基于单片机的同步发电机准同步自动并列装置的设计精选.doc

1 基于单片机的同步发电机准同步自动并列装置的设计 马永翔 ,闫群民 （陕西理工学院电气工程系, 陕西 汉中 723003） 摘 要：随着电力系统网络的不断扩大，发动机安全、可靠 的并网操作就愈来愈显重要。 为了解决传统模拟式并网装置 的缺陷，本文介绍了一种以 MCS-51 系列单片机为核心实现 同步发电机准同步自动并列装置的原理。 该装置以三相电动 机－发动机组为研究对象， 实现了发电机安全、 可靠的并网。 通过对该装置并网过程的测试， 其并网过程具有快速﹑准确 等特点。 关键词：单片机; 同步发动机; 自动; 并列 0 引言 同步发电机单机运行时，随着负载的变化，发 电机的频率和端电压将发生相应的变化，供电的质 量及可靠性变差。为了克服这一缺点，现代电力系 统多采用多台发电机并联运行，同时许多发电厂也 并联运行形成较大的电力联合系统。目前，电力系 统规模日益扩大，发电设备容量也相应增大，系统 运行方式的变化也愈加频繁。因此，要求备用发电 机迅速投入系统，以满足用户电量增长的要求，同 时系统发生故障会失去部分电源时也要求备用机 组快速投入电力系统，防止系统事故的进一步扩 大，这些情况均要求将发电机组安全、可靠、准确 的并入电网。 本文设计出了一种以 AT80C52 单片机为核心 的微机式准同期自动并列装置。该装置具有性能可 靠、并网速度快﹑准确性高﹑误差小等特点。 1 同步发电机并列合闸条件 同步发电机并入到电网时要求它在较短时间 内不应产生大的电流冲击。为此，必须满足下述四 个条件： 1）电机的电压幅值等于电网电压的幅值，且 波形一致； 2) 发电机的频率等于电网的频率； 3) 发电机的电压相序与电网的相序一致； 4) 合闸时，发电机的电压相位与电网电压的 相位一样。 满足上述四个条件后，发电机端电压的瞬时值 与电网电压的瞬时值就完全一样，这样就可保证在 并网瞬间不会引起较大的电流冲击，其等值电路如 图 1 所示。 在上述四个条件中，条件 3)可在并网前通过相 序鉴别器测定，条件 1)中发电机端电压大小主要由 发电机励磁控制，条件 2)和条件 4)主要由原动机转 图 1 同步发电机与大电网并联 速控制。因此，对一个完整的并列装置而言，必须 有励磁调节和转速调节两大控制系统。 2 微机准同步自动并列装置设计 2.1 单向频率差和单向相角差的并列原则 一般的微机准同步自动并列装置对频率差和 相角差条件的判别采用下式： 0.1 s f set Hz f f f ? ? ? (1) 2 i YJ ? ? ? ? ? ? ? (2) 式中： set f 为频率差整定值， i ? 为发合闸命令时实 测相角差， YJ ? 为越前合闸相角，? 是实际应用中 为便于确定合闸脉冲而设定的偏角差。 式(1)、(2)中的绝对值符号，表明发电机频率 既可能高于系统频率，也可能低于系统频率；合闸 瞬间发电机电压相量既可能超前系统电压相量，也 可能滞后于系统电压相量。但在合闸瞬间，如果发 电机电压相量滞后于系统电压相量，则暂时从系统 吸收有功功率，这种情况对系统缺乏有功时不利。 △UA 待并网的发电机 S G AS BS CS UAS UBS UCS UAG UBG IA . . . . . . . . UCG AG BG 等值于电网的发电2 为此，提出了采用单向频率差和单向相角差的并列 原则，以保证发电机并列后（包括并列瞬间）总是 向系统输出少量有功功率。根据这一原则，并列条 件变为： 1 0.1 2 s f set Hz f f f ? ? ? ???? (3) 0 2 YJ i si oc W T ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??? (4) 式中： oc T ? 为越前时间误差， si W 为发合闸脉冲时 的实测滑差频率。 由于越前时间可正可负，按式(4)整定可能出现 实测滑差频率。当越前时间误差为正时合闸瞬间的冲 击电流为传统整定方法的 2 倍，为此将式(3)中的频 率差整定值设为式(1)的1/2。 2.2 微机准同步自动并列装置的硬件设计 图 2 系统框图 根据系统实际需要和产品性价比，选用 INTEL 公司生产的 80C52。它采用可靠的 CHMOS 工艺技术 制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MC－51 的 HCMOS产品。 其结合了 HMOS 的高速和高密度技术及 CHMOS 的低功耗特征。80C52 内置 8 位中央处理单 元，256 字节内部数据存储器 RAM，8K 片内程序存 储器（ROM），32 个双向输入/输出（I/O）口，3个 16 位定时/计数器和 5 个两级中断结构，一个全双 工串行通信口，片内时钟振荡电路等。系统由电压 ﹑电流互感器﹑单片机﹑模数转换器﹑直流电动 机及励磁驱动电路等组成，系统框图如图