[发明专利]以微处理器为基础的数字同期系统

说明书

本发明一般涉及同期装置，而更具体地涉及用于将至少一台发电机与一个电力网相连时同期装置，使得当电压与频率匹配时来自发电机的电力能够连入电网的输电线路中。

同期装置在转速及电压上控制发电机，以使频率及电压匹配，而当达到匹配时，指令断路器合闸。

从4，249，088号美国专利中得知以触发开关合闸促使一台原动机与一个电网的频率在转速上匹配，以及使原动机与电网自动同步，从而以两个正弦波之间的最小相位及两者之间的最小差频相重合。

第3，562，545号美国专利提出了可接受限度内的电压匹配与转速匹配，然后，同期装置相对于断路器闭合时间生成一个闭合信号在两个电压同相前触发断路器。

第3，564，286号美国专利说明了在一条母线上的发电机电压与网电压之间的电压匹配。

第3，621，278号美国专利示出一个电网的电压及连接到要与该电网同期的发电机的一条母线上的电压的方波表示的导出，这些方波用于检测频率差及控制用于频率匹配的发电机的转速。

在第3，652，933号美国利用中公开了利用方波分别表示一台发电机的电压输出和电网的电压输出，以产生两个电压之间的一个方形频率滑差表示，並且从后者导出具有临界波幅的三角形拍频。

第3，892，978号美国专利示出了当达到了同步转速与适当的相位角差时，涡轮发电机与一个外部电力系统的同步。

在第3，801，796号美国专利中，存在于一台发电机的输出电压与输电线电压之间的频率与相位参数之差被用于控制发电机转速使其同步。

第4，249，088号美国专利在为同步而应用存在于表示发电机电压与输电线电压之间的相位与差频的方波时，将转速匹配与断路器合闸结合起来考虑。

本发明的目的之一是使用一台发电机与一个电网所生成的正弦波的数字处理来正确定时及协调断路器的合闸，以使得发电机的母线与电网同步。一台微处理机被用于完成一台“同期装置”的两种基本功能。条件之一是在某一限定的容许偏差之内将发电机的电压与频率与电网的电压与频率分别匹配。当出现匹配时，同期装置将选择正确的时间来闭合转换开关。在断路器触头闭合时，对应的电压波形必须完全同相。

该正确时间是参照断路器的合闸时间预测选择的。从第4，577，269号美国专利中可知，使用一台微处理器根据到达触发事件前所经过的时间间隔触发一个“紧接着”以预测触发的半导体开关元件。

本发明在于一个控制系统，该系统用于通过开关断路器将至少一条由一台受控发电机提供电压的母线连接到一个电网，並且在电压与频率上与电网同步。该连接与同步控制系统响应代表发电机母线电压波与电网电压波的模拟信号。它产生：1.离散的控制信号，在负载周期中各信号作用于发电机以促使该发电机母线在某一容许偏差范围内在电压与频率上与电网电压与频率相匹配;以及2，一个指令信号，用于在达到两个正弦波的正确相位重合的预测时间等于预定的开关闭合时间时闭合断路器。为这一目的，将电压与频率的表示信号转换成数字形式，並进行数字处理，以生成要输出的控制与指令信号。提供了一台微机来响应一对数字信号，用于数字地判定关于电压表示模拟信号的一个在所述电压表示信号之间的电压偏差指示，並响应另一对数字信号，用于数字地推算出关于频率表示模拟信号之间的一个频率偏差指标，该微机响应离散的电压偏差，周期性地生成离散的数字控制信号，这些控制信号作用在发电机的激磁系统，以调整发电机母线的电压，使所述的电压偏差减到最小;並以相同的方式，它生成关于发电机转速的离散的控制信号，这些控制信号作用于发电机转速调速器，使频率偏差减到最小。当符合同步条件时，根据一个负载周期生成离散的数字电压与频率控制信号用于启动断路器合闸。这些条件是在所述的最小电压与频率偏差同时满足时达到的。

微机为电压偏差提供了一个第一上下限幅，並为频率偏差提供了一个第二上下限幅，分别作为匹配的最小范围。当两个偏差都在各自对应的所述第一与第二上下限幅内时，启动一个开关合闸指令。微机至少可在“自动”模式或“操作员监视”模式下工作，两种模式是根据一个外部模式选择命令的。提供一块偏差指示板，以响应微机的操作来显示微机所确定的瞬时偏差，从而出“操作员监视”模式中，操作员可以在显示板允许时安全地发布指令与选择闭合断路器的时刻。