CN103809025B - 船舶发电机组并网相位差检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了船舶发电机组并网相位差检测方法，该方法是将异或方波信号分别接入同一定时器的两个检测通道，其中一个检测通道对异或方波信号进行上升沿检测，记录检测上升沿时刻，另一个检测通道对异或方波信号进行下降沿检测，记录下降沿检测时刻；用下降沿时刻减去上升沿时刻得到计算结果；如果计算结果大于0，则为并网相位差，如果计算结果小于0，则根据异或波形成原理将该计算结果进行取补计算，则该计算值为并网相位差。该方法不仅可以达到较高的测量和处理精度，满足实用需要，同时还具备硬件装置不具备的适应性强和参数在线调整的能力。

Description

船舶发电机组并网相位差检测方法

技术领域

本发明属于船舶发电机组供电技术领域，尤其涉及船舶发电机组并网相位差检测方法。

背景技术

船舶电站为各类船载用电设备提供电力，其通常由一台以上的发电机组组成，机组的具体数量由船舶的用电量、供电可靠性要求和供电效率要求等因素决定。在船舶运行过程中，随着电力需求的增加和航行工况的需要，经常需要电站中多台发电机组同时向电网供电，这就要求控制装置应能够控制备用发电机组并入电网，并能稳定可靠的并联运行。

发电机组并入带电电网须满足频率、电压和相位均与电网(母排)一致的条件，理论上差值为零，而实际中，通常将差值限制在要求精度以内。并网条件中，频率、电压信号相对稳定，因此检测、计算和比较方法比较简单，易于实现。而相位差由于影响因素较多、呈周期性变化且检测频率要求较高，因此实时的检测和计算具有一定难度。

传统的船舶发电机组同步并网过程的相位差条件判断采用硬件实现，该方法速度快、精度高，但存在适应性差、不易调整的缺点。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题是提供一种船舶发电机组并网相位差检测方法。该方法采用软件对并网相位差进行检测，不仅可以达到较高的测量和处理精度，满足实用需要，同时还具备硬件装置不具备的适应性强和参数在线调整的能力。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种船舶发电机组并网相位差检测方法，其包括如下步骤：

将发电机及电网的电压波形转换成方波，并进行异或处理得到异或方波信号；

将得到的异或方波信号分别接入同一定时器的两个检测通道，其中一个检测通道对异或方波信号进行上升沿检测，获得首次的上升沿时刻，另一个检测通道对异或方波信号进行下降沿检测，获得首次的下降沿时刻；

用首次的下降沿时刻减去首次的上升沿时刻得到计算结果；如果计算结果大于0，则该计算结果为异或方波正向波形脉宽时间，即并网相位差，如果计算结果小于0，则根据异或波形成原理将该计算结果进行取补计算，该计算值为相邻的异或方波正向波形脉宽时间，即并网相位差。

采用上述技术方案，本发明解决发电机组自动同步并网功能软件化过程中，采用常规的高速信号接口和驱动检测函数无法实现相位差检测问题。为软件并车的实现提供了必要条件。通过计算机半物理仿真实验和样机的电站实验室实验，该方法准确有效，可以满足实用要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明：

图1为各种检测方法时序图；

图2为本发明的双检测通道的检测异或方波信号时序图。

具体实施方式

发电机组并网的相位差是通过将发电机及电网的电压波形转换为方波，并进行异或处理得到异或方波信号，从异或方波信号的脉宽时间来确定的。因此，要求控制装置具有对输入的异或方波进行精确的波形识别，不仅可以识别脉冲宽度，还要能够识别先上升沿后下降沿的方波形状。

高速信号接口驱动所提供的脉宽检测方式有三种：上升沿检测，下降沿检测，跳变(上升及下降沿均检测)检测。结合图1所示，举例说明如下：

a为期望检测情况。b为上升沿检测，可以检测两个相邻上升沿之间的时间间隔。c为下降沿检测，可以检测两个相邻下降沿之间的时间间隔。d、e为跳变检测，可以检测两个相邻跳变之间的时间间隔。跳变检测存在两种情况，d是开始采集时正好先检测到上升沿，则该种情况满足要求，能检测到脉冲波形宽度，e是先检测到了下降沿，则情况正好相反，检测到的将全为反向脉冲波形宽度。可见，跳变检测无法识别脉冲得方向。由于异或波的脉宽时间是时刻变化的，且脉冲序列的初始位置无法确定，所以跳变检测的结果将是随机的，无法保证检测的正确性。

为解决这一问题，本发明采用在不改变底层驱动的脉宽检测函数的基础上，采用双高速通道复用脉冲信号，并配以数据校正算法的方法实现相位差异或波的脉宽检测。

将异或方波输入信号分别接入同一定时器的两个检测通道。其中，一个检测通道(简称通道1)采用上升沿检测的方式，另一个检测通道(简称通道2)采用下降沿检测的方式。输入信号后，对基于同一定时器两通道的计数值进行差值计算，定义差值方向为通道2减通道1，为无符号类型，计算结果即对应异或方波的脉宽。该方法的检测原理如图2所示。

由图2所示，检测结果存在两种情况，一种如a，是希望的结果，另一种如b是相反的结果。经分析可知，该结果是由于信号的初始位置无法确定或脉冲丢失造成的。由于本方法已经定义了差值的方向和类型，故相反的捕捉结果得到的计算值为溢出数据，通过对计算所得的差值进行正确性判定，并对非正常数据进行校正计算，来保证检测结果的正确。具体方法是首先对计算值进行溢出判定，如不溢出则为正常数据，如溢出则对数据进行取反计算，再通过通道2的周期取补计算，即得到相邻的正向波形脉宽，例如：

根据数字计算原理，对于所测得的溢出值Δt进行取补运算，由于数据类型为32位无符号数，故得到实际下降沿-上升沿波形脉宽时间T_下-上为：

T_下-上＝0xFFFFFFFF-Δt+1(1)

式中：0xffffffff为取反运算因子。

根据电网及电机相位差变化的规律可知，当异或方波的脉宽处于变窄过程中时，由于机组频率大于电网频率时间，异或方波中两相邻的下降沿有固定的时间间隔，为半个电网周期。故实际上升沿-下降沿波形脉宽时间T_上-下为：

T_上-下＝T_电网/2-T_下-上(2)

联立(1)、(2)，最终可得：

T_上-下＝T_电网/2-0xFFFFFFFF+Δt-1

因此，只需对于异或方波脉宽结果引入判断，对于溢出的数据采用上述算法，即可得到正确的脉宽时间数列。

Claims (1)

1.一种船舶发电机组并网相位差检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

将发电机及电网的电压波形转换成方波，并进行异或处理得到异或方波信号；

将得到的异或方波信号分别接入同一定时器的两个检测通道，其中一个检测通道对异或方波信号进行上升沿检测，获得首次的上升沿时刻，另一个检测通道对异或方波信号进行下降沿检测，获得首次的下降沿时刻；

用首次的下降沿时刻减去首次的上升沿时刻得到计算结果；如果计算结果大于0，则该计算结果为异或方波正向波形脉宽时间，即并网相位差，如果计算结果小于0，则根据异或波形成原理将该计算结果进行取补计算，该计算值为相邻的异或方波正向波形脉宽时间，即并网相位差。