摘 要：研制了一种基于dsp和单片机的自动准同期装置，介绍了该装置的硬件结构、工作原理及软件设计。除了传统的同期功能外，还具有通讯和录波等功能，而且人机界面友好。经测试，该装置能快速、准确、可靠的实现并网操作。

关键词：dsp 准同期 导前时间

1 引言

同期并列是电力系统中经常进行的一项重要操作。发电厂在系统正常运行时，随着负荷的增加，要求备用发电机迅速投入系统，以满足用电量增长的需求；在系统发生事故时，会失去部分电源，要求备用机组快速投入电力系统制止系统崩溃。在变电所，同期操作可以使系统中分开运行的线路断路器正确投入，实现系统并列运行，以提高系统的稳定、可靠运行及线路负荷的合理、经济分配。

随着电力系统容量及发电机单机容量的不断增大，不符合同期条件的并列操作将会带来极其严重的后果。对同期操作进行研究，提高同期并列操作的准确性、快速性和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义[1]。另外，随着变频器的广泛使用，电网中的谐波越来越多，这对同期装置提出了更高的要求。

本文介绍了一种以dsp和单片机为微处理器的自动准同期装置。该装置能够调节发电机电压和频率来快速、平稳地达到并网条件，能捕捉到第一次出现的零相角差时机并将发电机准确、快速、可靠地并入电网。该装置还具有记录合闸回路动作的时间、通讯和录波功能。

该装置的设计综合考虑了在水电厂、火电厂、变电站、抽水蓄能电厂和厂矿企业自备电厂及电动机同期的不同需求。不仅考虑了一般电厂在一般情况下的同期，亦考虑了在特殊场合及异常情况下的同期操作。如发电机同期时的同频不同相状态如对抽水蓄能电厂，抽水蓄能电厂由于变频器产生大量谐波对同期的干扰，以及一些电站对非逆功率并网的严格要求，等等。

2 准同期并列的基本原理

同期并列的理想条件是并列断路器两侧电源电压的三个状态量全部相等，即待并侧频率与系统侧频率相等；待并侧电压与系统侧电压幅值相等；相角差为零。

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的无功功率和有功功率的交换。电网和发电设备，一般都具有承受一定功率交换的能力。相比而言，相角差的存在会给断路器两侧带来更多的伤害，严重时会诱发次同步谐振。因此，一个好的同期装置应确保在相角差为零时完成并网。同时，为加速并网过程，没有必要对压差和频差的整定限制太严。

因此，在实际并列操作中，并列条件允许有一定的偏差，只要并列合闸时冲击电流较小，不危及电气设备。同期装置在同期并列操作时必须满足以下三个条件：

待并侧电压与系统侧电压的电压差 应小于整定值；

待并侧电压频率与系统侧电压频率的频率差 应小于整定值；

在并列断路器主触头闭合瞬间，待并侧与系统侧的电压相位差 为零[2]。

3 硬件设计

该装置采用了双cpu设计，即dsp与mcu的方式。前者作为装置的主cpu，其任务是采样，识别、调节和捕捉同期。后者是装置的辅cpu，承担了人机交互和闭锁同期的功能。两者之间通过串口进行通讯。辅cpu闭锁相角的功能是为了防止主cpu故障而导致误发合闸令。这类似于原来单cpu的准同期装置的合闸回路串联一个同步检查继电器，避免发电机在大相角差时并网。从这一点来说，二者构成了一个表决系统。

这种双cpu系统设计对系统任务并行处理的方式，能充分利用dsp强大的运算能力和丰富的外围接口以及mcu较强的控制能力，更有效地发挥dsp的功效和mcu的特长，这无疑是高性能低成本的系统；同时这种结构又可以保证系统资源上一定程度的冗余，使得今后系统功能的升级和改进变得容易。

本装置选用motorola公司的16位定点处理器dsp56f807为微处理器，它在80mhz的时钟频率下可达40mips的指令执行速度。片内存储器分为程序flash、程序ram、数据flash、数据ram和boot flash；还集成了4个16位的定时器单元，每个定时器单元又包括4个定时器/计数器；2个异步串行通信接口和一个控制器局域网模块can2.0a/b、4×4路12位a/d转换模块，实现了完全的单片化[3]。

同期装置通过硬件测频回路计算两侧电压的频率；跟踪频率交流采样，采用傅氏算法求出电压有效值；把两路硬件测频回路相异或，异或输出信号的宽度反映了两交流信号相角差