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电网自动准同期装置电气设计

目录
电网自动准同期装置电气设计 i
1 概述 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究意义 3
1.3 国内外自动准同期装置现状 5
1.4 研究内容 7
2 相关原理 9
2.1 电力系统并列相关概念介绍 9
2.2 滤波器知识介绍 12
2.3 锁相环路原理 13
2.4 相角检测器的原理 15
3 恒定越前时间准同期模型 17
3.1 自动准同期并列装置组成 17
3.2 锁相准同期的实现 18
3.3 恒定越前时间准同期并列的基本原理 19
3.4 相角差与方波异或信号宽度的关系 20
3.5 自动并列合闸时机捕捉的函数插值法 22
4 合闸控制部分电路设计 24
参考文献 25
致谢 27
附录一 28

摘要:本文探讨了自动准同期技术在电力系统并列操作中的应用。首先，通过绪论部分，详细阐述了研究背景、意义以及国内外自动准同期装置的现状，明确了本文的研究内容和方向。接着，在相关原理部分，介绍了电力系统并列的基本概念、滤波器知识、锁相环路原理等原理。其次，在合闸控制部分电路设计中。
关键词:自动准同期；合闸信号控制；电力系统并列；

Abstract:This paper discusses the application of automatic quasi-synchronousity technology in parallel operation of power system. Firstly, through the introductory part, the research background,significance and the current situation of automatic quasi-synchronous devices at home and abroad are elaborated in detail,and the research content and direction of this paper are clarified.Then,in the part of related principles,the basic concepts of power system parallelism,filter knowledge,and phase-locked loop principle are introduced.Secondly,in the circuit design of the closing control part,a triangular wave generator is first designed,including a waveform conversion circuit and a phase sensitivity circuit,to achieve accurate waveform control and phase angle detection. Then,the circuit was simulated and analyzed by MATLAB software, and the Monte Carlo simulation method and case analysis were used to verify the effectiveness and accuracy of the design.Finally,in the conclusion part,this paper summarizes the research results and points out the important role and application prospect of the automatic quasi-synchronous closing signal control experimental device in the parallel operation of power system.
Keywords:Automatic quasi-synchronicity;Closing signal control;Parallel power system;MATLAB simulation

1 概述
1.1 研究背景
3月12日，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》（以下简称《规划纲要》）发布。《规划纲要》针对我国未来的能源发展，已经制定了全面的战略部署，明确了构建现代化能源体系的具体行动路径，并对执行能源资源安全战略进行了深入的规划，同时也制定了针对气候变化的积极应对措施。要把节能减排作为实现可持续发展的重要支撑。积极推动能源革命，致力于构建一个清洁、低碳、安全且高效的能源体系，以增强能源供应的保障能力。以节能减排为主攻方向，优化电力结构，完善电网布局，大力发展可再生能源，加强智能电网建设，强化能源管理，促进能效持续攀升，增强能源安全保障能力。为了加速非化石能源的发展，我们必须坚持集中和分散的发展策略，大幅度提高风电和光伏发电的规模。同时，我们也要加速东部和中部地区的布式能源发展，有序地推进海上风电项目，加速西南水电基地的建设进程，确保沿海核电建设的安全和稳定。此外，我们还需要建立一系列多能源互补的清洁能源基地，使得非化石能源在总能源消费中的占比达到大约20%。大力发展风能、太阳能等可再生能源，积极开发利用海洋能、地热能和生物质能。努力将煤炭生产集中到资源丰富的区域，合理地控制煤电建设的规模和发展速度，推动用电替代煤的发展。加强天然气管网布局规划研究，积极拓展城市燃气供应市场。我们应当有序地放宽对油气勘探和开发市场的准入条件，加速深海、深层以及非常规油气资源的利用，以促进油气的增储和上产。大力发展风能等可再生能源，积极推广“绿色电力”技术和装备。根据实际情况来开发和利用地热能源。大力发展可再生能源发电，积极发展分布式新能源，促进电力电子产业发展，完善能源互联网体系。努力提升特高压输电通道的使用效率。优化电力资源配置结构，降低发电成本。为了加速电网基础设施的智能化改造和智能微电网的建设，我们需要提升电力系统的互补互济和智能调节能力，加强源网荷储的衔接，提高清洁能源的消纳和存储能力，增强向边远地区的输配电能力，推动煤电灵活性的改造，加快抽水蓄能电站的建设和新型储能技术的规模化应用。推动风电、太阳能发电并网运行，发展多能互补的分布式新能源系统，促进可再生能源与常规能源协同优化利用。我们正在努力完善煤炭的跨区域运输通道和集疏运系统，同时也在加速天然气主干管道的建设，并努力完善油气的互联互通网络。

电力被视为现代社会的核心，它的稳定供应对于工业制造和人们的日常生活起到了不可或缺的角色。近年来我国经济快速发展，城市规模不断扩大，导致了用电负荷不断增长，传统的电力供应方式已经不能满足日益增长的用电需要，因此大力发展新能源是大势所趋。由于对清洁能源的强烈需求，垃圾发电厂作为一种环境友好且可持续的能源生成方式，逐步赢得了广泛的社会关注。目前国内大多数垃圾发电厂仍采用燃煤发电机组作为主要发电设备。作为垃圾发电站的关键部分，电气系统的设计品质会直接决定发电的效率、系统的稳定性以及对环境的友好性。因此，对于垃圾发电厂而言，提高电气一次设计水平具有十分重要的现实意义。本研究的目的是深入了解垃圾发电厂电气一次设计的关键性和基本原则，希望能为相关领域的后续研究和应用提供有价值的指导。
（1）同步发电机与变电站同步发电机是一种特殊类型的电力电子设备，它具有体积小、重量轻、可靠性高的特点。
（2）在电力系统的运行过程中，变压器、联络线、发电机组以及整个电力系统经常需要进行并行操作。这种通过开关设备将小型系统整合到大型系统中的操作方式，通常被称为同期并列操作。当发电机发出无功功率或电网发生短路故障时，为了维持系统稳定，必须采取一定方式使发电机与负荷之间保持同步运行。对于发电厂来说，这样的操作不仅至关重要，而且经常被采用。同时它也是最容易出现故障的环节之一。如果操作出现错误，可能会导致巨大的经济损失，而在严重的情况下，电力系统可能会被解列。因此，保证电网安全稳定地运行，必须要做好同期并列工作。为了降低由人为因素导致的操作错误，电力系统中广泛采用了自动准同期装置。
自动准同期装置可以有效地防止误动作，提高了电网运行安全性和稳定性，保证了电厂安全经济运行。传统的自动准同期设备主要使用模拟电路，其技术已经达到了相当的成熟阶段。由于其具有结构简单、体积小和价格低廉等优点，所以被广泛使用。然而，传统的同期装置主要使用分立的元件，这导致元件参数分布不均，容易产生温度漂移，从而降低了其可靠性。一旦系统发生了事故，由于没有可靠地保护设备和手段进行处理，会造成大面积停电，对人民群众生命财产安全构成巨大威胁。尤其在故障发生的情况下，进行诊断变得极为复杂，调整过程也极为困难。因此，传统的自动准同步装置已不适应现代电力系统对自动化水平越来越高的要求。为了克服传统同期装置所面临的各种问题，并提升其使用便利性和可靠性，各领域的专家和学者一直在积极寻找可替代的解决方案。随着数字技术的快速进步，看到了一个新的解决方案，那就是用数字技术替代传统的模拟方法，并通过在自动准同期装置中融入MCU技术，达到完全数字化的设计目标。目前国内已建成的许多变电站均采用该方法来完成同步电动机的并网控制功能。随着电力系统的规模逐渐增大，系统的运行模式也变得越来越多样化，其中发电机与电网的并行操作已经变成了系统的关键部分。如果不及时正确地控制这些动作将会造成大范围停电事故，从而影响整个电网的安全稳定运行，所以必须尽快研制出一套能适应现代电力系统安全生产要求的新型微机保护装置。在电力系统中，自动准同期装置负责将发电机与电网或电力系统解列的两个部分进行并行操作，它的主要职责是快速且准确地测量并列双方的电压频率、振幅和相位，确保在满足准同期并列的条件下，能够发出恒定导前时间的同期合闸信号。
当同步相位移量达到一定值以后，合闸时刻就确定下来。与同期合闸相比，非同期合闸对发电机造成的损害更为严重。一些实验和分析数据显示，非同期合闸产生的过电压可能远高于同期合闸，有时甚至更高。而非同期合闸还可能导致发电机产生巨大的电磁转矩，这说明在并列操作中，准确捕捉合闸时机是非常关键的。因此如何提高系统中合同步时刻的准确度就显得尤为重要。捕获合闸的最佳时机需要既准确又迅速（即第一次合闸的最佳时机），但在电力系统的操作过程中，由于噪声、谐波和随机干扰的存在，这些因素都可能对测量结果产生污染，从而增加了同期合闸操作的准确性。因此为了能够及时地检测到并抑制这些干扰源的影响，必须对角差仪提出更严格的要求。本研究采用最小二乘法从受到外部干扰的输入信号中提取准确的角差变化率，进而计算出精确的导前角。为了测量角差值，使用了硬件电路，并通过中断响应策略确保了数据的实时性。
1.2 研究意义
我们始终坚守以国内为基础、弥补存在的不足、提供多种保障措施、加强储备能力，进一步完善我们的生产、供应、储存和销售体系，确保能源的持续稳定供应以及风险的有效管理，从而确保煤炭供应的安全保障、油气的核心需求的自我保护以及电力供应的稳定性和可靠性。优化产业布局，推动产业转型升级，加快推进新型煤化工建设，发展清洁低碳技术和装备。为了巩固国内的产量根基，我们需要确保原油和天然气的稳定增产，并对煤制油气的战略基地进行详细的规划、布局和管理。加快推进页岩气成藏理论与关键技术研究，积极发展煤层气等非常规能源。扩充油气储备的规模，并完善一个政府储备与企业社会责任储备相互补充、有机结合的油气储备体系。推进煤与瓦斯共采综合利用技术示范工程。努力提升煤炭储备的能力。推进清洁能源开发利用，加快发展新能源发电技术。我们需要进一步完善能源风险的应急管理体系，确保重点城市及用户的电力供应，并加强对关键能源设备和能源网络的安全防护措施。建立国家石油天然气价格形成机制和调控框架，推动市场交易主体多元化，提高市场化水平。为了确保战略通道和关键节点的安全性，我们需要多样化地拓宽油气的进口渠道。建立与国际接轨的市场交易制度，推动国内成品油价格市场化改革。致力于建立以我为核心的交易平台和定价策略，并积极促进本币的结算过程。建立以国内为主、国际协调的石油天然气供应保障体系，加快建设“一带一路”能源合作走廊，推动形成全球能源安全新格局。加大对战略性矿产资源的规划和管理力度，增强储备的安全保障，并启动新一轮的找矿战略突破行动。建立资源节约集约利用评价体系，推动资源综合利用。为了实现2030年对气候变化国家的独立贡献目标，我们制定了2030年前的碳排放高峰行动计划。强化节能减排监管措施，推动绿色发展方式转变。我们需要完善能源消费的总量与强度的双重控制制度，并特别关注化石能源的消费。建立全国统一的碳汇交易市场，促进节能减排技术进步和产业升级。采纳以碳强度为核心、碳排放总量为补充的策略，鼓励条件允许的地区、关键行业和主要企业走在碳排放的前列。强化政府在低碳发展中的主导作用，建立以市场为导向、企业为主体、产学研相结合的技术创新体系，加快建设碳汇交易市场。致力于推动能源的清洁、低碳、安全和高效使用，同时深化工业、建筑和交通等多个领域的低碳转型工作。加快构建节能减排长效机制。锚定公司致力于在2060年前达到碳中和的目标，并采纳了更为强有力的策略和手段。

电力事业是一个国家现代化程度的标志之一，而作为电力系统中重要组成部分的电气自动化专业更是在现代社会发挥着越来越大作用。在当前的电力产业中，依赖科学研究来不断提升自动化程度，这对从业人员的专业素质和能力提出了更为严格的要求。电力专业人才培养模式也应该适应现代社会需求，从传统教学模式向现代化教育理念转变。为了培育电气工程领域的高质量人才，高等教育机构必须重视实验室的建设，并研发出与当前行业特性相匹配的实验设备。本文通过研究准同期并列原理，分析准同步并列技术应用于电力继电保护实验教学中具有可行性及优越性。在电力系统里，准同期并列的三个前提条件：
（1）待并发电机的电压与母线电压的幅度必须是一致的。采用这种方法，当出现故障时，由于不具备同步条件，无法准确地判断出相位差，因而会导致主断路器不能及时投入运行，影响电网安全稳定。
（2）待并发电机的频率与母线的频率是一致的。该方法不受电网波动影响，且具有较好的跟踪性能。
（3）在主开关触头闭合的那一刹那，待并发电机的电压与母线电压之间的相角差达到了零。以往经常使用的“恒定超前时间自动准同期控制法”，尽管具有众多优势，但其基本原理和构造相对较为复杂。
因此，本研究采用了无线电通讯中的锁相环路技术理念，这使得在自动准同期的过程中，不仅可以控制发电机的频率和机端电压，还能对相角进行精确控制。目的是为了实现主开关的快速合闸，同时减少冲击，达到自动准同期合闸的效果。
1.3 国内外自动准同期装置现状
目前市面上的自动准同步设备主要包括模拟、微型计算机以及数字技术。随着微电子技术发展，数字通信方式越来越普及，对同步性能提出了更高的要求。传统的自动准同步装置经常采用模拟式的电气回路，其设计和生产技术都已相当完善。随着计算机技术的发展，数字控制技术被广泛应用到自动化系统中。最初推出的模拟自动设备ZZQ-3和ZZQ-5，在判断是否达到同步标准时，会选用由它们各自独立的晶体管组件组合而成的硬件电路。随着技术的进步，采用集成电路组成的同步设备越来越多，其性能更加稳定可靠，维护简单。但是，最古老的同步设备由于采用了独立的组件，存在一个显著的缺点，那就是这些组件的参数分布非常广泛，因此很容易出现温度漂移，导致其稳定性和可靠性都相对较低。尤其是当电网电压发生变化时，这些元件将产生较大的变化，导致原有的控制方式无法正常工作，甚至造成系统振荡。当出现故障时，这种情况特别明显，并且分析和排查变得困难，调整测试也相当麻烦。因此，研制一套可靠稳定、快速准确的继电保护装置显得尤为重要。随着电力系统的快速发展，发电机的容量日益增大，这也导致了对并行设备的需求不断上升。
为了达到冲击较小且运行速度更快的目标，微机计算机技术的持续进步使得微机自动同期装置逐渐成为研发和创新的焦点。它具有体积小、精度高、响应速度快等优点，可以满足大容量发电机组的运行需要，并且能够提供快速准确的电网电压和频率信号，使其迅速达到并网条件。具有过大容量的机组不仅成本高昂，而且其安全性表现不佳，对冲击的抵抗力也较弱。因此，具有大容量的机组在同步并入电网的那一刹那，其冲击电流必须是微小的。目前国内对于大型发电机组采用的是单机无穷大系统和多机系统进行并网发电。在国外，超过600MW的发电机组在并列操作上有严格的限制。规定在并列操作中，合闸相角的差异必须控制在2°-4°范围内，而电压的差异也必须不超过额定电压的1%。这就是所谓“小扰动”原理。另外，从同一时期开始并入电网时，对整个系统产生的冲击是巨大的，因此大型机组并不适宜使用。另外，由于大容量机组具有较高的发电效率和良好的调节性能，所以对于电网来说它对其安全稳定地工作十分重要。然而，考虑到多种因素，电力系统中大多数正在运行的机组都是大容量机组。因此，当系统出现故障时，这些大容量机组需要能够迅速且准确地被整合进电力系统中。所以，对于大容量机组来说，其并网操作具有非常重要的意义和价值。对于大型机组来说，进行并网操作需要满足更为严格的条件。
对于容量更大的发电机组来说，为了保证其能够安全并网，必须对电网进行合理控制。同时，由于不适当的同期并行操作可能在某种程度上对发电机机组造成损害，非大型发电机机组也希望能够稳定且迅速地并入电力系统中。因此，为确保电网安全和经济运行，必须要保证大型发电机组能够快速可靠的投入到电力系统当中来。当发电机组被整合到电力系统中时，大家普遍期望的是其冲击电流较小且操作速度快。为了实现这个目标，伴随着微机计算机技术的不断发展，在20世纪70年代，微机自动同步设备应运而生。这种新的自动同步装置已经被广泛地应用到发电厂中去，并取得了相当不错的效果。微型计算机所带来的众多优势为研发新型的自动同步设备提供了坚实的技术支撑，如高速的计算能力、巨大的存储能力，以及简洁的操作和编程来满足多种需求。微机型自动同步设备的出现解决了这些问题。在实际应用场景中，微机型计算机表现出更高的稳定性、更少的错误发生，并且在显著提升产品质量的同时，其成本并没有显著增加，这为微机自动同步设备的使用提供了有力的信誉支持。微机型自动同步设备是指用于对计算机系统中的数据进行采集、处理并将结果传送到上位机或其它终端的一种自动化控制系统。微机自动准同步设备这种计算机自动化控制工具是由硬件和软件两大部分共同组成的。它是通过将外部输入信号转换为内部处理所需数据而完成其工作过程。由微处理器（CPU）组成的主机、输入输出通道，以及相应的接口电气回路和人机交互系统共同组成了这一硬件系统。系统软件则包括数据采集程序、状态检测程序以及控制指令处理程序等等组成。这些设备与常规的计算机控制系统有许多相似之处，因此在此不再详细描述。本文着重阐述了在微机型自动同步设备设计中采用单片机技术来实现的软件设计方案及其特点。该软件成功地实现了微机型自动同步设备的绝大多数功能。本文主要讨论电网电压频率的实时监控问题。由于对同步并列的理解存在局限，当前许多变电站无法实现输电线路的自动同步和对侧有电源的输电线路的自主重新闭合开关。因此，目前许多断路器仍然处于手动控制的状态，这使得真正严格要求“无人值守变电所”的想法变得不切实际，严重妨碍了变电所综合全面自动化的进一步加强，成为“调度控制一体化形式”推行过程中的最大障碍。在软件领域，微机自动同期装置展现出了各种独特的差异性方式。在实际应用中，如何选择和使用一套合适的微机自动同期设备就显得尤为重要。微机自动同期装置的研究主要聚焦于两大目标：减少并行操作时的冲击力和提高并行操作的速度。
1.4 研究内容

随着电力系统自动化水平的不断提高，对电网的稳定性和可靠性要求也越来越高。本研究的主要内容包括以下几个方面：对自动准同期合闸技术的基本原理和关键技术进行深入分析和研究；根据电网的实际需求和实验室条件，设计出一套具有实际应用价值的自动准同期合闸信号控制实验装置；通过搭建实验平台，对装置进行性能测试和功能验证；对实验结果进行分析和总结，提出改进和优化建议。综上所述，本章对课题进行了全面而深入的概述，为后续章节的研究奠定了基础。在接下来的章节中，将围绕研究内容展开详细论述和实验验证。。

2 相关原理
2.1 电力系统并列相关概念介绍
在电力系统中，无论是正常运行还是故障状态，发电机组通常都是并联运行的。这一现象导致部分发电机机组通过一系列复杂的操作，包括同步发电机、同步调相机以及电力系统的各个组成部分，参与到并联运行的过程中。在这些参与的发电机当中，有一种是属于特殊类型的发电机组——电力电子装置，它主要通过改变自身内部参数来影响整个电力系统。这类系统涉及到的是并联操作，因此被命名为电力系统的并联运行。
对于电力系统调度而言，为了保证整个电网能够安全稳定的运转，对电网的安全性和稳定性提出了较高的标准。在电力系统网络的各个层级中，都必须确保电压的允许偏差值得到满足。这是基于一个核心原则：电网的无功补偿应该按照不同的层次和区域进行，并在原地达到消纳平衡。此外，还可以伴随负荷或电压进行调整，以防止无功功率通过超长距离的电线或多级变压器传输。为了保证电力系统能够顺利地并入到统一的电力调度中心当中去，并实现良好的经济效益和社会效益，应该做好相应的准备工作来应对可能发生的各种情况。鉴于电网在正常运行状态下的并列操作是一种既频繁又至关重要的操作，因此在进行并列操作后，必须格外小心，以确保能迅速满足并网运行的标准。一旦发生了误并网现象的话，将会导致整个系统的瓦解和大面积停电事故的发生。如果操作出现错误，即便是操作状态不是很好，也会给电力系统带来极其严重的损害。因为在电网发生故障时，可能引发巨大的连锁反应。此外，它还能产生极为强烈的冲击电流，这种电流甚至可能远超过机端短路电流的数倍；此外，它还可能导致系统电压迅速且剧烈地下降；还会导致继电保护装置动作不正确而影响系统安全稳定运行。这导致了电力系统的波动，并最终触发了系统的崩溃；甚至导致电网崩溃等现象。由浪涌电流产生的高强度电力有可能给电气设备带来严重的损害，并且在短期内很难实现恢复。因此，如何抑制和消除过电压、保护电力设备是一项重要课题。滑差电压是指断路器两端出现的电动势的差异，也就是即将并列的发电机机组电压与整个系统电压之间的差值，正如公式：
(2.1)
式（2.1）中为滑差电压，为准备并列的发电机机组电压瞬时值，为系统电压瞬时值，为准备并列的发电机机组电压峰值，为系统电压峰值，为准备并列的发电机机组频率，为系统频率。
基于交流电压波形的特性，可以推断瞬时值与峰值之间存在正弦波形关系。在此前提下，利用小波变换来进行故障识别和定位，并给出了仿真实例。如果仅在频率上存在差异，并且初始相角为零：
(2.2)
允许计算滑差角频率：在自动准同步装置的恒定导前时间单元中，其导前时间可以被设定为开关闭合的时间。这样，即使当发生冲击时，也不会使系统中产生过大的浪涌电流。鉴于电子式同期装置从启动到结束的操作时间极短，几乎可以忽略不计。因此，当考虑一个最为成功的结果，并开始计算发送闭合开关的要求时，如果在越前时间之后，在的时刻成功接通开关，那么浪涌电流就会消失。这样就可以把这个问题简化为是否有足够的能量去触发滑动变阻器。因此，如果仅仅分析冲击电流的存在，那么滑差频率可能不需要受到限制。
实际上，如果把冲击电流看作是可以忽略的随机因素，而只考虑其对动作可靠性影响时，则必须限制滑差频率以满足可靠保护要求。实际上，在设备的实际使用中，合闸所需的时间肯定会有一些客观的误差存在。当将设备的固定越前时间设定值与实际操作时间进行对比时，误差也是不可避免的。因此，在规定时限之内，为了提高运行效率必须尽量缩短合闸时间。因此，滑差角的频率必须高于一个设定值，以确保在这个错误发生的时间范围内，低于允许的合闸误差角，这样才能满足系统稳定运行和可靠度指标所需要的最小条件：
或 (2.3)
(2.4)
——合闸时间误差
——同期装置动作时间误差
就是说，误差时间是这两方面误差相加的总和，这里的合闸时间相对误差最大大概是20%，最小大概是15％，设置操作所需时间相对误差大概在10％上下。 （1）合闸电压幅值差对并列的影响
研究情况为：,。此时此刻，并列操作所造成的冲击电流的有效值：
(2.5)
——发电机次暂态电抗，——电力系统等值电抗
当不考虑准备并列的发电机的定子电阻以及系统等值电阻的时候，冲击电流落后电动势差90°，也落后于发电机电动势90°。因此，当仅仅有电动势差距的时候，并列机组将制造出无功冲击电流，其造成的电动力很大的时候，有一定概率会致使发电机组的首部发生形变。
（2）合闸相角差对并列的影响
研究情况为：,。这个时候并列发电机机组造成的冲击电流有效值如式所示：
(2.6)
(2.7)
考虑到在并联运行之前发电机无负荷运行，定子电压与电位一样，并网时的浪涌电流的有效值用式：
(2.8)
式(2.8)中代表发电机交轴次暂态电势，代表发电机交轴次暂态电抗，由于并列的时候基本上也不太大，与大体上拥有一样的相位，因此，在仅有相角差异存在的情况下，并列操作瞬间产生的浪涌电流主要是有功成分。这意味着在发电机并列后，发电机与系统之间会有能量的交换，冲击电流的大小是由相角差决定的，当是0°时，冲击电流是0；反之则为负值，此时发电机将会吸收很大的无功功率，从而产生较大的冲击电压和过电压，对电机造成损坏，所以需要进行反并联调节来降低冲击电压。在达到180°的情况下，冲击电流会触及其峰值。在这种特定环境下，如果并入电网，发电机会遭受极大的冲击，这可能导致其联轴器损坏。因此，为了保证机组的稳定工作，必须将浪涌电流维持在一个非常低的范围内，也就是要严格监控合闸时的数值。
（3）合闸频率差对并列的影响研究情况为：，，。
能够发现，开关双侧的电压为一组脉动电压，其值如式：
(2.9)
设，;
如果定义，将其视作脉动电压的幅值，则脉动电压可以表示为：
(2.10)
开关双端的电动势的频率差叫滑差，滑差角频率如式：
(2.11)
则两侧电压相量的相角差可表示为：
(2.12)
脉动电压幅值为：
(2.13)
2.2 滤波器知识介绍
选频滤波器：通常，电气滤波器是一个可以选择频率的部件。当输入信号中含有不同频率时，该器件将在一定程度上改变其频率特性，从而产生滤波效果。部分频率的信号可以通过它传递，而其他频率的信号可能会受到干扰或减弱。为了保证在不同频段之间进行良好地通信，就必须采用适当的滤波器来改变这种状况。频率选择滤波器主要可以划分为四大类：低通（仅发送低频信号，不容许高频信号）、高通（只发送高频信号，不允许低频信号）、带通（只发送特定频率范围内的信号，不允许高于或低于该频率范围的信号）以及带阻（只发送高于或低于该频率范围的信号，不允许某一频率范围内的信号）。
一枚滤波器的机能能够以一个传递函数表示，如式：
(2.14)
和各自表示输入电压以及输出电压，复频率（或广义频率），传递函数同时能够像式表示的那样写成：
(2.15)
(2.16)
中是幅度，是相角，而和频率的关系为。
在特定的频率范围内，输出信号的振幅可能会显著增加，当满足某些条件时，它可能是一个恒定的数值，这种频率范围被称为通带。这个范围叫做阻带，称之为带宽或增益下限。在特定的频率范围内，输出信号的振幅通常会非常微小，理想的情况下它可能是零，这种频率范围被称为阻带。当输入信号为线性调频时，就必须考虑到这个问题了。最佳的响应曲线要求其拐角必须为直角。如果要达到这个标准的话就必须采用一种非常特殊的方法来实现这种效果，而这就是通过设计滤波器来完成这项工作的。但在实际的环境下，这是不可能实现的。因此，为了能达到这个目的，必须要有一套精确的方法来进行测量和计算。因此，设计一个响应曲线，并确保其准确度与预期的理想状态高度一致，同时在实验室环境中完成该滤波器的生产，这是滤波器研发中的核心要求。
2.3 锁相环路原理
锁相环路作为一个闭环追踪系统，具有追踪输入信号相位和频率的能力。由于它具有较好的稳定性、抗干扰性以及易于实现等优点，所以被广泛应用于各种电子设备中。该设备在追踪固定频率的输入信号时不存在频差，并且在追踪频率发生变化的输入信号时，其精确度也相当高。在通信技术中，锁相电路主要用来产生正弦波信号。从根本上说，锁相环实际上是一个用于控制相位负反馈误差的系统。本文介绍了一种基于数字技术的高精度锁相电路，该锁相电路具有精度高、动态性能好等特点。该设备是由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）以及压控振荡器（VCO）三个主要部分构成的，具体的工作原理可以参见图2.1。

图2.1 锁相环路原理
鉴相器的工作原理是将输入信号的相位与压控振荡器输出信号的相位进行对比，从而确定两个信号的相位差导致的差电压；它是一种非线性电路。环路滤波器是一种低频滤波器，其主要功能是去除误差电压中的高频部分；检波器对接收到的差频进行处理得到有用信息。压控振荡器实际上是电压与频率的转换工具。本文介绍了一种采用这种电路实现鉴相器和锁相放大器的设计方法。从给定的框图中，可以观察到，在存在相位差（≠0）的情况下，可以通过闭环控制来调整的频率，从而确保相位差得到满足：
(2.17)
(2.18)
严格地讲满足相位锁定是不可能的，一是时间要无限长。二是考虑到干扰，上式永远也不可能满足。在工程中，只要从时间开始到时间满足下式:
(2.19)
(2.20)
可以假设环路已经被相位锁定了。在该公式里，和代表了在工程应用中可接受的频率误差和相角误差范围。在这个捕捉过程中，由于信号幅值变化导致相角差变大，从而引起振荡或触发脉冲丢失。从至的相位调整过程被称作环路的捕获过程。在发电机的自动准同期锁相控制过程中，发电机的调速系统和发电机本身就是压控振荡器，因此，获取相角差变得尤为关键。
2.4 相角检测器的原理
相角检测器的主要职责是测定母线电压与发电机机端电压之间的相角差异，并通过观察周期性变化的直流输出电压来揭示相角的变动情况。目前国内许多电力电子设备厂家生产了相角检测器，但由于其工作原理上存在缺陷而不能用于电力系统中，如三相不平衡度测试等。从反馈控制的视角来看，期望相角检测的角度测量特性能够保持连续性；从自动准同期控制的视角来看，期望相角检测的特性仅在=-360°、0°、360°，即当母线电压与机端电压相位一致时，=0。综合考虑上述测角特性的要求，可以推导出适用于相位反馈控制的理想测角特性是：在-360°_{360°范围内是连续的，在-180°}180°范围内是线性的，并且只有在=-360°、0°、360°的情况下，=0才会出现在图2.2中。

图2.2 测角特性
本文为实现理想测角特性所提出的相角检测器原理框图见图2.3。

图2.3 相角检测器原理图
电压比较器的主要功能是将50Hz的母线电压和机端电压的正弦波信号转化为50Hz的同相位方波信号。接着，这两个方波信号经过二分频处理后被送入相位比较器进行比对。相位比较器是通过或门来完成的，其工作原理：
(2.21)
其输出信号是25Hz的脉冲,设脉冲高电平为+15V，再利用滤波器和输出处理得到：
(2.22)
式中T和为周期和高电平时间。