微机同期控制装置的原理与整定

1、微机同期控制装置的原理与整定作者：周玉彩一、SID-2C系列微机同期控制器的工作原理1、电力系统并网的两种情况并网的确切定义：断路器联接两侧电源的合闸操作称之为并网，并网有以下两种情况：1） 差频并网：发电机与系统并网和已解列两系统间联络线并网都属差频并网。并网时需实现并列点两侧的电压相近、频率相近、在相角差为0度时完成并网操作。2） 同频并网：未解列两系统间联络线并网属同频并网（或合环）。这是因并列点两侧频率相同，但两侧会出现一个功角d，d的值与联接并列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。这种情况的并网条件应是当并列点断路器两侧的压差及功角在给定范围内时即可实施并网操作。并网瞬

2、间并列点断路器两侧的功角立即消失，系统潮流将重新分布。因此，同频并网的允许功角整定值取决于系统潮流重新分布后不致引起新投入线路的继电保护动作，或导致并列点两侧系统失步。2、差频并网合闸角的数学模型准同期的三个条件是压差、频差在允许值范围内时应在相角差j为零时完成并网。压差和频差的存在将导致并网瞬间并列点两侧会出现一定无功功率和有功功率的交换，不论是发电机对系统，或系统对系统并网对这种功率交换都有相当承受力。因此，并网过程中为了实现快速并网，不必对压差和频差的整定值限制太严，以免影响并网速度。但发电机并网时角差的存在将会导致机组的损伤，甚至会诱发后果更为严重的次同步谐振（扭振）。因此一个好的同期

3、装置应确保在相差j为零时完成并网。在差频并网时，特别是发电机对系统并网时，发电机组的转速在调速器的作用下不断在变化，因此发电机对系统的频差不是常数，而是包含有一阶、二阶或更高阶的导数。加之并列点断路器还有一个固有的合闸时间tk，同期装置必须在零相差出现前的tk时发出合闸命令，才能确保在j=0°时实现并网。或者说同期装置应在j=0°到来前提前一个角度jk发出合闸命令，jk与断路器合闸时间tk、频差ws、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： 同期装置在并网过程中需不断快速求解该微分方程，获取当前的理想提前合闸角jk。并不断快速测量当前并列点断路器两侧的实际相差

4、j，当j=jk时装置发出合闸命令，实现精确的零相差并网。不难看出获得精确的断路器合闸时间tk（含中间继电器）是非常重要的，因此SID-2C系列准同期控制器具有实测tk的功能。同时也不难看出计算机对jk的计算和对j的测量都不是连续进行的，而是离散进行的。从而使得我们不一定能恰好捕获jk=j的时机。这就会导致并网的快速性受到极大的影响。本控制器用另一微分方程实现对合闸时机的预测，可靠实现捕捉第一次出现的并网时机，使并网速度达到极值。3、均频与均压控制的方式实现快速并网对满足系统负荷供需平衡及减少机组空转能耗有重要意义。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，而用良好控制品质的算法实施

5、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。SID-2CM控制器使用了模糊控制算法，其表达式为： 式中U控制量，E被控量对给定值的偏差，C被控量偏差的变化率，g模糊控制算法。模糊控制理论是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。下面的模糊控制推理规则表可描述其本质。表中将偏差E的模糊值分成正大到负大共八档，将偏差变化率C的模糊值分成正大到负大共七档，与它们对应的控制器发出的控制量U的模糊值就有56个，从正大到负大共七类值。以调频控制为例，如控制器测量的频差（wF、wX分别为待并发电机及系统的角频率）为负大，而频差变化率也是负大，则控制量U为零（表中右下角的值

6、）。这表明尽管发电机较之系统频率很低，但当前发电机频率正以很高的速度向升高方向变化，因此无需控制发电机频率就能恢复到正常值。EU C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人们很自然的会想到这些模糊控制量的值具体在控制过程中到底是多少呢？应该有个量化的环节，例如变成控制器发出控制信号的脉冲宽度和脉冲间隔。SID-2CM控制器正是通过均频控制系数Kf和均压控制系数Kv两个整定值来对

7、控制量进行量化的，Kf及Kv的选取是在发电机运行过程中人工手动将频差或压差控制超出频差及压差定值的工况下进行，根据SID-2CM控制器在纠正频差及压差的过程中所表现的控制质量来修改Kf及Kv，当发现纠正偏差的过程太慢，则应加大Kf或KV，反之，如纠正偏差过快并出现反复过调，则应减小Kf或KV，直到找到最佳值。我们不难看到SID-2CM控制器实际上是针对发电机组调速系统及励磁调节系统的具体特性来整定控制系数的。4、自动同期装置的动作判据 动作判据为 被并两侧电压差判据UUset 被并两侧频率差判据ffset 同步合闸恒定导前时间判据tah=57.3×/2×3.14×

8、f=tah.set 同步合闸恒定导前角判据（辅助判据）ahah.set 式中： U、Uset被并两侧（系统侧和被并发电机侧）电压差和和电压差整定值(V)； f、fset被并两侧频率差和频率差的整定值（HZ）； tah、tah.set同步点合闸导前时间和恒定导前时间的整定值（s）； ah、ah.set恒定导前角和恒定导前角的整定值。以上四项条件同时满足时，同期装置判定发电机具有同步条件，立即输出发电机同步合闸脉冲。二、自同期同步装置的整定计算1、被并两侧允许电压差整定Uset计算整定原则为在同步点合闸时，不产生较大的冲击电流，同时不应对平衡要求太高而延误同期时间。根据经验公式：Uset=

9、7;5%Ugn式中：Ugn发电机额定二次电压。2、被并两侧允许频率差整定fset计算整定原则为在同步点合闸时，不产生发电机的强烈振荡，同时不应对两侧频差要求太高而延误同期时间。根据经验公式：fset=（0.150.25）HZ一般取fset=0.15HZ,这相当于在频差作用下，以6.7s时间等速旋转一周时的频差。3、同步点合闸导前时间整定值tah.set计算在恒定差频时，断路器合闸于同步点，使同步时合闸冲击电流为最小。恒定导前时间等于同步装置发出合闸脉冲至断路器合闸时间，即 tah.set = ton式中：ton断路器合闸时间。4、恒定导前角整定值ah.set（辅助条件）计算按最不利同期条件，为

10、安全可靠起见，限制发电机同步时产生的冲击电流不超过发电机额定电流条件计算，即 I” 2×UG.N×sin(ah.set/2)/(Xs+Xd”+Xt) ah.set=2×arcsin I” (Xs+Xd”+Xt) /2×UG.N式中：ah.set 同步点合闸导前时间整定值角； I” 发电机同步时允许冲击电流相对值； UG.N 发电机额定电压标幺值，为1； Xs 归算至发电机额定容量时系统阻抗相对值； Xd” 发电机次暂态电抗相对值； Xt 归算至发电机额定容量时主变压器电抗相对值。5、同期装置闭锁角整定值atr.set 经验公式一般取atr.set=20o

11、。（此装置已设定）6、同期装置自动频率和自动调压脉冲时间整定 一般根据汽轮机的调速响应和自动励磁装置调节励磁电流的响应进行整定，初设自动调频脉冲时间Tf.set=0.10.2s,自动调压脉冲时间Tu.set=0.10.2s,最后在机组启动过程中根据自动调节响应和自动调节效果在现场调试确定。三、计算实例已知：某发变组出口断路器合闸时间为80ms,发变组Xt =0.14、 Xd”=0.16、 Xs=0采用SID-2C系列微机同期控制器，两侧TV均为100V,主变压器接线形式为Y/-11接线（同相电压：Y滞后30o角）。1、被并两侧允许电压差整定Uset计算根据经验公式：取Uset=±5%

12、Ugn2、被并两侧允许频率差整定fset计算 一般取fset=0.15HZ3、同步点合闸导前时间整定值tah.set计算 tah.set = ton=80ms4、恒定导前角整定值ah.set（辅助条件）计算ah.set=2×arcsin I” (Xs+Xd”+Xt) /2×UG.N =2×arcsin0.16+0.14)/2 =17.250 恒定导前角整定值ah.set取200 式中：Xt =0.14 Xd”=0.16 Xs=0 UG.N=15、同期装置闭锁角整定值atr.set 经验公式一般取atr.set=20o。6、同期装置自动频率和自动调压脉冲时间整定初设

13、自动调频脉冲时间Tf.set=0.10.2s,自动调压脉冲时间Tu.set=0.10.2s,最后在机组启动过程中根据自动调节响应和自动调节效果在现场调试确定。四、SID-2C系列微机同期控制器的整定值序号参数名称取值范围步长整定值1开关合闸时间0-999ms±1ms80ms2允许频差0.10-1.0 Hz±0.01Hz0.15HZ3允许压差0%-20%±1%5%4均频控制系数0.01-0.99±0.010.35均压控制系数0.05-0.99±0.010.36允许功角0-800±103007待并侧TV二次电压额定值40-120V±1V100V8系统侧TV二次电压额定值40-120V±1V100V9发电机过电压保护值110%-130%±1%115%10自动调频Yes/NOYes11自动调压Yes/NOYes12同频调频脉宽5-90±19013并列点代号0000-9999，AAAA-ZZZZ0-9、A-Z（6个并列点）14待并侧信号源内部/外部内部15系统侧信号源内部/外部外部16低压闭锁50%-90%±1%60%17控制方式遥控/现场现场18设备号1-9