基于相角差预测的准同期装置研制

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1、第26卷第1期电力科学与工程Ve1．26．No．1302010年1月ElectricPowerScienceandEngineeringJan．，2010基于相角差预测的准同期装置研制吴卓娟，董杰，朱启晨，李芳灵(1．山西朔州供电分公司，山西朔州036002：2．北京四方利水自动化设备有限公司，北京010000)摘要：提出了一种实测与预测相结合计算实时相角差的方法，定义了合闸捕捉角，分析了合闸捕捉角的变化规律，提出了基于预测技术的合闸时机捕捉判据。基于上述原理设计了HSST001自动准同期装置，给出了硬件、软件的实现方法。装置经过同期测试设备进行测试、国家继电器监测中心动模试验

2、和型式试验，各项指标均达到或超过同类产品。目前，已经有几百台装置在现场实际运行，效果良好。关键词：准同期；相角差；同步；合闸时机中图分类号：TM769文献标识码：A的角差。1算法原理1．1理想导前角的计算由于和的频率不同，因而二者之间存在角设系统电压为，发电机电压为，则二者速度差w，w=2兀一)。如果以系统电压向量为的电压向量差为AU，角差为△，如图1所示。参考，则发电机电压向量绕系统电压向量旋转，二者的角差为~=wt=2x一)f。时，发电机电压向量绕系统电压向量逆时针旋转，反之，时，顺时针旋转。如图2所示。／一COI＼图1电压向量图／

3、}／COrz、Fig．1Voltagev

4、ector在并列合闸瞬间，如果△嗷大，则会引起较大冲击，对发电机和系统均会造成不利影响。因此，同期装置的作用就是控制合闸时刻的电压向量差AU，使其最小，以减小合闸时的冲击。设系统图2旋转向量图电压为=cos(2nf~f+)，发电机电压为=Fig．2Rotatedvectorcos(2xf8什)，则考虑到同期并列时，发电机频率是跟随系统△c0s(2f+)一‰cos(2xf~f+)(1)频率随时在调整变化之中，故应考虑发电机频率唐由(1)式可知，△

5、=，的大小取决于合闸时刻的存在加速度情况。因此，角差计算公式为角差、频差、电压幅值差，如果上述三差为零，则+÷，2(2)合闸冲击就不会

6、产生。当频差和电压幅值差△哚件满足后，合闸冲击的大小，主要取决于合闸时刻式(2)的物理意义是，当与之间的角速收稿日期：2009—08—30。作者简介：吴卓娟(1977一)，女，山西朔州供电分公司工程师，E-mail：dongjie@sf-auto．Gom。第1期吴卓娟，等基于相角差预测的准同期装置研制度差为W、角加速度差为dw／dt时，f时间内绕因此，可以在采样中断中根据式(5)来计算所转过的角度。当前实时相角差(本文采样中断的时间间隔为5／6显然，如果在断路器主触头闭合瞬间，角差ms)。设得到实测相角差为t=O时刻，则k时刻的为零(合闸点)是最理想的，此时合闸的冲击最t为小。

7、事实上，断路器合闸是需要一定时间的。从t,=kx5／6000，k=-O，1，2⋯(6)发合闸命令到主触头闭合这段时间定义为导前时将式(6)带入式(5)即可得到当前实时相间。时间所走过的角度为理想导前角如。根角差。据(2)式，理想导前角计算公式为式(5毒)的计算有一个前提条件，即假定∞和=WTdq~l-~-磕(3)是不变的。而实际上发电机频率及其变化率随1．2实测相角差时都在发生或多或少的变化，因而，式(5)的计根据文献【1]，相角差可通过测量异或电路的算与实际还是有误差的。但由于每隔20ms就重新脉宽来计算。见图3。系统电压和发电机电压得到一次实测相角差、∞，并且计算时间初经方

8、波整形并进行异或后，输出一系列宽度不等的始化(f=0)，因而误差很小并且是可控的。因为在矩形波。设第i个异或脉宽为，系统电压的脉20ms的时间内，可以认为∞和变化极小，即宽为L，则角差可按下式求得使计算有些误差也是很小的，最重要的是该误差不会无限累积，因而误差可控。(4)1．4合闸角的计算如果在当前时刻的角差=时合闸，则断路式中和L可从CPU定时器读数取得。器主触头闭合时刻的角差恰好为零。因此，为方便计算和判断，本文特定义k时刻的合闸角为=一(7)将式(5)、式(6)、式(3)带入式(7)即可得到合n口口口口口口口闸角的变化规律见图4。HlⅡ口口口口[兀一D由＼＼，，＼0镊陆0

9、』]口口凸88凸口口一一＼＼＼图3异或电路脉宽图4合闸角变化规律Fig．3PulsewidthofXORcircuitFig．4Varietyruleofcloseangle1．5基于相角差预测的合闸时机捕捉1．3当前实时相角差的计算和预测根据式(5)和式(6)不仅可以计算当前实由于每隔20ms才能通过异或电路脉宽得到一时相角差，还可以预测下一时SfJt~+的相角差，只需次当前实测相角差，实测间隔时间较长，合闸点往将tk+。：(1)5／6000带入公式中计算即可。往落在两次计算之间，很难捕捉