摘 要：自动准同期并列操作是电力系统中频繁且重要的操作，本文基于虚拟仪器技术实现自动准同期并列的电压、频率和相位三个条件，开发了一个实验装置，本实验装置具有可视性好，操作灵活，并网精度高等特点。
关键词：电力系统;自动准同期;虚拟仪器;实验装置
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
在电力系统中，由于电网运行的需要，同步发电机、同步补偿机、同步电动机经常投入或退出电网，将同步机投入电力系统并列运行的操作称为并列操作。并列操作又分为准同期并列操作和自同期并列操作两种，准同期并列操作时冲击电流可以很小，对电网不会产生大的扰动，对发电机组不会损伤，是发电厂和变电所最广泛使用的同步方式。准同期并列装置又有自动准同期装置和手动准同期装置两种。现有的自动准同期装置主要有基于MAS系列单片机的自动准同期装置[1]、基于DSP的自动准同期装置[2]、基于PLC技术的自动准同期装置[3]。对于电力专业的学生来说，实际进行并列操作很难。自动准同期实验装置能模拟并列操作，基于自动准同期装置的基本原理，能模拟实际的一些操作，其中有ZZQ-5型自动准同期实验箱，它能提供模拟的系统电压及发电机电压，可调整模拟发电机及系统的电压及频率，得到不同的电压及频率差，以满足发电机并列的要求条件。该装置与发电机同期仿真测试仪共同使用，可模拟发电机的准同期并列。但是现有实验装置可视性较差，操作不灵活，而且误操作会对实验装置造成故障。用虚拟仪器技术开发一套虚拟的自动准同期实验装置能够弥补现有实验装置的不足，具有显示直观，并网精度高、操作灵活的特点。
2 自动准同期条件
自动准同期条件是：待并发电机的电压和电网电压相同，频率相接近，在二者的相位差为零的瞬间，控制发电机断路器主触头闭合，此时发电机将会平滑地并入电网。准同期条件包括3部分：电压条件、频率条件和相位条件。相位条件要求发电机的并网开关在相位差为零时的瞬间闭合，但是开关闭合需要一定的时间，称为开关的闭合时间，也叫导前时间，所以合闸脉冲必须提前相应的时间发出以确保准同期条件的要求。因此自动准同期装置所要做的最重要的事情就是根据当前相位差和相位差的变化率来捕捉合闸脉冲的发出时机。自动准同期条件所规定的频率条件和电压条件对于这一捕捉过程有着重要的影响。首先，相位差的变化率是由电网和发电机的频率差决定的，频率差越大，则相位差变化越快，显然过大的频率差不利于合闸时机的捕捉。只有在一定频率差下，相位差才能呈现出周期性变化，所以频率差又不能为零。其次，电压条件决定了在相位差为零的地方并网可能产生冲击的大小。理想情况是电压差为零，在此情况下，并网不会有任何冲击;但是，要求发电机电压严格等于电网电压不仅不现实，而且也没必要。只要将电压差控制在一定的范围内，则冲击的影响是可以接受的。
在自动准同期实验装置中只要满足电压幅值差小于允许值，频率差小于允许值，合闸相角差小于允许值就可以实现并列操作。即
3 自动准同期实验装置的设计
在电力系统的并列操作中，其核心是对并列条件的判断，因此在对自动准同期实验装置的设计中其重点也在于此[4]。其流程图如图1所示。
图1 流程图
应用LABVIEW[5-6]软件来模拟发电机并列的过程，编制程序来完成对发电机并列前三个条件的判断，同时模拟显示出发电机并列的过程，使其能方便、直观的模拟演示。
本文设计的自动准同期实验装置的前面板如图2所示。
图2 前面板
自动准同期实验装置主要由五个部分组成，分别为电压有效值计算单元、频率测量单元、电压有效值比较单元、频率比较单元和相角判断单元。
3.1 电压有效值计算单元
连续的电压正弦信号通过采集卡采集到计算机里，以数组形式储存，形成一个离散的信号。由式（5）可求得其电压有效值。
（5）
3.2 频率测量单元
图3 频率测试单元
3.3 电压有效值比较单元
图4 电压有效值比较单元
在电压有效值和频率都能确定后，对并列条件的确定是该实验装置的重点环节，其中电压有效值比较单元如图4所示。
在该单元中，分别取得系统电压有效值和发电机电压有效值进行比较。设定当发电机的电压有效值与系统电压有效值误差范围在±10V时为电压合格，发出合格信号，当电压不在这个范围时，调节发电机励磁（在此设定每次调节发电机电压升高或降低2V），使其最终到达允许范围，为合闸做好准备。当电压不合格时相应的指示灯点亮显示调节过程。
频率比较单元的原理合电压有效值比较单元相同，只是条件不一样，设定在发电机的频率与系统频率误差在±0.5Hz左右时满足合闸要求。当发电机频率不满足要求时，对汽轮机进行调节（在此设定每次调节发电机频率上升或下降0.1Hz），同样在调节过程中相应的指示灯点亮显示调节过程。
3.4 相角判断单元
在相角判断单元中，将发电机和系统的电压波形分别转化成方波，如图5所示，该方波表明了相角的变化，当方波脉冲最窄时表明相较差最小满足合闸要求，在此刻当电压有效值和频率都满足条件的情况下，发电机发出并列信号，使得发电机安全的并到系统电网上。
图5发电机和系统方波
4 结论
本实验装置能很好的模拟发电机自动并列操作，在界面上能实时显示发电机、系统电压、频率和相位的变化，以及在何种条件下能成功实现并列。用虚拟仪器实现自动准同期实验装置，将很多需要硬件实现的用软件编程来完成，不仅使实验装置显示直观，并网精度高、操作灵活，而且修改或增加实验功能也很方便，简单。
本文作者的创新点：
本文系统的阐述了自动准同期实验装置的设计，用虚拟仪器实现其系统设计，节省了开发时间，大大的降低了设计的开发成本。
参考文献
[1]郭建,周斌.新型微机自动准同期装置设计[J].电力自动化设备,2005,25（8）:77-81。
[2]李业兴,邓志杰,李文慧.基于DSP的自动准同期装置的设计与实现[J].电气应用,2006, 25（8）:27-30。
[3]郭权利,郑俊哲,许鉴.新型自动准同期装置设计[J].沈阳工程学院学报（自然科学版）, 2004,2（2）:134-136。
[4]丁书文.微机型自动装置[M].北京:中国电力出版社,2005。
[5]雷振山. LabVIEW 7 Express实用技术教程[M].北京:中国铁道出版社,2004.4。
[6]袁芳,江伟.虚拟仪器系统的设计方案[J].微计算机信息,2007,23（8-1）:162-163。