本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)二次設(shè)備，具體而言，涉及一種電力系統(tǒng)領(lǐng)域的三相微機自動準同期裝置及方法。

背景技術(shù)：

同期并列是電力系統(tǒng)中經(jīng)常進行的一項重要操作，需要借助專用二次設(shè)備完成并列操作，判斷三相同期電壓的微機自動準同期裝置即為該類二次設(shè)備的最新設(shè)計產(chǎn)品。

發(fā)電廠在系統(tǒng)正常運行時，隨著負載的增加，要求備用發(fā)電機組迅速投入系統(tǒng)，以滿足用電量增加的需求；在系統(tǒng)發(fā)生故障時，會失去部分電源，要求備用機組快速投入電力系統(tǒng)制止系統(tǒng)崩潰。這些情況均需要進行同期操作，將發(fā)電機組安全可靠、準確快速的投入，確保系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟運行和發(fā)電機的安全。

不良同期裝置是發(fā)電機組的隱形殺手，也是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的安全隱患。盡管大部分電廠都有自動準同期裝置，但是大多數(shù)都在停運狀態(tài)。在微機型自動準同期研制領(lǐng)域中，各個廠家技術(shù)參差不齊，造成微機型自動準同期裝置良莠不齊，不能準確快速安全的實現(xiàn)發(fā)電機的并網(wǎng)操作。此外，對于要實現(xiàn)“無人值班”的水電廠和變電站更是要用能接受上位機控制的優(yōu)良微機自動準同期裝置。

隨著電力系統(tǒng)容量及發(fā)電機組單機容量的不斷增大，不符合同期條件的并列操作將會帶來極其嚴重的后果，可能引起發(fā)電機的損傷甚至系統(tǒng)瓦解。

對于微機準同期裝置，決定產(chǎn)品最重要的是安全、可靠，在一次系統(tǒng)相序錯誤、PT二次電壓接線錯誤、同期裝置單個通道錯誤的情況下，都不會發(fā)出合閘信號?，F(xiàn)在的同期設(shè)備輸入PT電壓都是單電壓(單通道)，計算單電壓通道作為合閘脈沖信號、調(diào)速脈沖信號、調(diào)壓脈沖信號的依據(jù)，當現(xiàn)場一次系統(tǒng)相序錯誤、PT二次電壓接線錯誤、同期裝置單個通道錯誤，都會發(fā)生非同期合閘事故，對電網(wǎng)或者一次設(shè)備造成非常嚴重的沖擊，影響電網(wǎng)的正常運行。

國內(nèi)目前的相關(guān)產(chǎn)品，無法滿足當相序錯誤、外部PT電壓接線錯誤、同期裝置單通道故障時，而發(fā)出合閘信號，造成非常嚴重沖擊的事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明設(shè)計了一種新型三相微機自動準同期裝置，用于各種類型發(fā)電廠發(fā)電機組與電網(wǎng)間并列、變電站母線與線路間并列的設(shè)備，避免相序錯誤、外部PT電壓接線錯誤、同期裝置單通道錯誤而發(fā)出合閘信號的同期裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種三相微機自動準同期裝置，包括金屬機箱，其特征在于：金屬機箱包括電壓輸入模塊、主板模塊、輸出控制板；

它還包括相序電路、幅值調(diào)整電路、頻率調(diào)整電路；電壓輸入模塊通過相序電路后與主板模塊相連，輸出控制板與主板模塊相連；幅值調(diào)整電路、頻率調(diào)整電路均與主板模塊電性連接，并由主板模塊控制；

電壓輸入模塊包括系統(tǒng)三相電壓輸入、待并三相電壓輸入；主板模塊測量電壓輸入模塊的電壓幅值、頻率大??；輸出控制板進行信號輸出。

相序電路與告警電路相連；相序電路檢測系統(tǒng)三相電壓輸入、待并三相電壓輸入的相序情況，告警電路包括蜂鳴器及顯示器。

進一步的，還包括控制模塊，進行控制信號輸入；控制模塊與主板模塊相連，設(shè)置在金屬機箱正面、背面，包括控制按鍵、復(fù)位按鍵、USB接口、運行狀態(tài)指示燈及無壓、同步狀態(tài)指示燈、電壓輸入端子、信號輸入端子。

進一步的，還包括電源模塊，控制裝置的開啟與關(guān)閉。

進一步的，還包括存儲模塊，記錄一個通道合閘前、合閘時及合閘后的錄波數(shù)據(jù)。

本發(fā)明還公開了一種三相微機自動準同期方法，包括以下步驟：

步驟1，計算并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)三相電壓，系統(tǒng)側(cè)：UAs、UBs、UCs，待并側(cè)：UAg、UBg、UCg；

步驟2，檢測電壓的相序，判斷任一側(cè)相序為負序，裝置退出并發(fā)出告警；判斷兩側(cè)電壓相序都是正序，則可以進行下一步操作；

步驟3，調(diào)整電壓幅值、頻率大小，采用PID調(diào)節(jié)，發(fā)出調(diào)整待并側(cè)電壓UAg、UBg、UCg幅值脈沖信號，發(fā)出調(diào)整待并側(cè)FAg、FBg、FCg頻率大小脈沖信號使待并側(cè)跟蹤系統(tǒng)電壓和頻率，并以最快的速度進入定值允許區(qū)域；

步驟4，發(fā)出合閘信號，A相電壓UAs、UAg通道角度差B相電壓UBs、UBg通道角度差C相電壓UCs、UCg通道角度差主板模塊根據(jù)三個電壓通道實時頻率差，計算發(fā)出合閘信號的合閘角度，當開關(guān)主觸點完全合上閘時刻，每個通道的相角差為0°。

其中，步驟3具體包括：分別計算系統(tǒng)側(cè)UAs、UBs、UCs電壓幅值、頻率大小，待并側(cè)UAg、UBg、UCg電壓幅值、頻率大小；以系統(tǒng)側(cè)三相電壓UAs、UBs、UCs幅值，系統(tǒng)側(cè)三相電壓頻率FAs、FBs、FCs大小為基準，綜合三相幅值及頻率情況處理，采用PID調(diào)節(jié)，發(fā)出調(diào)整待并側(cè)電壓UAg、UBg、UCg幅值脈沖信號，發(fā)出調(diào)整待并側(cè)FAg、FBg、FCg頻率大小脈沖信號使待并側(cè)跟蹤系統(tǒng)電壓和頻率，并以最快的速度進入定值允許區(qū)域。

步驟4中進一步包括：

如其中一個通道接近0°而其他二個通道不接近0°，則裝置自動關(guān)閉合閘出口，同時發(fā)出告警信號；

如其中二個通道接近0°其他一個通道不接近0°，則裝置自動關(guān)閉合閘出口，同時發(fā)出告警信號；

如三個通道都不接近0°，則裝置處于計算等待狀態(tài)，直至三個通道都接近0°。

所以同時判斷三相電壓三個通道的角度差(即：同時判斷A相、B相、C相三通道同期裝置)并且在同期起動前計算系統(tǒng)側(cè)、待并側(cè)三相電壓的相序(正序、負序)情況，完全可避免由外部接線錯誤或相序錯誤造、單通道同期裝置誤動作造成的非同期合閘，保證并列的安全性。

本發(fā)明具有以下有益效果：避免了當相序錯誤、外部PT電壓接線錯誤、同期裝置單通道故障時，而發(fā)出合閘信號，造成非常嚴重沖擊的事故的發(fā)生，極大的提高了同期裝置并列的安全性、可靠性，保證設(shè)備的安全運行。同時錄波也可極大方便隨時調(diào)出查看同期合閘前，合閘時，合閘后一段時間的數(shù)據(jù)信息，供分析使用。

本發(fā)明的三相微機自動準同期裝置對同期操作進行研究，提高準同期裝置并列操作的準確性、快速性、可靠性、安全性，對于系統(tǒng)的可靠運行具有很大的現(xiàn)實意義。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的相序判別示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例的合閘通道示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例的同期正面、背面板及機箱示意圖。

圖4為本發(fā)明實施例的同期裝置控制流程示意圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實施例與附圖對本發(fā)明作進一步的說明。

如圖3所示，本實施例的三相微機自動準同期裝置，包括金屬機箱，它還包括相序電路、幅值調(diào)整電路、頻率調(diào)整電路；金屬機箱包括電壓輸入模塊、主板模塊、輸出控制板。

如圖1所示，電壓輸入模塊通過相序電路后與主板模塊相連，輸出控制板與主板模塊相連；電壓輸入模塊包括系統(tǒng)三相電壓輸入、待并三相電壓輸入；幅值調(diào)整電路、頻率調(diào)整電路均與主板模塊、待并三相電壓輸入電性連接，并由主板模塊控制；主板模塊測量電壓輸入模塊的電壓幅值、頻率大小，并向幅值調(diào)整電路、頻率調(diào)整電路發(fā)出調(diào)整信號，輸出控制板進行信號輸出。

相序電路與告警電路相連；相序電路檢測系統(tǒng)三相電壓輸入、待并三相電壓輸入的相序情況。還包括存儲模塊，記錄一個通道合閘前、合閘時及合閘后的錄波數(shù)據(jù)。

還包括設(shè)置在金屬機箱正面、背面的控制模塊，進行控制信號輸入；控制模塊與主板模塊相連，包括控制按鍵、復(fù)位按鍵、USB接口、運行狀態(tài)指示燈及無壓、同步燈，機箱背面控制信號輸入、控制信號輸出及系統(tǒng)側(cè)待并側(cè)三相電壓輸入信號，金屬機箱上還集成電源模塊，控制裝置的開啟與關(guān)閉。

三相同期裝置分別計算并網(wǎng)開關(guān)兩側(cè)三相電壓，如系統(tǒng)側(cè)：UAs、UBs、UCs，待并側(cè)：UAg、UBg、UCg，電壓的相序：正序、負序；判斷任一側(cè)相序為負序，裝置退出并發(fā)出告警；判斷兩側(cè)電壓相序都是正序，則可以進行下一步操作。

三相同期裝置，分別計算系統(tǒng)側(cè)UAs、UBs、UCs電壓幅值、頻率大小，待并側(cè)UAg、UBg、UCg電壓幅值、頻率大??；以系統(tǒng)側(cè)三相電壓UAs、UBs、UCs幅值，系統(tǒng)側(cè)三相電壓頻率FAs、FBs、FCs大小為基準，綜合三相幅值及頻率情況處理，采用PID調(diào)節(jié)，發(fā)出調(diào)整待并側(cè)電壓UAg、UBg、UCg幅值脈沖信號，發(fā)出調(diào)整待并側(cè)頻率FAg、FBg、FCg大小脈沖信號，能使待并側(cè)快速、準確跟蹤系統(tǒng)電壓和頻率，使之以最快的速度進入定值設(shè)定允許區(qū)域。

如圖2所示，當A相電壓UAs、UAg通道角度差接近0°；B相電壓UBs、UBg通道角度差接近0°；C相電壓UCs、UCg通道角度差接近0°；根據(jù)實時頻率差，裝置分別根據(jù)三個電壓通道實時角度差、頻率差及頻率變化率分別計算預(yù)測出每個通道的合閘角度，根據(jù)三個通道的合閘角度，選取最優(yōu)的角度作為合閘角度，發(fā)出合閘信號，當開關(guān)主觸點完全合上閘時刻，使每個通道的相角差越接近0°；如其中一個通道接近0°而其他二個通道不接近0°，則裝置自動關(guān)閉合閘出口，同時發(fā)出告警信號；如其中二個通道接近0°其他一個通道不接近0°，則裝置自動關(guān)閉合閘出口，同時發(fā)出告警信號；如三個通道都不接近0°，則裝置處于計算等待狀態(tài)，直至三個通道都接近0°；所以同時判斷三相電壓三個通道的角度差(即：同時判斷A相、B相、C相三通道同期裝置)并且在同期起動前計算系統(tǒng)側(cè)、待并側(cè)三相電壓的相序(正序、負序)情況，完全可避免由外部接線錯誤或相序錯誤造、單通道同期裝置誤動作造成的非同期合閘，保證并列的安全性。

三相同期裝置分別記錄一個通道合閘前、合閘時及合閘后的錄波數(shù)據(jù)，記錄A相電壓UAs、UAg通道角度差在0°左右時的包絡(luò)線及同期裝置發(fā)出合閘脈沖與該通道電氣零點的時間差值；

本實施例裝置的控制流程示意圖如圖4所示。主要包括3方面流程：

1，輸入三相系統(tǒng)側(cè)UAs、UBs、UCs電壓、三相待并側(cè)UAg、UBg、UCg電壓；用以計算判別電壓的相序：正序、負序電壓。

2，根據(jù)輸入的數(shù)據(jù)及控制信號，采用PID調(diào)節(jié)，綜合三通道的電壓幅值及頻率大小情況，完成同期設(shè)備增速、減速、升壓、降壓脈沖信號的發(fā)出，使待并側(cè)快速、準確跟蹤系統(tǒng)電壓和頻率，使之以最快的速度進入定值設(shè)定允許區(qū)域。

3，根據(jù)三個電壓通道，采用現(xiàn)代控制理論，引入人工智能思想，分別計算三個通道UA、UB、UC電氣零點，綜合三個通道的電氣零點，完成同期設(shè)備發(fā)出合閘脈沖信號的發(fā)出。

以上的實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。