摘 要：自動準(zhǔn)同期并列操作是電力系統(tǒng)中頻繁且重要的操作，本文基于虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)自動準(zhǔn)同期并列的電壓、頻率和相位三個條件，開發(fā)了一個實驗裝置，本實驗裝置具有可視性好，操作靈活，并網(wǎng)精度高等特點。 關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);自動準(zhǔn)同期;虛擬儀器;實驗裝置 Abstract：Automatic Quasi-synchronizing operation is high frequency and important operation in power system. The three conditions of automatic quasi-synchronizing which involves voltage condition, frequency condition, phasic condition base on virtual instrument technology. Applying virtual instrument technology develops experiment equipment; the characteristic of equipment is video, operation agility, merge precision. Keywords：Power system; Automatic Quasi- synchronizing;virtual instrument;experiment equipment; 1 引言 　　在電力系統(tǒng)中，由于電網(wǎng)運行的需要，同步發(fā)電機、同步補償機、同步電動機經(jīng)常投入或退出電網(wǎng)，將同步機投入電力系統(tǒng)并列運行的操作稱為并列操作。并列操作又分為準(zhǔn)同期并列操作和自同期并列操作兩種，準(zhǔn)同期并列操作時沖擊電流可以很小，對電網(wǎng)不會產(chǎn)生大的擾動，對發(fā)電機組不會損傷，是發(fā)電廠和變電所最廣泛使用的同步方式。準(zhǔn)同期并列裝置又有自動準(zhǔn)同期裝置和手動準(zhǔn)同期裝置兩種?，F(xiàn)有的自動準(zhǔn)同期裝置主要有基于MAS系列單片機的自動準(zhǔn)同期裝置[1]、基于DSP的自動準(zhǔn)同期裝置[2]、基于PLC技術(shù)的自動準(zhǔn)同期裝置[3]。對于電力專業(yè)的學(xué)生來說，實際進行并列操作很難。自動準(zhǔn)同期實驗裝置能模擬并列操作，基于自動準(zhǔn)同期裝置的基本原理，能模擬實際的一些操作，其中有ZZQ-5型自動準(zhǔn)同期實驗箱，它能提供模擬的系統(tǒng)電壓及發(fā)電機電壓，可調(diào)整模擬發(fā)電機及系統(tǒng)的電壓及頻率，得到不同的電壓及頻率差，以滿足發(fā)電機并列的要求條件。該裝置與發(fā)電機同期仿真測試儀共同使用，可模擬發(fā)電機的準(zhǔn)同期并列。但是現(xiàn)有實驗裝置可視性較差，操作不靈活，而且誤操作會對實驗裝置造成故障。用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)一套虛擬的自動準(zhǔn)同期實驗裝置能夠彌補現(xiàn)有實驗裝置的不足，具有顯示直觀，并網(wǎng)精度高、操作靈活的特點。 2 自動準(zhǔn)同期條件 　　自動準(zhǔn)同期條件是：待并發(fā)電機的電壓和電網(wǎng)電壓相同，頻率相接近，在二者的相位差為零的瞬間，控制發(fā)電機斷路器主觸頭閉合，此時發(fā)電機將會平滑地并入電網(wǎng)。準(zhǔn)同期條件包括3部分：電壓條件、頻率條件和相位條件。相位條件要求發(fā)電機的并網(wǎng)開關(guān)在相位差為零時的瞬間閉合，但是開關(guān)閉合需要一定的時間，稱為開關(guān)的閉合時間，也叫導(dǎo)前時間，所以合閘脈沖必須提前相應(yīng)的時間發(fā)出以確保準(zhǔn)同期條件的要求。因此自動準(zhǔn)同期裝置所要做的最重要的事情就是根據(jù)當(dāng)前相位差和相位差的變化率來捕捉合閘脈沖的發(fā)出時機。自動準(zhǔn)同期條件所規(guī)定的頻率條件和電壓條件對于這一捕捉過程有著重要的影響。首先，相位差的變化率是由電網(wǎng)和發(fā)電機的頻率差決定的，頻率差越大，則相位差變化越快，顯然過大的頻率差不利于合閘時機的捕捉。只有在一定頻率差下，相位差才能呈現(xiàn)出周期性變化，所以頻率差又不能為零。其次，電壓條件決定了在相位差為零的地方并網(wǎng)可能產(chǎn)生沖擊的大小。理想情況是電壓差為零，在此情況下，并網(wǎng)不會有任何沖擊;但是，要求發(fā)電機電壓嚴(yán)格等于電網(wǎng)電壓不僅不現(xiàn)實，而且也沒必要。只要將電壓差控制在一定的范圍內(nèi)，則沖擊的影響是可以接受的。 　　在自動準(zhǔn)同期實驗裝置中只要滿足電壓幅值差小于允許值，頻率差小于允許值，合閘相角差小于允許值就可以實現(xiàn)并列操作。即 3 自動準(zhǔn)同期實驗裝置的設(shè)計 　　在電力系統(tǒng)的并列操作中，其核心是對并列條件的判斷，因此在對自動準(zhǔn)同期實驗裝置的設(shè)計中其重點也在于此[4]。其流程圖如圖1所示。 [align=center] 圖1 流程圖[/align] 　　應(yīng)用LABVIEW[5-6]軟件來模擬發(fā)電機并列的過程，編制程序來完成對發(fā)電機并列前三個條件的判斷，同時模擬顯示出發(fā)電機并列的過程，使其能方便、直觀的模擬演示。 　　本文設(shè)計的自動準(zhǔn)同期實驗裝置的前面板如圖2所示。 [align=center] 圖2 前面板[/align] 　　自動準(zhǔn)同期實驗裝置主要由五個部分組成，分別為電壓有效值計算單元、頻率測量單元、電壓有效值比較單元、頻率比較單元和相角判斷單元。 　　3.1 電壓有效值計算單元 　　連續(xù)的電壓正弦信號通過采集卡采集到計算機里，以數(shù)組形式儲存，形成一個離散的信號。由式（5）可求得其電壓有效值。 　　 （5） 　　3.2 頻率測量單元 [align=center] 圖3 頻率測試單元[/align] 　　3.3 電壓有效值比較單元 [align=center] 圖4 電壓有效值比較單元[/align] 　　在電壓有效值和頻率都能確定后，對并列條件的確定是該實驗裝置的重點環(huán)節(jié)，其中電壓有效值比較單元如圖4所示。 　　在該單元中，分別取得系統(tǒng)電壓有效值和發(fā)電機電壓有效值進行比較。設(shè)定當(dāng)發(fā)電機的電壓有效值與系統(tǒng)電壓有效值誤差范圍在±10V時為電壓合格，發(fā)出合格信號，當(dāng)電壓不在這個范圍時，調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁（在此設(shè)定每次調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓升高或降低2V），使其最終到達(dá)允許范圍，為合閘做好準(zhǔn)備。當(dāng)電壓不合格時相應(yīng)的指示燈點亮顯示調(diào)節(jié)過程。 　　頻率比較單元的原理合電壓有效值比較單元相同，只是條件不一樣，設(shè)定在發(fā)電機的頻率與系統(tǒng)頻率誤差在±0.5Hz左右時滿足合閘要求。當(dāng)發(fā)電機頻率不滿足要求時，對汽輪機進行調(diào)節(jié)（在此設(shè)定每次調(diào)節(jié)發(fā)電機頻率上升或下降0.1Hz），同樣在調(diào)節(jié)過程中相應(yīng)的指示燈點亮顯示調(diào)節(jié)過程。 　　3.4 相角判斷單元 　　在相角判斷單元中，將發(fā)電機和系統(tǒng)的電壓波形分別轉(zhuǎn)化成方波，如圖5所示，該方波表明了相角的變化，當(dāng)方波脈沖最窄時表明相較差最小滿足合閘要求，在此刻當(dāng)電壓有效值和頻率都滿足條件的情況下，發(fā)電機發(fā)出并列信號，使得發(fā)電機安全的并到系統(tǒng)電網(wǎng)上。 [align=center] 圖5發(fā)電機和系統(tǒng)方波[/align] 4 結(jié)論 　　本實驗裝置能很好的模擬發(fā)電機自動并列操作，在界面上能實時顯示發(fā)電機、系統(tǒng)電壓、頻率和相位的變化，以及在何種條件下能成功實現(xiàn)并列。用虛擬儀器實現(xiàn)自動準(zhǔn)同期實驗裝置，將很多需要硬件實現(xiàn)的用軟件編程來完成，不僅使實驗裝置顯示直觀，并網(wǎng)精度高、操作靈活，而且修改或增加實驗功能也很方便，簡單。 本文作者的創(chuàng)新點： 　　本文系統(tǒng)的闡述了自動準(zhǔn)同期實驗裝置的設(shè)計，用虛擬儀器實現(xiàn)其系統(tǒng)設(shè)計，節(jié)省了開發(fā)時間，大大的降低了設(shè)計的開發(fā)成本。 參考文獻 　　[1]郭建,周斌.新型微機自動準(zhǔn)同期裝置設(shè)計[J].電力自動化設(shè)備,2005,25（8）:77-81。 　　[2]李業(yè)興,鄧志杰,李文慧.基于DSP的自動準(zhǔn)同期裝置的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電氣應(yīng)用,2006, 25（8）:27-30。 　　[3]郭權(quán)利,鄭俊哲,許鑒.新型自動準(zhǔn)同期裝置設(shè)計[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）, 2004,2（2）:134-136。 　　[4]丁書文.微機型自動裝置[M].北京:中國電力出版社,2005。 　　[5]雷振山. LabVIEW 7 Express實用技術(shù)教程[M].北京:中國鐵道出版社,2004.4。 　　[6]袁芳,江偉.虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計方案[J].微計算機信息,2007,23（8-1）:162-163。