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•机械研究与应用•2020年第6期（第33卷，总第170期）电机工程doi： 10.16576/ki. 1007-4414.2020.06.051基于STM32自动准同期并列装置的设计张鹏\杨勇2,崔力心2,陈仕彬2(1.国网天水供电公司，甘肃天水741000 ; 2.国网甘肃省电力公司电力科学研究院，甘肃兰州 730070)摘要：电气工程师近年研制了许多微机式自动准同期并列装置。
但是，都仍然采用模拟式自动准同期并列装置的方式，并没有发当今社会微机电脑的作用，限制了微机式自动准同期并列的作用。
针对这种状况，基于单片机STM32自动准同期并列的硬件及软件的设计，通过硬件设计及软件编程自动调节三个并列因素，使之满足机组并列条件。
可以进一步提高电网的精确度、快速性和可靠性。
关键词：自动准同期；stm32单片机;调理电路；信号采集中图分类号：TN8 文献标志码：A 文章编号：1007-4414(2020)06-0187-05Design for the Automatic Quasi-Synchronous Parallel Device based on STM32ZHANG Peng(Tianshui Power Supply Company，Stale Grid Corporation of China，Tianshui Gansu 74]000，China)A bstract：With the development of science and technology, the fluctuation of load is more and more serious, and the numberof generators is often increasing or decreasing, so the automatic quasi-synchronization is one of the important operations in power system. Because of the increase of capacity, misoperation will lead to very serious consequences. Therefore, it is very important to improve the accuracy, rapidity and reliability of power system interconnection. At the earliest time, the "rotating light method" was used for grid connection in China；then, the manual quasi — synchronous parallel device consisting of a pointer electromagnetic winding step-by-step meter was adopted in China. In the 1980s, most parts of our country adopted the analog automatic quasi-synchronization device consisting of discrete devices. However, the instability of the analog device leads to many erroneous actions and accidents. Therefore, we design a digital parallel device based on STM32fl03ZE MCU.Because of its simple hardware, convenient programming and mature development trend, it has become the main body of automatic quasi-synchronous parallel device in todays society. The device includes conditioning circuit, switching circuit, MCU, LCD. The designed micro-computer automatic quasi-synchronization parallel device has high reliability, rapidity and stability.Key w ords：automatic quasi-synchronization；STM32 single chip computer；conditioning circuit；signal acquisition0引言随着疫情过后消费业与工业的迅速恢复，以及今 冬明春各地区供暖问题，我国湖南、浙江等省份出现 电力紧张、供电缺口等问题，备用发电机组的投运操 作频繁，所以快速、准确的调整电压、频率、相位，使备 用机组稳定的投人到电网中，自动准同期并列操作将 是电网稳定运行的必要条件之一。
同步发电机自动并列装置课程设计同步发电机自动并列装置是电力系统中常用的电力设备，并列运行多台发电机可提高系统的稳定性和可靠性。
因此，设计一套可靠的同步发电机自动并列装置非常重要。
在同步发电机自动并列装置的课程设计中，首先需要了解同步发电机的工作原理和特性。
同步发电机是一种将机械能转化为电能的设备，它与电力系统中的负荷和其他发电机相互作用。
同步发电机的电压、频率和功率因数等参数需要在一定范围内控制和调节，以保持系统的平衡和稳定。
设计同步发电机自动并列装置的关键在于实现多台发电机的自动调节和同步。
通过合理的控制策略和保护措施，可以实现发电机的启动、停机、负荷分配和断路器切除等功能。
此外，还需要考虑发电机之间的相互作用和调节过程中可能出现的不稳定现象，如振荡、电压跌落等。
为了完成同步发电机自动并列装置的课程设计，需要进行以下步骤：1. 确定设计要求：根据系统的负荷需求和容量要求，确定需要并列运行的发电机数量和功率等级。
2. 选取控制硬件：选择合适的控制器、传感器和执行器等硬件设备，以实现发电机的自动调节和同步。
3. 设计控制策略：根据同步发电机的特性和工作原理，设计合理的控制策略，包括启动、停机、负荷分配和断路器切除等功能。
4. 进行仿真和实验：利用电力系统仿真软件进行仿真实验，验证设计方案的可行性和稳定性。
5. 进行参数调整和优化：根据仿真实验的结果，对控制策略进行参数调整和优化，以提高系统的稳定性和效率。
6. 撰写课程设计报告：总结设计过程和结果，撰写课程设计报告，包括设计原理、仿真实验结果和设计总结。
通过以上步骤的设计和实验，可以获得一套可靠的同步发电机自动并列装置。
这套装置可以实现多台发电机的自动调节和同步，并能保持系统的稳定性和可靠性，为电力系统的运行提供良好的支持。
同步发电机自动准同期并列综述任治坪新疆大学电气工程学院，（新疆大学电气工程学院，新疆乌鲁木齐 830008） 830008）本文介绍的是同步发电机的自动准同期并列基本原理，其中包含了同期并列的基本条件，模拟式自动准同期装置的原理，微机型自动准同期装置的原理等内容。
关键字：同期并列整步电压恒定越前时间周期法解析法 DFT 类算法0、引言随着工业社会的不断发展电力行业显得越来越重要，而同期并列是电力系统中经常进行的一项十分重要的操作。
不恰当的并列会对发电机和系统产生巨大的冲击损坏电气设备影响电力系统的稳定性造成成本升高甚至造成人员伤亡。
本文即针对发电机同期并列的原理及过程进行了阐述。
1、准同期装置的发展电力系统中的同期并列方式主要有自同期并列和准同期并列两种，其中自同期并列主要用于水轮发电机组，作为处理系统事故的重要措施之一。
但是由于自同期的使用不可避免地会出现较大的冲击电流并伴随母线电的下降，因此所使用的场合不多，相反应用最广泛的是准同期并列，我国是世界上微机准同期装置最早研制的国家之一， 1982年在安徽陈村水电站成功投入了第一台微机同期装置。
八十年代中期又陆续推出了一些类似装置。
目前国内有许多科研、制造单位都在进行微机自动准同步装置的研制。
准同期装置的发展经历了如下三代产品：第一代，在二十世纪六十年代以前，我国大多采用“旋转灯光法”进行准同期并列操作14。
这是最原始的准同期方法。
后来改用指针式电磁绕组的整步表构成的手动准同期装置。
这种方法仍然应用在常规的设计中。
第二代准同期装置是以许继的zz03和ZZQS为代表的模拟式自动准同期装置。
它用分立晶体管元件搭建硬件电路，对同期条件进行检测和处理。
ZZQ3和ZZQS自动准同期装置的出现，极大的提高了并网速度和可靠性，但由于模拟式同期装置用模拟电子元件拟合，必然带来诸如导前时间不稳定、阻容电路作为微分电路的条件约束、构成装置元器件参数漂移不稳定等问题。
第29卷第4期2009年4月电 力 自 动 化 设 备Electr ic Po wer Auto mation Equipment Vo l.29No.4A pr.200987双单片机实现的双原理自动准同期并列装置江亚群1,何怡刚1,黄 纯1,潘 华2(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;2.湖南省超高压输变电公司,湖南长沙410015)摘要:研制了一种用双单片机实现的双原理自动准同期并列装置,该装置内部采用插件式结构,有2个单片机插件,分别采用侧重于硬件电路和软件算法的同期检测原理,CPU 采用80296SA 单片机。
当2个单片机检测到同期条件符合时,才发出并列合闸信号,可最大限度地避免非同期误并列。
装置采用一种基于加窗插值傅里叶变换及校正原理的准同期并列测量算法,在采样频率固定、发电机频率范围变化大的情况下,可同时精确测量并列两侧电压参数,保证并列的准确性和快速性。
关键词:自动准同期;发电机;电力系统;双单片机;CPU 中图分类号:TM 76;T P 273文献标识码:A 文章编号:1006-6047(2009)04-0087-040 引言目前,微机型自动准同期并列装置实现的原理、方法主要有2类:一类用硬件电路测量并列双方电压频率和相角差,另一类则通过交流采样用数值算法计算2个电压频率和相角差。
前者侧重于硬件,运算简单,对CPU 运算速度要求低,目前被相当一部分同期装置采用[1-6];但该方法需要频差和角差测量硬件电路,且其测量精度易受输入信号中的噪声、高次谐波及其他扰动的影响。
后者侧重软件计算,不需专用频差和角差测量电路,测量精度及同期性能取决于频率、相角及幅值的微机算法。
传统应用于同期并列的电参量测量算法(如傅里叶变换算法[7-8]、递推最小二乘算法等[9]),均要求对信号进行同步采样,否则会出现较大的误差。
但并列装置测量的2个电压信号频率不等,且发电机电压的频率会在一个较大范围内变化,同时实现2个信号的整周期采样十分困难。
万方数据万方数据万方数据万方数据双单片机实现的双原理自动准同期并列装置作者：江亚群， 何怡刚， 黄纯， 潘华， JIANG Yaqun， HE Yigang， HUANG Chun， PAN Hua 作者单位：江亚群,何怡刚,黄纯,JIANG Yaqun,HE Yigang,HUANG Chun(湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙,410082)， 潘华,PAN Hua(湖南省超高压输变电公司,湖南长沙,410015)刊名：电力自动化设备英文刊名：ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT年，卷(期)：2009，29(4)被引用次数：1次1.杨冠城电力系统自动装置原理 20052.彭晓涛.王少荣.程时杰高性能微机自动准同期装置[期刊论文]-电力系统自动化 2002(05)3.郭建.周斌新型微机自动准同期装置设计[期刊论文]-电力自动化设备 2005(08)4.粟梅.郭旭东.官诗军一种新型的微机自动准同期装置[期刊论文]-电力系统自动化 2000(02)5.张晓英.党存禄.王树东基于单片机和CPLD的同步发电机自动准同期装置设计[期刊论文]-电力自动化设备2007(08)6.钱晟.汗福明.黄立军智能双微机自动准同期装置的设计[期刊论文]-电力系统自动化 1999(14)7.李振然利用富里叶变换实现微机自动准同期 1994(04)8.陈小桥.周水斌.王先培一种新的相位(差)算法及其在自动准同期中的应用[期刊论文]-武汉大学学报(工学版) 2003(06)9.李振然基于递推最小二乘算法和自适应采样的微机自动准同期 1995(03)10.周斌一种适用于自动准同期装置的改进傅立叶相位差算法[期刊论文]-继电器 2007(20)11.黄纯.何怡刚.江亚群一种新的自动准同期并列算法的研究[期刊论文]-中国电机工程学报 2005(03)12.HARRIS F J On the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier transform1978(01)13.张伏生.耿中行.葛耀中电力系统谐波分析的高精度FFT算法[期刊论文]-中国电机工程学报 1999(03)14.丁康.罗江凯.谢明离散频谱时移相位差校正法[期刊论文]-应用数学和力学 2002(07)15.许昌继电器研究所JB/T 3950-1999.中华人民共和国机械行业标准--自动准同期装置 19991.期刊论文郭雷.吴慧颖.焦立娜发电机自动准同期并网断路器拒合原因分析-科技信息2009(14)在电力系统中有着数以千计的发电机组,并网操作是电厂最频繁的操作之一.虽然自动准同期装置得到广泛应用并能够实现快速、安全、稳定的并网,但是并网时并网断路器拒合的现象时有发生,严重的影响了电厂的正常运行和经济效益.为了能够快速查找和解决此类故障,本文作了详细的介绍.2.期刊论文李业兴.邓志杰.李文慧基于DSP的自动准同期装置的设计与实现-电气应用2006,25(8)在电力系统中,自动准同期装置在发电机并列操作中起着重要作用.为进一步提高电力系统并列操作的安全性和可靠性,研制了一种基于DSP技术的新型自动准同期装置,该装置硬件系统结构简单、性能可靠,能够快速、准确地实现发电机并网.详细叙述了装置的原理和软硬件设计,并且给出采用CAN总线技术与上位机通信的方案.3.学位论文邹华PLC应用于发电机自动准同期控制的研究和探讨1999该文着重研究了PLC(可编程控制器)用于发电机自动准同期的控制,探讨了以PLC作为自动准同期控制系统主控单元的可行性.该文还设计了一个以TSX 37-22 PLC为核心的自动准同期控制系统.PLC具有可靠性高、抗干扰能力强等优点,它的模块化的框架结构和可视化的故障诊断功能使得整个控制系统设计简单、可靠.该自动准同期控制系统以TSX 37-22为控制核心,采用乘积频率转换器AD7750构成压差检测前置回路,压频转换在数字域里实现,以确保转换精度.频差和相角差检测前置回路则由比较器LM393将正弦电压信号转变为方波信号.利用TSX 37-22的高速计数功能对压差、频差和相角差检测前置回路产生的频率信号进行计数处理并最终获得所需的压差、频差和相角差信息.该文给出了控制系统具体的软、硬件设计方法,并对其进行了调试和实验验证.实验结果初步表明PLC用于发电机自动准同期控制是可行的.该文对PLC用于发电机自动准同期控制进行了有意义的探讨,为促成将来控制系统朝着集成化、模块化方向发展迈出了一步.4.期刊论文张建光CM-320双微机自动准同期控制器技术特点分析与实际应用-科技资讯2008(3)电力系统发电机同期并网是电网系统和发电机可靠安全运行的重要环节,快速可靠同期并网既保证电网和发电机的安全运行,又能提高发电机组的运行经济效益.本文对CM-320双微机自动准同期控制器的控制原理、软件流程、硬件组成的功能分析和实际应用.5.会议论文曾翔君.陶慧斌.申忠如.丁晖关于发电机并网的研究2000发电机在启动以后,最终要并入电网运行.发电机并网要求发电机满足准同期条件,否则,将给发电机带来巨大损害,从而造成重大事故.发电机并网是发电厂的一件大事,要求准确、快速.准确是安全的保障,而快速则可减小发电机的空转损耗.目前,发电厂普遍对发电机并网引起的冲击、并网时间作了严格的规定,成为全厂重要的安全指标.现在,除了少数小型发电厂仍然采用手动方式,大多数都是借助专用仪器——同期装置来完成发电机的并网的.随着计算机工业的发展和数字技术的迅猛进步,研制使用能够自动实现发电机并网的智能仪器已成为发电厂技术革新和自动化改造的重要课题.本文探讨了发电机安全并入电网所需的各种条件,借助工程计算软件MATLAB强大的数值分析及绘图功能对不同条件下的并网过程进行了仿真分析,从而得出了一些重要的结论.这些结论为自动准同期装置的研制提供了理论根据,提出了一个实际可行的研制方案.本文可供正在进行同类研究的其他技术人员参考.6.期刊论文张小飞NAS965微机自动准同期装置在热电厂的应用-冶金动力2010(2)随着电力系统的快速发展和大容量机组的增多,发电机组的并网操作显得更加重要.针对目前马钢热电总厂自动准同期装置存在的问题,简述了NAS965微机自动准同期装置的工作原理、主要功能及成功应用.7.期刊论文曾翔君.刘国伟.申忠如.霍大渭发电机并网的仿真研究-西北电力技术2001,29(6)发电机并网要求满足准同期条件,并网要求准确、快速.准确可以保障安全和减少对发电机并网引起的冲击,而快速则能够减小发电机的空转损耗.随着计算机工业的发展和数字技术的迅猛进步,研制使用能够自动实现发电机并网的智能仪器已成为发电厂技术革新和自动化改造的重要课题.本文探讨了发电机安全并入电网所需的条件,借助工程计算软件MATLAB强大的绘图功能对不同条件下的并网过程进行了仿真分析,从而得出了一些重要的结论.这些结论为自动准同期装置的研制提供了理论根据.8.会议论文范立新浅谈大型发电机自动准同期回路的调试2008介绍了目前大型发电厂发电机自动准同期典型回路情况，分析了发电机自动准同期回路可能存在的问题,提出了对发电机自动准同期回路全面检查调试的方法和注意事项，使发电机同期并网时能更安全、可靠。
