一种应用软件和硬件测频相结合技术的新型准同期装置
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目前 在 微 机 自动 准 同期 装 置 中普 遍 只 采用 硬件 测 量频 率和 相角 差 的方法 。 当今 电 力系 统污 染 日益 严重 ，如 何在 谐波 、 噪声干 其 离散 富立 叶变 换 为：
０ ＝ 一 荟一 。
＝
．
扰条 件 下保 证高 质量 并网 是 同期装置 开 发过 程 中首先 要 解决 的 问题 。 同 期 装 置 在 并 网 过 程 中 若 能 够 利 用 软 、硬件 测 量 的优点 ，在 电 网中没 有干 扰或 干扰 较小 情 况下采 用硬 件 测量 结果 计算 导前 时 间控制 并 网 ；在干 扰较 强条 件下 采用 软件 测量 结果 计 算导 前时 间控 制并 网可 有效 提高 并 网质量 有 利于 电网 的稳 定运 行 。 ２ ． 软 件测 频 、测相 角差 原理 ２ ． １软件 测频 原理
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一
鲤筮 一 塑Ｉ
一
种应用软件和硬 件测频 相结合技术 的新型准 同期装置
哈 尔滨电气集团阿城 继电器有 限责任公 司 林 恩民
【 摘要 】微机 准同期是在电力系统 已广泛应用 ，多数都采用模 拟准同期的电压羞、频率差控制 ，尤其 频率准确计 算是 比较困难的 ，因为在一般 的应用场合各 种电磁 干扰 比较 多，从 而使依 靠中断 方式计算频 率不准，本 文采用一种 软件测频方式，有效解决测频不准 的问题。
（ ３ ）
ｍ
当Ａ ｆ ＝ ｆ — ｆ ｖ ＝ ０ 时 ，可 以证 明：
Ｕｃ ＝ ｕ ｍｓ ｉ ｎ ０， Ｕｓ ｍ ｕ ｍｃ ｏ ｓ ０。
Байду номын сангаас
即 ： 电压 向量 的相 角 与其 富 氏滤 波相 量
的相 角大 小相等 。设相邻Ｎ 点相量 间的相 角为 ６，此 角 同时也表示 电压 向量 变化 的角度 。
但在 干扰 较 大情 况 下测量 误差 较大 ，会 直接 法 进行 讨 论 。 影 响并 网质 量 。 首 先假 设系 统 电压 可表示 为 ： 软件 测频 相对 于硬件 测 频而 言 ，程序 工 ｕ （ ｔ ） ＝ ｕ ｍ ｓ ｉ ｎ （ ２ Ⅱｆ ｔ ＋Ｏ ）
（ １ ）
作量较大 ，在 电网中没有干扰情况下测量精度 设 当 前待 测 系 统频 率 为 ｆ ，每 周波 采 样 不如硬件 高，但是在有干扰情况下测量精度优 Ｎ 点 ，采样 频率 为Ｎ ｆ Ｖ 。将 式 （ １ ） 离散化 为 于硬件 ，而且干扰越强优势表现越 明显 。 ｕ ｋ ＝ ｕ ｎ ｌ ｓ ｉ ｎ （ ２Ⅱｆ ／ Ｎ ｆ ｖ ＋９） （ ２ ）
即 ： ８＝ ２Ⅱ（ ｆ ／ ｆ ｖ ） ＝ ２Ⅱ（ １ ＋△ｆ ／ ｆ ｖ ） （ ４ ）
可推 出频 率表 达 式 ： △ｆ ＝ ｆ ｖ× ６／ ２
（ ５ ）
长 期 以来 ，人 们 研 究 出 了许 多测 频 算 采 用全 周 富 氏滤 波 算法 均 通 过 式 （ ５ ） 计 法 ，有 最 小二 乘算 法 …、递 推富 氏算 法 、 算 系统 频率 与采 样频 率之 差 ， 同时调 整采 样 全波 富 氏算 法 、卡 尔曼 滤波 算 法 等 。最 频 率达 到频 率跟 踪 的 目的 。 小二 乘法 算法 受谐 波影 响 大 ，卡 尔 曼滤 波 的 ２ ． ２ 软件 测 相角 差原 理
图１启动并网后程序流程
实际 状态 、接 收 电脑钥 匙 的 回传 信 息 ，防误 化 五防 系统仍 然使 用 微机 五 防的 电脑钥 匙 和 范 电 网误操 作事 故方 面 和确保 电网安全 性方 主机 对 当前操 作进 行确 认后 ，进 行 下一 步操 锁 具 ，由此 带来 的缺 陷依 然存 在 。 面有 明显 的进步 ，在 线 式五 防系 统具 备 “ 实 作 ，直到 操作 任务 结 束。 ２ ． ６ 在线 式独 立 五防 时 、在 线 ”的特 点 ，综合 来看 ，在 线 式五 防 ２ ． ５ 一体 化 五防 在 线 式 独 立 五 防 系 统 包 括 防五 防机 、 系 统在 电力 系统 上有 这很 大 的发展 前途 ，值 随着 自动 化 技 术 的 发 展 ，在 监 控 系 统 分布 式现 场 总线 、控 制器 、五 防 闭锁 节点 及 得 广泛 推广 。 中融 入操 作 票专家 系 统和 防误 闭锁 功能 ，实 现 场锁 具 ，如 图 １ 所 示 ，五 防 机 动监 控 系 统 参考文献 现监控 和 五 防的一 体化 ，进 而产 生 了一体 化 获取 一 次设备 实 时数 据 。 １ １ 段新辉， 高新华． 变电站在线式五防技术与应用ｆ Ｍ 】 中 五防 系统 。 在 线 式 独 立 五 防 系 统 的设 计 是 通 过 分 ［
【 关键词 】准 同期 ；软件 测频
１ ． 概 述
计 算量 偏 大 ，影响 实际 应用 。基 于 富 氏滤波
从 输 入 信 号 中 抽 取 基 波 分 量 ，求 出基
同期 并 网 是 电力 系 统 中频 繁 而 又 重要 的测频 算法 具有 较 强的 滤波 能 力， 并且其 计 波分 量 的虚部 和实 部 ，再利 用其 比值 的 反正 的操 作 ，为 保证 供 电系统 安全 、稳 定运 行 ， 算 数据 还 可用 于 电压幅 值测 量 ，因 而具有 较 切求 出相 位角 。 同理计 算 另一侧 相 位角 ，进 要求 同期装 置控 制并 网必 须具 备 安全可 靠 、 好 的实 用性 。 文献 ［ ２ ］ ［ ３ ］ 分 别讨 论 了递推 富 而求 出两侧 电压 的相位 差 。 快速 的特 点。相 角差 和频 率差 的准 确 计算 是 保证 可靠 并 网 的关键 因素 。 硬 件 测 频 、测 相 角 具 有 程 序 简单 、在 电网 中没有 干扰 情况 下测 量精 度 高的优 点 ， 氏滤 波 及 全 周 富 氏滤 波 测 频 算 法 。相 比之 ２ ． ３保证 软件测 频 、相 角差存 在 的问题 下 ，后 者 的滤波 性 能好 于前 者 。同时 ， 由于 在 软件 测 频 的 计 算 中 假 定 采 样 频 率 是 后 者 的计 算 量在 一个 周 波 内与 前 者 相 差 不 信号 频率 的整 数倍 ， 否则计 算 出的频 率 和相 大 ， 因此本 文基 于全 周 富 氏滤波频 率 跟踪 算 角差 存在 因采样 不 同步 导致 的误 差 。 本实 用新 型所 要解 决 的 问题 包括 ： （ １ ） 软件 测 量 频率 精 度 ， 软件 测量 相 角 精度 ； （ ２ ） 并 网过 程 中两 侧 频 率值 相 差较 大 时 如何 保证 两侧 频率 、角 度 的计算 精度 ； （ ３ ） 依据 硬 件 测量 频 率 、相 角 计算 导前 时 间还是 依据 软件 测量 频率 、相 角计 算 导前 时间控 制 合 闸的判 别 ，从而 有效 保证 并 网质 量和 并 网速度 。 ３ ． 具体 实施 方法 ３ ． １ 软件测 量频 率 基 于 富 氏滤 波 的测 频 算 法 具 有 较 强 的
０ ＝ 一 荟一 。
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扰条 件 下保 证高 质量 并网 是 同期装置 开 发过 程 中首先 要 解决 的 问题 。 同 期 装 置 在 并 网 过 程 中 若 能 够 利 用 软 、硬件 测 量 的优点 ，在 电 网中没 有干 扰或 干扰 较小 情 况下采 用硬 件 测量 结果 计算 导前 时 间控制 并 网 ；在干 扰较 强条 件下 采用 软件 测量 结果 计 算导 前时 间控 制并 网可 有效 提高 并 网质量 有 利于 电网 的稳 定运 行 。 ２ ． 软 件测 频 、测相 角差 原理 ２ ． １软件 测频 原理
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种应用软件和硬 件测频 相结合技术 的新型准 同期装置
哈 尔滨电气集团阿城 继电器有 限责任公 司 林 恩民
【 摘要 】微机 准同期是在电力系统 已广泛应用 ，多数都采用模 拟准同期的电压羞、频率差控制 ，尤其 频率准确计 算是 比较困难的 ，因为在一般 的应用场合各 种电磁 干扰 比较 多，从 而使依 靠中断 方式计算频 率不准，本 文采用一种 软件测频方式，有效解决测频不准 的问题。
（ ３ ）
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当Ａ ｆ ＝ ｆ — ｆ ｖ ＝ ０ 时 ，可 以证 明：
Ｕｃ ＝ ｕ ｍｓ ｉ ｎ ０， Ｕｓ ｍ ｕ ｍｃ ｏ ｓ ０。
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即 ： 电压 向量 的相 角 与其 富 氏滤 波相 量
的相 角大 小相等 。设相邻Ｎ 点相量 间的相 角为 ６，此 角 同时也表示 电压 向量 变化 的角度 。
但在 干扰 较 大情 况 下测量 误差 较大 ，会 直接 法 进行 讨 论 。 影 响并 网质 量 。 首 先假 设系 统 电压 可表示 为 ： 软件 测频 相对 于硬件 测 频而 言 ，程序 工 ｕ （ ｔ ） ＝ ｕ ｍ ｓ ｉ ｎ （ ２ Ⅱｆ ｔ ＋Ｏ ）
（ １ ）
作量较大 ，在 电网中没有干扰情况下测量精度 设 当 前待 测 系 统频 率 为 ｆ ，每 周波 采 样 不如硬件 高，但是在有干扰情况下测量精度优 Ｎ 点 ，采样 频率 为Ｎ ｆ Ｖ 。将 式 （ １ ） 离散化 为 于硬件 ，而且干扰越强优势表现越 明显 。 ｕ ｋ ＝ ｕ ｎ ｌ ｓ ｉ ｎ （ ２Ⅱｆ ／ Ｎ ｆ ｖ ＋９） （ ２ ）
即 ： ８＝ ２Ⅱ（ ｆ ／ ｆ ｖ ） ＝ ２Ⅱ（ １ ＋△ｆ ／ ｆ ｖ ） （ ４ ）
可推 出频 率表 达 式 ： △ｆ ＝ ｆ ｖ× ６／ ２
（ ５ ）
长 期 以来 ，人 们 研 究 出 了许 多测 频 算 采 用全 周 富 氏滤 波 算法 均 通 过 式 （ ５ ） 计 法 ，有 最 小二 乘算 法 …、递 推富 氏算 法 、 算 系统 频率 与采 样频 率之 差 ， 同时调 整采 样 全波 富 氏算 法 、卡 尔曼 滤波 算 法 等 。最 频 率达 到频 率跟 踪 的 目的 。 小二 乘法 算法 受谐 波影 响 大 ，卡 尔 曼滤 波 的 ２ ． ２ 软件 测 相角 差原 理
图１启动并网后程序流程
实际 状态 、接 收 电脑钥 匙 的 回传 信 息 ，防误 化 五防 系统仍 然使 用 微机 五 防的 电脑钥 匙 和 范 电 网误操 作事 故方 面 和确保 电网安全 性方 主机 对 当前操 作进 行确 认后 ，进 行 下一 步操 锁 具 ，由此 带来 的缺 陷依 然存 在 。 面有 明显 的进步 ，在 线 式五 防系 统具 备 “ 实 作 ，直到 操作 任务 结 束。 ２ ． ６ 在线 式独 立 五防 时 、在 线 ”的特 点 ，综合 来看 ，在 线 式五 防 ２ ． ５ 一体 化 五防 在 线 式 独 立 五 防 系 统 包 括 防五 防机 、 系 统在 电力 系统 上有 这很 大 的发展 前途 ，值 随着 自动 化 技 术 的 发 展 ，在 监 控 系 统 分布 式现 场 总线 、控 制器 、五 防 闭锁 节点 及 得 广泛 推广 。 中融 入操 作 票专家 系 统和 防误 闭锁 功能 ，实 现 场锁 具 ，如 图 １ 所 示 ，五 防 机 动监 控 系 统 参考文献 现监控 和 五 防的一 体化 ，进 而产 生 了一体 化 获取 一 次设备 实 时数 据 。 １ １ 段新辉， 高新华． 变电站在线式五防技术与应用ｆ Ｍ 】 中 五防 系统 。 在 线 式 独 立 五 防 系 统 的设 计 是 通 过 分 ［
【 关键词 】准 同期 ；软件 测频
１ ． 概 述
计 算量 偏 大 ，影响 实际 应用 。基 于 富 氏滤波
从 输 入 信 号 中 抽 取 基 波 分 量 ，求 出基
同期 并 网 是 电力 系 统 中频 繁 而 又 重要 的测频 算法 具有 较 强的 滤波 能 力， 并且其 计 波分 量 的虚部 和实 部 ，再利 用其 比值 的 反正 的操 作 ，为 保证 供 电系统 安全 、稳 定运 行 ， 算 数据 还 可用 于 电压幅 值测 量 ，因 而具有 较 切求 出相 位角 。 同理计 算 另一侧 相 位角 ，进 要求 同期装 置控 制并 网必 须具 备 安全可 靠 、 好 的实 用性 。 文献 ［ ２ ］ ［ ３ ］ 分 别讨 论 了递推 富 而求 出两侧 电压 的相位 差 。 快速 的特 点。相 角差 和频 率差 的准 确 计算 是 保证 可靠 并 网 的关键 因素 。 硬 件 测 频 、测 相 角 具 有 程 序 简单 、在 电网 中没有 干扰 情况 下测 量精 度 高的优 点 ， 氏滤 波 及 全 周 富 氏滤 波 测 频 算 法 。相 比之 ２ ． ３保证 软件测 频 、相 角差存 在 的问题 下 ，后 者 的滤波 性 能好 于前 者 。同时 ， 由于 在 软件 测 频 的 计 算 中 假 定 采 样 频 率 是 后 者 的计 算 量在 一个 周 波 内与 前 者 相 差 不 信号 频率 的整 数倍 ， 否则计 算 出的频 率 和相 大 ， 因此本 文基 于全 周 富 氏滤波频 率 跟踪 算 角差 存在 因采样 不 同步 导致 的误 差 。 本实 用新 型所 要解 决 的 问题 包括 ： （ １ ） 软件 测 量 频率 精 度 ， 软件 测量 相 角 精度 ； （ ２ ） 并 网过 程 中两 侧 频 率值 相 差较 大 时 如何 保证 两侧 频率 、角 度 的计算 精度 ； （ ３ ） 依据 硬 件 测量 频 率 、相 角 计算 导前 时 间还是 依据 软件 测量 频率 、相 角计 算 导前 时间控 制 合 闸的判 别 ，从而 有效 保证 并 网质 量和 并 网速度 。 ３ ． 具体 实施 方法 ３ ． １ 软件测 量频 率 基 于 富 氏滤 波 的测 频 算 法 具 有 较 强 的
