基于GPS的功角测量及同步相量在电力系统中的应用研究(2)

基于GPS同步时钟的相量测量装置PMU是在采样电压和电流后再经傅里叶变换才能得到发电机转子角度，也较为耗时。

1.2.2 直接测量法

利用转子位置与空载电势在相位上的对应关系，用转子位置信号代替空载电势参与相位比较。

较早应用的是闪光灯法[4]，是在被测试同步机的轴上装一金属圆盘，在圆盘上画上与被测试电机的极对数相同的明显的标记。当电机运行时，用闪光灯照射圆盘，闪光灯的电源来自被测试电机的端电压，并将闪光灯置于同步档，这时闪光灯的闪光频率与被测试电机的转速同步，看上去圆盘上的标记的位置静止不动。在金属盘的圆周外围安装一个静止的圆弧形刻度盘，先确定被测试电机空载时标记的位置。当被测试电机带负载后，再观察标记位置相对空载时所偏移的电角度，这就是被测试同步电机的功角大小。这种方法比较直观，但当被测试电机的极对数较多时其测量的准确度不高。

相位计法[4]是在被测试电机的电枢槽口安装几匝细导线作为d轴位置的测量绕组，其极距应与该电机原有绕组一样；或在被测试电机的轴上安装一台极数相同的，其d轴与主机重合的微型同步电机，以便获得空载时电势Eq的信号。将被测试电机的端电压U经过移相器和空载电势Eq的信号一起送到相位计。当被测试电机空载运行时，调节移相器，使相位计的指示为零，被测试电机带负载后相位计的读数即为功角δ之值。如果是采用带有模拟量输出的相位计，可测得与被测功角δ成正比的电信号，结合用光线示波器可拍摄功角δ变化的动态过程曲线。或者用微型计算机控制的数据采集系统，获取功角δ变化过程的数据。这种方法实行难度大，因为电机改造绝非易事。

数字式功角测量仪[4]是在被试电机的轴上装一个投射式或反射式的光电圆盘，盘上均匀分布的孔数或黑白相间的标记块数与被试电机的极对数p相等。当圆盘随同步电机作同步速旋转一周时，光电二极管产生代表Eq的矩形脉冲。由带可调电阻的RC移相器给初始零相位的设定提供移相之用，即当被试电机为空载(δ=0)时，调节机端电压U的相位使之与Eq同相，当被试电机带负载时，输出的脉冲宽度折算成的角度即代表被试功角的大小。实际上是通过获得机端电压与其空载电势过零点的时间差，然后转换成相应的角度，即采样――相位检测――时间差――显示(即Φ=T)，以测取功角。但是该方法仅仅给出了测量功角的一个方法，并不适于实时监视。因为测量功角要求有一个空载过程，以便取得实际测量时的Eq相量角度，在实际应用中特别是在实时检测系统中，这是不现实的。

磁阻位置传感器法[5]通过磁阻位置传感器来测量电机转轴的位移获得发电机空载电势Eq矢量。设电机磁极为一对，利用电机转轴装有的60磁齿齿轮，由磁阻位置传感器产生的信号频率为50×60=3000Hz，当转速为额定转速时，将信号整形后经60分频器即可获得所需要的方波信号。首先进行一次空载过程，以获取方波信号与从电压侧得到的方波信号相位之差，调整磁阻传感器的安装位置，直到上述偏差为零。带负载后，所得差值即为功角δ。

文献[6]通过分析功角也为产生矢量E0的转子主磁通和产生端电压的合成磁通(由转子磁通、定子电枢反应磁通和漏磁通合成)之间的相角，即测量转子磁极中心线与合成的等效磁极中心线间的电角度来获得功角。

无论汽轮发电机组还是水轮发电机组都装有测速装置，因此文献[7]提出利用转速表来测量功角。该装置的构成是:在发电机的轴上安装一个60个齿的齿轮，这60个齿大小完全一样，均布在圆盘上。转速表的测量电路负责检测齿轮所发出的脉冲，每60个脉冲代表转子旋转一周。转子的瞬时速度由下式表示(T0为两个相邻脉冲的时间间隔)：

只要已知转子在初始时刻的位置θ0以及任意时刻的速度ωr(t)，就可以准确地确定转子在任意时刻的位置θ(t)。ωr(t)由转速表负责测量，其测量精度与电力系统的稳定状态无关，所以在正确确定θ0后，能通用于电力系统的任意状态，并且也通用于汽轮发电机组和水轮发电机组。(责任编辑：admin)