色色的干扰。 软件抗干扰一种可以瞬间报警来防止随机因素造成装置异常的思想方法，称之为容错设计。它会检测并累计异常时间，等到超出允许值时，会认定为异常。另外，可以通过按键的抗抖动来实现。硬件上可以，软件上也可以，只要采用延时判断的思想，即：判断按下键后内的20ms内，键有没有弹起来，如没有，则为

41、按下，否则，为抖动。数字滤波也行得通，可以消除周期性干扰。5.3 装置保护装置保护包括：免受过压、过流损害，以及额外的维护保养。电容击穿，会引起电源短路问题，如果要保护电源以免短路的话，可采用开关电源，在发生短路时，它会自动切断电源；或在电源输入侧加保险丝，通过熔断电流来保护电路。如果要防止信号输入回路的过压过流情况，可以串接入限流电阻或压敏电阻来防止过大的电流或电压。如要限制频率，则可以安装监测设备，随时监控发电机和电网的频率，一有异常就报警。6 小结如今，在电力系统中，同步发电机的并列操作是经常进行的。为了保证安全快速地将同步发电机并入电网，使用准同期控制器将大大提高并网的速度和精度。这对

42、于传统的方法来说，不能不说是一次巨大的进步。特别是如今科学技术的突飞猛进，微机的应用领域已经远远突破了它原有的范围，向着各个智能化控制的方方面面发展，同期并网就是一个很好的例子。我们可以清楚的看到，正是利用了微机的高速检测、运算、判断和控制的能力，才使得更多的项目成果造福于人类。所以说，不断改进和研制同步发电机并列的新装置，将使我们国家的电力事业更加兴旺发达。接下来谈谈自己的体会吧：看着自己临近收工的毕业论文，心中有百味想表达。回首2月份时，周老师带我们去杭州西湖电力电子技术有限公司参观，通过和老总的交谈，我们对公司的整体情况有了了解。3月份，便正式开始了我们的设计生涯。其间，我们每隔一定的时

43、间，就去公司认识学习，而且是很认真，很用心的看和学。学习过程中，难免会遇到各种各样的问题，不怕，发现问题是好事，我们将问题集中，拿回来，大家共同探讨。将网络资源充分利用，各种芯片引脚，不懂就上网查。再不能解决的问题，我们和周老师一起研究。总之，两人小组的学习气氛煞是浓厚。记得在画准同期控制器的平面原理图时，首先要将其画在白纸上，我用铅笔很小心地画，由于PCB印刷电路的线路走向不是很清晰，这使得我在画的过程中，遇到了很多麻烦，但不管怎样的困难，我们也把它扛下来了。至今我仍记得，草图完工时，我脸上喜悦的表情。接下来的Protel99SE制图，也是大家奋斗的结果。毕业设计，不仅是专业技能的延伸，而且

44、也为勇于克服困难开辟了途径。我相信：工夫不负有心人，一份耕耘，一份收获！致谢本篇论文是在周老师的悉心指导下完成的。在研究的过程中，我亲历了产品结构研究、性能功能分析、原理制图、资料查找、程序学习等一系列环节。每一环节的接触，我都对专业知识的应用领域有了递进的认识，能将本专业的原理和应用相结合，使得产品由内部到外部、由功能原理到具体实现变得明朗化。另外，学习中，既动脑又动手，培养了自己分析和解决问题的能力，这点不光是在学习上，在今后踏上社会后自己独立生活也是相当重要的。周老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。在此谨向周老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。同时要

45、感谢在设计过程中，给予我支持和帮助的章浙根老师和周平老师，是因为你们，才让我感受到每一个问号的打开，是一种知识的滋润。我还要感谢在一起愉快的度过毕业论文小组的同学，正是由于你的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直到论文的顺利完成。 最后，再次对关心、帮助我的老师和同学表示衷心地感谢！参考文献1PTQ2000A1微机准同期控制器使用说明书.深圳旭振电气技术有限公司2 PROTEL99SE使用教程. M.机械工业出版社3MICROCHIP公司PIC16F77芯片英文原版资料4杨冠城.电力系统自动化原理. M.115张文革.微机型自动准同期装置在电力系统中的应用.J.技术交流 20036

46、余永权.世界流行单片机技术手册美国系列M.北京：北京航空航天大学出版社 2004 7纪宗南.单片机外围器件实用手册输入输出分册M.北京：北京航空航天大学出版社 1998 8ULN2003AN，X5043P，UC3842BN，LM311P，LM324N等芯片的英文PDF资料 9李俊霞.一种微机型自动准同期装置J.继.15附录1 英文翻译原文附录2 英文资料翻译微芯公司 PIC16F77单片机介绍28/40针，8位CMOS闪式微处理器微处理器的核心特点：高性能精简指令集计算机CPU只需学习35条单字指令除了程序分支结构是双循环指令，其他都是单循环指令运行速度：直流-20MHz 时钟输入直流-200

47、ns 指令循环闪存容量大到8K×14个单字数据存储器（RAM）容量大到368×8个字节针脚输出和PIC16F77兼容中断能力（有12个中断源）8层深的硬件堆栈深度直接、间接或相对寻址接通电源复位 POR 提高功率定时器（PWRT）和振荡器启动定时器（OST）自身带有芯片内RC振荡器的定时器（WDT），增强了操作可靠性可编程的代码保护省电的睡眠模式备选的振荡器选项低功率、高速度的CMOS闪式技术全静态设计通过两个针脚的接入电路系列设计TM（ICSP）由处理器读入程序内存充裕的操作电压范围：2.0V5.5V 高接收/发送电流：25mA工业温度范围低功耗：2mA 典型的是5V,

48、4MHz20A 典型的是3V, 32KHz1A 典型的待定电流PDIP PLCC外围的特点：定时器0：带有8个预定标器的8位定时/计数器定时器1：带有预定标器的16位定时/计数器，在睡眠模式下，通过外部晶振/时钟可以增加此定时/计数器的个数定时器2：带有8位周期性寄存器、预定标器和后标尺的8位定时/计数器两个陷阱，比较器，脉宽调制模块陷阱是16位，最高分辨率是12.5ns比较器是16位，最高分辨率是200ns脉宽调制，最高分辨率是10位8位多路A/D转换器带有SPITM（主态）和I2CTM（从态）的同步串行端口（SSP）普遍的同步非同步接收器传送器（USART/SCI）带有外部读、写和片选信号

49、的控制器（只有40/44针脚）的并行从端口（PSP），8位宽便于省电复位的省电探测线路（BOR）QFP主要特性PIC 微芯TM中期参考手册（DS33023）PIC16F77操作频率直流-20MHz复位（和延迟）POR，BOR（PWRT，OST）闪存（14位字，100E/W循环）8K数据存储（字节）368中断数12I/O端口端口A，B，C，D，E定时器3陷阱/比较器/脉宽调制模块2串行通信SSP，USART并行通信PSP8位A/D转换模块8路输入指令系统35条1.0 设备总览这篇文档包含了设备详尽的信息。额外的信息可在PIC微芯TM中期参考手册（DS33023）中找到，而这本手册可以通过您当地的

50、微芯代销商或从微芯网站下载这两种途径获得。参考手册可以认为是这张记录表的补充，所以极力推荐读者阅读从而帮助大家理解设备的结构和外围模块的操作。PIC16F77设备是可以用40针脚来封装的。而28针脚的设备是不能实行并行从端口的。下面的图是根据针脚数来分类的设备区块图表。图1-2是40脚。28脚和40脚的输出脚分别列在表1-1和表1-2中。图1-2：PIC16F77的区块图设备闪存容量数据存储器PIC16F778K368字节图1-2：PIC16F77区块图表1-2：PIC16F77的针脚输出描述针脚名称DIP针脚#PLCC针脚#QFP针脚#I/O/P类型缓冲器类型描述OSC1/CLKIN1314

51、30IST/CMOS 4 晶体振荡器输入/外部时钟源输入OSC2/CLKOUT141531O晶体振荡器输出。以晶振模式和晶体或共鸣器相连。在RC模式下，OSC2的针脚输出带有1/4 OSC1频率、表示指令的循环率的CLKOUT。/VPP1218I/PST总清零开关（RESET）输入或设计电压输入或高压测试模式控制。这个针脚对设备来说，是一个主动的低RESET。RA0/AN0RA1/AN1RA2/AN2RA3/AN3/VREFRA4/T0CKIRA5/AN423456734567892021222324I/OI/OI/OI/OI/OI/OTTLTTLTTLTTLSTTTL端口A是一个双向的I/O

52、端口。RA0也可是模拟输入0。RA1也可是模拟输入1。RA2也可是模拟输入2。RA3也可是模拟输入3或模拟基准电压。RA4也可时钟输入到定时/计数器0。输出采用漏计开路方式。RA5也可是模拟输入4或是同步串行端口的从片选。RB0/INTRB1RB2RB3RB4RB5RB6RB73334353637383940363738394142434489101114151617I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OTTL/ST 1 TTLTTLTTLTTLTTLTTL/ST 2 TTL/ST 2 端口B是一个双向I/O端口。为实现所有输入的内部弱拉力，端口B可以被用来软件编程。RB0也可作为外

53、部中断针脚。中断改变针脚。中断改变针脚。中断改变针脚或串行编程时钟。中断改变针脚或串行编程数据。RC0/T1OSO/T1CKIRC1/T1OSI/CCP2RC2/CCP1RC3/SCK/SCLRC4/SDI/SDARC5/SDORC6/TX/CKRC7/RX/DT1516171823242526161819205262729323536374243441I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OSTSTSTSTSTSTSTST端口C是一个双向I/O端口。RC0也可以作定时器1的振荡器输出或定时器1的时钟输入。RC1也可作定时器1的振荡器输入或陷阱2的输入/比较器器2的输出/脉宽调制模块2的输出。RC2也可作陷阱1的输入/比较器1的输出/脉宽调制模块1的输出。在SPI和I2C模式下，RC3也可作同步串行时钟I/O。在SPI模式或数据I/O（I2C模式）下，RC4也可作SPI数据。RC5也可SPI数据输出（SPI模式）。RC6也可作普遍同步非同步接收器传送器非同步传送或同步时钟。RC7也