一种微机自动准同期功能实现方法

摘要

本发明公开了一种微机自动准同期功能实现方法，包括下列步骤：1)微机自动准同期装置每隔T0时间对断路器两侧的相角差进行精确测量，取最新的n点的相角差δi；2)对断路器两侧电压相角差建立关于时间坐标的二次或二次以上的多项式数学模型；3)根据相角差序列δ，对数学模型参数进行最佳平方逼近；4)将断路器合闸导前时间tDL代入数学模型，计算出装置在当前点合闸，经过tDL后断路器两侧的相角差，如果计算出的相角差几乎为零，并且不违背其它同期合闸闭锁条件，则可以发出合闸脉冲，如果计算出的相角差的绝对值大于允许合闸相角，则继续进行同期点捕捉。本发明的方法，利用断路器两侧电压的相角差的变化规律建立精确数学模型，并根据该模型进行减少测量误差对同期合闸的影响，可实现对同期合闸点进行精确预报。

权利要求

1.一种微机自动准同期功能实现方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)微机自动准同期装置首先每隔T0时间对断路器两侧的电压相角差进行精确测量，取最新的n点的相角差δi，按先后顺序，形成n点电压相角差序列δ＝[δ0，δ1， …δn-1]；

2)对断路器两侧电压相角差建立关于时间坐标的二次以上的多项式数学模型：

3)根据电压相角差序列δ，对数学模型参数a0至am进行最佳平方逼近，使得取最小值；

4)将断路器合闸导前时间tDL代入数学模型，计算出装置在当前点合闸，经过tDL后断路器两侧的电压相角差，如果计算出的相角差几乎为零，并且不违背其它同期合闸闭锁条件，则可以发出合闸脉冲，如果计算出的电压相角差的绝对值大于允许合闸相角，则继续进行同期点捕捉。

2.根据权利要求1所述的微机自动准同期功能实现方法，其特征在于：在所述步骤

3)中，对数学模型参数a0至am进行最佳平方逼近的具体方法为：(1)定义m+1个f序列，设δn-1为当前时刻的断路器两侧电压相角差，令此时t＝

0，则m+1个f序列为：

fj(i)＝[(i+1-n)×T0]j i＝0，1， …n-1 j＝0，1， …，m；

(2)定义内积空间：

(3)建构正规方程组

利上述方程组计算求出多项式的系数a0至am。

说明书

一种微机自动准同期功能实现方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微机自动准同期功能实现方法，属于电力系统自动化技术领域。

背景技术

[0002] 断路器的同期合闸操作是电厂、变电站经常进行的一项重大操作，操作不当将对电网造成重大冲击，对设备造成严重损伤。 目前同期合闸功能主要由微机自动准同期装置或具有准同期功能的微机测控装置完成(以下统称它们为微机自动准同期装置)。

[0003] 目前微机自动准同期装置一般采用恒定越前时间的同期原理进行同期合闸，即在断路器两侧电压的相角差为零之前的一定时间发出合闸信号，当断路器的主触头闭合时，断路器两侧电压的相角差为零，对电网或机组的冲击最小。

[0004] 从准同期装置发出合闸信号到断路器主触头闭合所经历的时间是断路器的合闸导前时间，主要包括出口继电器动作时间和断路器合闸时间，合闸导前时间一般由定值预先设定。

[0005] 准同期装置根据合闸导前时间和合闸点两侧电压的频率和相角的变化推算出理想合闸越前相角，装置不断监测断路器两侧电压的相角差，当测量的相角差和理想合闸越前相角几乎相等时发出合闸信号。

[0006] 文献《利用富里叶变换实现微机自动准同期》(继电器，1994年第4期，P35-40)介绍了采用式(1)计算理想同期合闸越前相角

[0007]

[0008] 式中

[0009] tDL为预先设定的断路器合闸导前时间；

[0010] ωs为计算点的滑差角速度，as为滑差角加速度。

[0011] 文中介绍先计算断路器两侧的频率f1和f2，利用(2)式计算ωs，再利用相隔m点计算出的ωs，利用(3)式计算出as。

[0012] ωs＝2π×(f1-f2) (2)

[0013]

[0014] 其中Ts为相邻计算点间的时间间隔。

[0015] 由于同期合闸时，特别是发电机组同期时，往往频率变化较大，因此(2)式中必须先精确测量断路器两侧电压的瞬时频率来计算ωs。频率变化过程中瞬时频率的计算误差较大，而且由于电网具有谐波等干扰信号，瞬时频率的精确测量比较困难。利用(3)式计算as，只利用ωs(n+m)和ωs(n)两点滑差角速度来估算滑差角加速度，由于ωs具有计算误差，mTs较小时会将误差放大，较大时又不能反应瞬时的加速度，造成as不容易精确测量。

[0016] 文献《实现检同期合闸功能的变电站测控装置》(电力自动化设备，2004，24(1)：P91-93)采用(4)式估算滑差角速度ωs，由于只利用两个点的相角差值估算滑差角速度，如果该两点的数据误差较大，而且Δt一般较小，对误差有放大作用，滑差角速度计算误差依然较大。

[0017]

[0018] 式中δi和δi-1——分别为本计算点和上一计算点的相角差值

[0019] Δt ——两计算点间的时间

[0020] 总之，目前由于(1)式中的滑差角速度ωs和滑差角加速度as受测量误差的影响较大，造成同期点预报有一定误差。

发明内容

[0021] 本发明所要解决的技术问题是提供一种对同期合闸点可以精确预报的微机自动准同期功能实现方法。

[0022] 为解决上述技术问题，本发明提供一种微机自动准同期功能实现方法，其特征在于包括以下步骤：

[0023] 1)微机自动准同期装置首先每隔T0时间对断路器两侧的相角差进行精确测量，取最新的n点的相角差δi，按先后顺序，形成n点相角差序列δ＝[δ0，δ1，…δn-1]，其中δn-1为最新测出的当前时间的断路器两侧相角差；

[0024] 2)对断路器两侧电压相角差建立关于时间坐标的二次或二次以上的多项式数学模型：

[0025]

[0026] 3)根据相角差序列δ，对(5)式中的参数a0至am进行逼近。

[0027] 为求取m+1个系数，设δn-1为当前时刻的断路器两侧电压相角差，令此时t＝0，定义m+1个f序列：

[0028] fj(i)＝[(i+1-n)×T0]j i＝0，1， …n-1 j＝0，1， …，m；

[0029] 定义内积空间：

[0030] 构建如下正规方程组：

[0031]

[0032] 求解该方程组，即可求出多项式的系数a0至am。

[0033] 4)将断路器合闸导前时间tDL代入(5)式，即可以计算出装置在当前点合闸，经过tDL后断路器两侧的相角差，如果计算出的相角差几乎为零，并且不违背其它同期合闸闭锁条件，则可以发出合闸脉冲，如果计算出的相角差的绝对值大于允许合闸相角，则继续进行同期点捕捉。

[0034] 作为本发明的一个较佳实施方式，上述5)式将相角差的变化建立为二次多项式数学模型，即

[0035] 根据相角差序列δ，对(7)式中的a0，a1，a2进行逼近，使得 取最小值，最大限度的降低测量误差对同期功能的影响，获得最佳的多项式系数。 方法如下：

[0036] 由于δn-1为最新测出的当前时间的断路器两侧相角差，设此时为0时刻，即该时刻t＝0。 定义三个f序列：

[0037] f0(i)＝1；

[0038] f1(i)＝(i+l-n)×T0；

[0039] f2(i)＝[(i+l-n)×T0]2；

[0040] 其中：i＝0，1， …，n-1

[0041] T0为两次计算相角差间的固定时间间隔；

[0042] 定义内积空间：

[0043] 构建如下正规方程组：

[0044]

[0045] 求取该方程组的解，即可求得最佳的a0，a1，a2。由于方程组的系数矩阵都为常数，可以离线计算完成。 实际运行时装置只需要计算三个(δ，fi)，并求解一个三元一次方程组，计算量并不是太大。

[0046] 将断路器合闸导前时间tDL代入(7)式，即可以计算出装置在当前点合闸，经过tDL后断路器两侧的相角差。 如果计算出的相角差几乎为零，并且不违背其它同期合闸闭锁条件，则可以发出合闸脉冲。 如果计算出的相角差的绝对值大于允许合闸相角，则继续进行同期点捕捉。

[0047] 本发明所达到的有益效果：

[0048] 本发明的新型微机自动准同期功能实现方法，利用断路器两侧电压的相角差的变化规律建立精确数学模型，并根据该模型进行减少测量误差对同期合闸的影响，对同期合闸点进行精确预报，为电厂和变电站的同期合闸提供可靠保证。 本发明的新型微机自动准同期功能实现方法，可以克服以往方法只利用个别点的测量数据进行同期合闸参数的计算，造成参数计算容易受测量误差影响的缺点，可以充分利用采集测量的数据，对断路器两侧的相位角的变化规律进行最佳逼近，最大限度降低测量误差对同期预报的影响，计算出最佳的合闸时机。

附图说明

[0049] 图1是本发明中的微机自动准同期装置的局部硬件结构示意图。

具体实施方式

[0050] 以下结合附图对本发明作具体的介绍。

[0051] 图1是本发明采用的微机自动准同期装置的局部框图。 断路器两侧电压经电压互感器变换后，经过滤波和调理电路后输入模数转换器件进行A/D转换。装置的CPU模件控制A/D采样与转换的频率，并不断读入A/D变换的采样值。 CPU器件进行测量计算，当收到通信接口或人机接口的同期合闸命令后进行同期判断，如果条件允许，则通过控制出口模块进行合闸命令输出。

[0052] 模数转换器件的性能直接影响电气量的测量精度，最好采用十四位以上的模数转换器件。 CPU器件需要进行大量的数值计算，应该采用数字信号处理器件(Digital Signal Processor，DSP)或具有数字信号处理功能的微处理器。

[0053] 相位的精确测量是准同期合闸的关键。 目前在微机自动准同期装置中普遍采用过零比较方法，将两个正弦信号转换为方波来求相位差，该方法每计算一次相位角至少需要半个信号周期，而且容易受谐波干扰。 本发明推荐使用文献《一种适用于自动准同期装置的改进傅立叶相位差算法》(继电器，2007，V35(20)，P37-39)介绍的方法进行相位差的精确测量。 该方法对基于傅立叶算法的相位差算法进行了改进，具有计算精度高，抗谐波干扰能力，并且可以每个采样周期计算一次相位差。实际工作时可以每3～5毫秒计算一次相角差，计算间隔越小，则合闸精度越高。 每次相角差的计算间隔必须为固定值，即必须等间隔计算。

[0054] 相角差δ序列可以取最新的40点至100点相角差，即n可取40至100。 装置按照(7)式对相角差的变化建立二次多项式数学模型。装置每计算出一次相角差就按(8)式构建一次方程组。 (8)式中的系数矩阵可以根据n值离线算好，三个(δ，fi)只需要进行连续的乘加，对DSP器件来说耗时很小。

[0055] 由于三阶行列式的值只要进行有限的乘法和加法即可完成，较容易求解，三元一次方程组的求解方法可以采用克拉姆法则(Cramer)求解。左侧的系数矩阵的行列式的元素都为常数，可以离线算好，记

[0056]

[0057] 则(7)式中的多项式系数

[0058]

[0059]

[0060]

[0061] 求出a0，a1，a2后，可以将其代入(7)式，并将装置设定的断路器合闸导前时间tDL代入(7)式，计算出装置在当前点合闸，经过tDL后断路器两侧的相角差。 如果计算出的相角差几乎为零，并且不违背其它同期合闸闭锁条件，则可以发出合闸脉冲。 如果计算出的相角差的绝对值大于允许合闸相角，则等待下一次计算出相角差后重复以上步骤继续进行同期点捕捉。