SID-2CM同期装置技术说明书

1一、概述SID-2C是深圳市智能设备开发有限公司在总结前七代产品运行经验的基础上，在硬件设计及软件设计上作了较大的改进。除了保留原有产品的精确性及快速性的优点外，还增加了全汉字显示及与上位机进行通讯的功能。这为电站分布式控制系统（DCS）增加了一个重要的智能终端。不仅使运行人员在同期控制器的安装现场可以看到有关并网过程中的各种信息，还能在远方的集控站对并网过程了如指掌。SID-2C系列微机同期控制器有两类产品:SID-2CT适用于1～12条线路并网用，SID-2CM适用于1～12台、条发电机或线路并网复用。各类产品均备有内置试验检测单元，毋需借助其它仪器设备即可进行控制器的例行试验、故障检测及外电路正确性校核等工作。SID-2C系列微机同期控制器的突出特点是确保以最短的时间和良好的控制品质促成同期条件的实现，并不失时机的捕捉到第一次出现的并网机会。本使用说明书可供8个同期点的SID-2CM-8和12个同期点的SID-2CM-12共用。1主要功能：1）SID-2CM有8～12个通道可供1~12台、条发电机或线路并网复用，或多台同期装置互为备用，具备自动识别并网对象类别及并网性质的功能。2）设置参数有：断路器合闸时间、允许压差、过电压保护值、允许频差、均频控制系数、均压控制系数、允许功角、并列点两侧TV二次电压实际额定值、系统侧TV二次转角、同频调速脉宽、并列点两侧低压闭锁值、同频阈值、单侧无压合闸、无压空合闸、同步表功能。3）控制器以精确严密的数学模型，确保差频并网（发电机对系统或两解列系统间的线路并网）时捕捉第一次出现的零相差，进行无冲击并网。4）控制器在发电机并网过程中按模糊控制理论的算法，对机组频率及电压进行控制，确保最快最平稳地使频差及压差进入整定范围，实现更为快速的并网。5)控制器具备自动识别差频或同频并网功能。在进行线路同频并网（合环）时，如并列点两侧功角及压差小于整定值将立即实施并网操作，否则就进入等待状态，并发出遥信信号。6）控制器能适应任意TV二次电压，并具备自动转角功能。7)控制器运行过程中定时自检，如出错，将报警，并文字提示。8)在并列点两侧TV信号接入后而控制器失去电源时将报警。三相TV二··2次断线时也报警，并闭锁同期操作及无压合闸。9)发电机并网过程中出现同频时，控制器将自动给出加速控制命令，消除同频状态。控制器可确保在需要时不出现逆功率并网。10)控制器完成并网操作后将自动显示断路器合闸回路实测时间，并保留最近的8次实测值，以供校核断路器合闸时间整定值的精确性。11)控制器提供与上位机的通讯接口（RS-232、RS-485），并提供通讯协议，和必需的开关量应答信号，以满足将同期控制器纳入DCS系统的需要。12)控制器采用了全封闭和严密的电磁及光电隔离措施，能适应恶劣的工作环境。13)控制器供电电源为交直流两用型，能自动适应48V、110V、220V交直流电源供电。14)控制器输出的调速、调压及信号继电器为小型电磁继电器，合闸继电器则有小型电磁继电器及特制高速、高抗扰光隔离无触点大功率MOSFET继电器两类供选择，后者动作时间不大于2毫秒，长期工作电压直流250V，接点容量直流5安。在接点容量许可的情况下，可直接驱动断路器，消除了外加电磁型中间继电器的反电势干扰。(该继电器为选购件)。15)控制器内置完全独立的调试、检测、校验用试验装置，不需任何仪器设备即可在现场进行检测与试验。16）可接受上位机指令实施并列点单侧无压合闸或无压空合闸。17）在需要时可作为智能同步表使用。2技术指标1）输入待并断路器两侧的TV二次电压为100伏或100/3伏，或一侧为线电压，另一侧为相电压。各并列点均可分别对系统侧TV二次电压进行转角设置，故不需隔离变压器和转角变压器。2）全部输入开关量（并列点选择、远方复位、起动同期工作、单侧无压合闸确认、无压空合闸确认、断路器辅助接点等）均为常开空接点。3）输出开关量（加速、减速、升压、降压、合闸、功角越限、报警、失电等）控制信号使用小型电磁继电器常开空接点（“失电”为常闭）,接点容量220VAC，5A或220VDC，0.5A。在合闸回路使用光隔离无触点MOS继电器时为250VDC.5A（选件）。4)RS-232及RS-485通讯接口各一个。35)工作电源48～220伏交直流电源均可，功耗不大于20伏安。6)绝缘强度：弱电回路对地：500伏50赫1分钟强电回路对地：2000伏50赫1分钟强弱电回路间：1000伏50赫1分钟7)工作环境：工作温度：0C～50C、贮存温度：-20Ｃ～70Ｃ相对湿度：不大于90%二工作原理1电力系统并网的两种情况并网的确切定义：断路器两侧都存在电源的合闸操作称之为并网，并网有以下两种情况：1）差频并网：发电机与系统并网和已解列两系统间联络线并网都属差频并网。按准同期条件并网时需实现并列点两侧的电压相近、频率相近在相角差为0度时完成并网操作。2）同频并网：未解列两系统间联络线并网属同频并网（或合环）。这是因并列点两侧频率相同，但两侧会出现一个功角，的值与联接并列点两侧系统其它联络线的电抗及传送的有功功率成比例。这种情况的并网条件应是当并列点断路器两侧的压差及功角在给定范围内时即可实施并网操作。并网瞬间并列点断路器两侧的功角立即消失，系统潮流将重新分布。因此，同频并网的允许功角整定值取决于系统潮流重新分布后不致引起新投入线路的继电保护误动，或导致并列点两侧系统失步。2差频并网合闸角的数学模型准同期的三个条件是压差、频差在允许值范围内时应在相角差为零时完成并网。压差和频差的存在将导致并网瞬间并列点两侧会出现一定无功功率和有功功率的交换，不论是发电机对系统，或系统对系统并网对这种功率交换都有相当承受力。因此，并网过程中为了实现快速并网，不必对压差和频差的整定值限制太严，以免影响并网速度。但发电机并网时角差的存在将会导致机组的损伤，甚至会诱发后果更为严重的次同步谐振（扭振）。因此一个好的同期装置应确保在相差为零时完成并网。在差频并网时，特别是发电机对系统并网时，发电机组的转速在调速器的作用下不断在变化，因此发电机对系统的频差不是常数，而是包含有一阶、二阶或更高阶的导数。加之并列点断路器还有一个固有的合闸时间tk，同期装置必须在零相差出现前的tk时发出合闸命令，才能确保4在=0时实现并网。或者说同期装置应在=0到来前提前一个角度k发出合闸命令，k与断路器合闸时间tk、频差s、频差的一阶导数及频差的二阶导数等有关。其数学表达式为：同期装置在并网过程中需不断快速求解该微分方程，获取当前的理想提前合闸角k。并不断快速测量当前并列点断路器两侧的实际相差，当=k时装置发出合闸命令，实现精确的零相差并网。不难看出获得精确的断路器合闸时间tk（含中间继电器）是非常重要的，因此SID-2C系列准同期控制器具有实测tk的功能。同时也不难看出计算机对k的计算和对的测量都不是连续进行的，而是离散进行的。从而使得我们不一定能恰好捕获k=的时机。这就会导致并网的快速性受到极大的影响。本控制器用另一微分方程实现对合闸时机的预测，可靠实现了达到极值的并网速度。3均频与均压控制的方式实现快速并网对满足系统负荷供需平衡及减少机组空转能耗有重要意义。捕捉第一次出现的并网时机是实现快速并网的一项有效措施，而用良好控制品质的算法实施均频与均压控制，促成频差与压差尽快达到给定值也是一项重要措施。SID-2CM控制器使用了模糊控制算法，其表达式为：U=g（E，C）式中U—控制量，E—被控量对给定值的偏差，C—被控量偏差的变化率，g—模糊控制算法。模糊控制理论是依据模糊数学将获取的被控量偏差及其变化率作出模糊控制决策。下面的模糊控制推理规则表可描述其本质。表中将偏差E的模糊值分成正大到负大共八档，将偏差变化率C的模糊值分成正大到负大共七档，与它们对应的控制器发出的控制量U的模糊值就有56个，从正大到负大共七类值。以调频控制为例，如控制器测量的频差s=F-X（F、X分别为待并发电机及系统的角频率）为负大，而频差变化率——也是负大，则控制量U为零（表中右下角的值）。这表明尽管发电机较之系统频率很低，但当前发电机频率正以很高的速度向升高方向变化，因此无需控制发电机频率就能恢复到正常值。dωsdtd2ωsdt2t3kdt2ωsd261t2kdtωds21tkωskdtdωs5E正大正中正小正零负零负小负中负大正大零零负中负中负大负大负大负大正中正小零负小负小负中负中负大负大正小正中正小零零负小负小负中负大零正中正中正小零零负小负中负中负小正大正中正小正小零零负小负中负中正大正大正中正中正小正小零负小负大正大正大正大正大正中正中零零人们很自然的会想到这些模糊控制量的值具体在控制过程中到底是多少呢？应该有个量化的环节，例如变成控制器发出控制信号的脉冲宽度和脉冲间隔。SID-2CM控制器正是通过均频控制系数Kf和均压控制系数Kv两个整定值来对控制量进行量化的，Kf及Kv的选取是在发电机运行过程中人工手动将频差或压差控制超出频差及压差定值的工况下进行，根据SID-2CM控制器在纠正频差及压差的过程中所表现的控制质量来修改Kf及Kv，当发现纠正偏差的过程太慢，则应加大Kf或KV，反之，如纠正偏差过快并出现反复过调，则应减小Kf或KV，直到找到最佳值。我们不难看到SID-2CM控制器实际上是针对发电机组调速系统及励磁调节系统的具体特性来整定控制系数的。三结构与接线1外形尺寸SID-2CM型控制器采用仪表盘嵌装式结构，安装尺寸见附录Ⅳ2面板说明面板如下图CU6面板的左上方为一个12864点阵带背光的液晶显示器，用于显示菜单及设置参数，显示并列点代号、系统频率、系统电压、发电机频率、发电机电压、断路器合闸时间及其它信息。左下方为发光管构成的同步指示器，指示待并侧与系统侧电压在并网过程中的相位差。“频差/功角”及“压差”指示灯在差频并网时越上限为绿色，越下限为红色，同频时频差灯也为红色，不越限时熄灭。同频并网时如果功角或压差越限，指示灯为橙色。“合闸”指示灯在控制器发出合闸命令期间点亮（红色）。面板右方有一向下可打开的盖板，打开盖板后可见到左面有工作方式选择开关及工作方式指示灯，用于设置控制器的三种工作方式，即“工作”、“测试”及“设置”方式。工作方式选择开关上方的工作（红色）、测试（绿色）、设置（黄色）指示灯分别与之对应。“工作”方式用于发电机或线路并网；“测试”方式用于现场试验或对控制器本身的硬件测试；“设置”方式用于整定参数和数据查询。在工作方式选择开关上方有7个按键，左键、右键、上键、下液晶显示器090-90180深圳市智能设备开发有限公司合闸电源SF确认▲▼►◄○○○○○○○○○复位降压升压减速加速合闸报警闭锁功角大远方复位辅助接点○○○○○○○○TV二次断线试验开关退出○○○●方式选择RS-232VSVG测试电源VSVG合闸频差压差ОО工作测试设置功角USφUSLUGφUGLP1P2P3P4P5P6P7P8P9P10P11P12ESSNCMTVTV二次电压选择并列点选择SFSASBSCGFGAGBGCSID-2CM型微机同期控制器7键、确认键、退出键、复位键。左、右键用于选择待设置参数，上、下键用于选择菜单项或改变参数值，“确认”键用于选择功能或存贮参数，“退出”键用于退出目前操作程序，“复位”键用于使程序复位。面板右方为测试模块的操作及指示部件，测试模块用于产生待并点两侧的TV电压，模拟有关的输入开关量信号，和指示控制器输出有关控制信号的状态。“远方复位”键用于模拟来自控制台的远方复位命令，引起控制器程序复位。“辅助接点”键用于模拟并列点断路器的辅助接点，反映断路器是否已合上,及实测断路器合闸回路时间。面板中部的12个并列点选择开关P1-P12，用以模拟12个并列点的同期开关状态，开关拨向上方表明该并列点选中。EC、SM、ST、NV分别为无压空合闸确认、同步表功能选择、起动同期工作、单侧无压合闸