本发明一般涉及同期装置，而更具体地涉及用于将至少一台发电机与一个电力网相连时同期装置，使得当电压与频率匹配时来自发电机的电力能够连入电网的输电线路中。 同期装置在转速及电压上控制发电机，以使频率及电压匹配，而当达到匹配时，指令断路器合闸。
从4，249，088号美国专利中得知以触发开关合闸促使一台原动机与一个电网的频率在转速上匹配，以及使原动机与电网自动同步，从而以两个正弦波之间的最小相位及两者之间的最小差频相重合。
第3，562，545号美国专利提出了可接受限度内的电压匹配与转速匹配，然后，同期装置相对于断路器闭合时间生成一个闭合信号在两个电压同相前触发断路器。
第3，564，286号美国专利说明了在一条母线上的发电机电压与网电压之间的电压匹配。
第3，621，278号美国专利示出一个电网的电压及连接到要与该电网同期的发电机的一条母线上的电压的方波表示地导出，这些方波用于检测频率差及控制用于频率匹配的发电机的转速。
在第3，652，933号美国利用中公开了利用方波分别表示一台发电机的电压输出和电网的电压输出，以产生两个电压之间的一个方形频率滑差表示，並且从后者导出具有临界波幅的三角形拍频。
第3，892，978号美国专利示出了当达到了同步转速与适当的相位角差时，涡轮发电机与一个外部电力系统的同步。
在第3，801，796号美国专利中，存在于一台发电机的输出电压与输电线电压之间的频率与相位参数之差被用于控制发电机转速使其同步。
第4，249，088号美国专利在为同步而应用存在于表示发电机电压与输电线电压之间的相位与差频的方波时，将转速匹配与断路器合闸结合起来考虑。
本发明的目的之一是使用一台发电机与一个电网所生成的正弦波的数字处理来正确定时及协调断路器的合闸，以使得发电机的母线与电网同步。一台微处理机被用于完成一台“同期装置”的两种基本功能。条件之一是在某一限定的容许偏差之内将发电机的电压与频率与电网的电压与频率分别匹配。当出现匹配时，同期装置将选择正确的时间来闭合转换开关。在断路器触头闭合时，对应的电压波形必须完全同相。
该正确时间是参照断路器的合闸时间预测选择的。从第4，577，269号美国专利中可知，使用一台微处理器根据到达触发事件前所经过的时间间隔触发一个“紧接着”以预测触发的半导体开关元件。
本发明在于一个控制系统，该系统用于通过开关断路器将至少一条由一台受控发电机提供电压的母线连接到一个电网，並且在电压与频率上与电网同步。该连接与同步控制系统响应代表发电机母线电压波与电网电压波的模拟信号。它产生：1.离散的控制信号，在负载周期中各信号作用于发电机以促使该发电机母线在某一容许偏差范围内在电压与频率上与电网电压与频率相匹配;以及2，一个指令信号，用于在达到两个正弦波的正确相位重合的预测时间等于预定的开关闭合时间时闭合断路器。为这一目的，将电压与频率的表示信号转换成数字形式，並进行数字处理，以生成要输出的控制与指令信号。提供了一台微机来响应一对数字信号，用于数字地判定关于电压表示模拟信号的一个在所述电压表示信号之间的电压偏差指示，並响应另一对数字信号，用于数字地推算出关于频率表示模拟信号之间的一个频率偏差指标，该微机响应离散的电压偏差，周期性地生成离散的数字控制信号，这些控制信号作用在发电机的激磁系统，以调整发电机母线的电压，使所述的电压偏差减到最小;並以相同的方式，它生成关于发电机转速的离散的控制信号，这些控制信号作用于发电机转速调速器，使频率偏差减到最小。当符合同步条件时，根据一个负载周期生成离散的数字电压与频率控制信号用于启动断路器合闸。这些条件是在所述的最小电压与频率偏差同时满足时达到的。
微机为电压偏差提供了一个第一上下限幅，並为频率偏差提供了一个第二上下限幅，分别作为匹配的最小范围。当两个偏差都在各自对应的所述第一与第二上下限幅内时，启动一个开关合闸指令。微机至少可在“自动”模式或“操作员监视”模式下工作，两种模式是根据一个外部模式选择命令的。提供一块偏差指示板，以响应微机的操作来显示微机所确定的瞬时偏差，从而出“操作员监视”模式中，操作员可以在显示板允许时安全地发布指令与选择闭合断路器的时刻。
微机是事先编好程序来响应最小电压与频率偏差，並考虑进断路器合闸时间以生成一个断路器闭合指令信号的。这些对断路器的瞬时合闸指令是经过对应的上下限幅确认的。有关所测出的断路器合闸时间的信息对以后闭合操作有用。
本发明通过下面对只以示例方式示出的较佳实施例，並结合附图的描述更容易地理解，其中：
图1是展示通过一条母线的一个断路器与一条电网线路的互连的示图;
图2示出了如图1的情况下在电压与转速匹配以后，用于断路器同期的合闸的先有技术的硬件装置;
图3是专用于确定图1与图2中的断路器的合闸指令时刻的先有技术的硬件方法;
图4示出了图3中的电路的运行曲线;
图5与5A是展示以微机为中心的本发明的同期系统的总体结构的方框图;
图6以方框图示出按照图5的系统所完成的电压匹配;
图6A示出了在为所检测到的电压偏差取样确定匹配上下限幅中的最小限;图6B是一条曲线，展示按照图6中所述的选中的偏差取样，用于负载周期控制的脉冲宽度选择;图6C与图6A相似，但示出了用于指示控制的外部限值;图6D示出了如何能将发电机提升到匹配区域;图6E1以方框图示出图6的电压输出框;以及图6E2以曲线示出了与图6相关的一个选择的偏差取样是如何与一个电压输出命令相关连的;
图7示出了按照面5系统的转速匹配器的方框图;
图8以方框图示出了些按图5中系统的断路器合闸判定与命令;
图9用曲线示出图8中电路的运行;
图10A至10K是展示图6，7与8，並按照图5的系统的微机处理的流程图;
图11示出了以“断电母线模式”将一台发电机与一条断电母线相连的一个系统;
图12与13示出了按照本发明的一个系统，该系统改为运行在“母线对母线模式”;
图14为同期装置要互连的两条输电线的两个电压之间的相位偏移的矢量表示;
图15与16为在“操作员监视”模式中，表示本发明的同期装置系统所包含的步骤的方框图。
参见图1，一台汽轮机（也可能是柴油机等）驱动的发电机GN生成一个加载到一条母线上的一个交流电压。本发明的目的为：当发电机在电压大小与频率上达到一个匹配状态时，闭合一个断路器SW，将母线连接到一个电力系统的电网或网络上。这种匹配是相对于频率与电压的某些确定的允许偏差作出的。
图2，3与4与第3，562，545号美国专利相似。它们示出了一种先有技术的自动发电机同期与连接系统。为了说明这一先有技术的目的，在此结合第3，562，545号美国专利以备参考。
图2以26与38分别示出了电压匹配器与转速匹配器。电压匹配器控制发电机的激励，以升高或降低它所产生的电压，使之匹配于电网的瞬时电压。转速匹配器控制涡轮机的转速调速器（如果发电机是由一台涡轮机驱动的话）。以提高或降低发电机的转速，从而提高或降低发电机的输出电压的频率。
图3是关于建立在发电机与电网分别产生的正弦波的基础（见图4的曲线（a）与（b））上的同期过程。脉冲成形器691（电网输电线的）及692（发电机母线的）从正弦波生成具有相同幅值但具有依赖于对应的输入正弦波（见图4的曲线（c）与（d））的频率的周期的方形波。这两个方波经过混频与滤波，以在线618上提供一个“同”门器（EXCLUSIVE NOR device）的结果。换言之（如图4中曲线（e）所示），以一个零电平来检测两个波形之间的缺少重合性，且这一逻辑的具有规律性的变化波期既表明该两波形是趋向于重合（零逻辑的最大波期）也表明它们正在离开重合。在第一种情况中，有可能为在合闸的瞬间出现这种重合而及时地闭合断路器（从而连接这两条输电线）;在第二种情况中，由于两个频率越来越不同，必须等待下一个周期。因而在一个周期中见到逻辑1的有规律递减（或者逻辑零的递增），而在随后的周期中正好相反。这是由曲线（e）的连续周期的宽度来进行解释，並且以信号形式由线618载送的。以后在694一个鉴相器或者电平检测器生成一根表示刚才提到的递增或递减率的斜线。这样，曲线（f）示出了一条折线，其斜率定义了相位差的递减率，然后是相位差的递增率，该斜率是交替地负的（第一周期）与正的（第二周期）。在导线618上引入了一个“微分器”695，用于产生对断路器的合闸时间TSW的量的一种平移。因此，另一个鉴相器或电平检测器696将会输出一条图4中的信号跟随曲线（g），该曲线是被向后移动了由695所确定的量TSW的曲线（f）。从而，导线701根据曲线（f）指明到达频率在零电平重合时还有多少时间，（假定斜率是正确的）（检测器694），而线702则将指明什么时间正好剩有多少时间必需用于断路器合闸前的延续时间Tsw。一个逻辑电路697响应线701与702确定在波形上经过的时间是否出现匹配的这一时间Tsw。如果出现，则在导线711上生成一个闭合断路器的指令，而闭合将在延迟Tsw之后发生，从而，有效地根据在两个波的频率出现重合时间闭合。当然，先决条件是电压已经匹配了。
参见图5，根据本发明的同期系统是以方框图形式展示的。
图5示出了以一台微型计算机MCP为中心的一个系统，它为将一台发电机的母线连接到一个电力网而进行适当地定时与协调一个断路器SW的合闸而设计的。这样的一个系统一般称为“同期装置”。一台同期装置的两个基本功能是将发电机电压与频率与电力网的电压与频率进行匹配（在一定允许偏差范围内）。在满意的匹配出现之后，同期装置然后将选择正确的时刻来闭合装置SW。闭合开关装置的正确时刻将是发电机与电网的波形完全同相的时刻。
过去，同期设备几乎全部由模拟信号处理电路构成。使用这些模拟信号处理电路，难于在多发电机设备中工作，並且当发电机与电网之间的频率差必须非常小且开关装置操作非常快时它们便难于操作。模拟设备在这种环境中不能可靠地工作。同期过程中的一个关键性参数是断路器实际上闭合电路所需要的时间Tsw。Tsw的值一般是由制造厂商给定的。然而，由于内部机械部件的磨损等经过一定时间Tsw的值是要改变的。现有的模拟设备並不提供对这一关键而且变化的合闸时间的测定。现有的模拟同期设备並不适用于在断路器闭合过程中把一个能提供监视能力的操作员指令包括进去。模拟同期设备也不能检测内部部件的故障，並且不能够判定不适当的控制输入条件或者可能表示不正确的现场布线连接的条件。在先有技术中，一般用电位计以模拟形式输入的工作参数难于用近似的刻度设置来获得精确的设置。这些设置既易受单元之间部件变化性的影响，又易随时间与温度之偏差而变化。一旦组装以后，不完全拆卸设备而想进行现场测试来检验工作情况和定位任何故障是不能实行的。可疑的设备必须送到具有必要的测试设备及熟练的测试人员的机构去。
根据本发明的“同期装置”是围绕着一台数字信号处理单元MCP设计的，以便克服先有技术中的上述所有缺陷;它所贡献的特征与功能远超出现有设备的范围。这一方案与目前技术水平所已经做到的有着本质上的差别。除了改进基本同期过程的精度与工作范围之外，根据本发明的系统扩充了同期装置的功能，使之包括下述附加能力：
1.控制多达四个不同开关设备的能力，每一个开关的特征闭合时间是在面板上独立编程的。
2.所有工作稳定点都是从装在面板上的开关与旋纽开关输入的。旋纽上的读数是精确的，不可能像用粗糙刻度时那样会出现含混的整定。整定是完全可以重复的。
3.面板整定是经过分析在正当范围内的。对不正当的整定会作出警报。
4.提供了在需要时在控制循环中加入操作人员的补充。
5.一种新颖的面板数字指示设备可用于三种主要目的，它们是：
a.作为一个警报设备在发生不正确的面板设置事件时显示错误代码，或者指示一个可能在操作中出现的操作错误;
b.在正常工作中以0.1赫的分辩率显示电网频率;
c.显示实际的开关闭合时间。
6.提供了允许发电机只在电网频率以上工作时同期，只在电网频率以下工作时同期，或者既允许在电网频率以上又允许在电网频率以下工作时同期。
7.提供允许发电机电压只在电网电压以上时同期，只在电网电压以下时同期，或者以上及以下都可以同期。
8.对发电机电压与频率的控制是以多种多样的比例控制算法进行的。
9.在微型计算机MCP中内装一个自检程序。
10.提供了以串行/并行通信接口连接到一台外部测试设备的方式进行自动检测。
11.提供了从一台外部测试设备注入测试与定标信号用于对部件的可变性及偏移进行补偿。
12.提供了一种选择，允许同期装置工作在这样一种模式，即允许闭合一个在“环形母线”配置中连接一条母线的两端的一个开关。
图5中的系统提供了至少下述七个主要特征：
1.输入的模拟信号与接触合闸信号调整。
2.面板编程设备与指示器。
3.数字微控制器。
4.一个存储器系统用于存储控制微控制器操作的计算机程序。
5.输出控制信号。
6.一个模拟后备系统。
7.一个接受附加硬件编程设备的装置。
图5中的微处理器MCP响应线5从发电机母线BL引导来的和线6从电网输电线GL引导来的正弦波，经过整流（分别以RCT1与RCT2）且分别在线7和8上转换成数字形式。这一信息被用于测量各自的电压（发电机的VG，电网的VL）以及它们之间的瞬时偏差△V。应用这些，微处理器在线2上产生发电机电压的校正指令△VC。图5中的微处理器MCP同时响应线9引导自发电机母线BL並经PSH1脉冲成形后的方波，以及线10引导自电网输电线GL並经PSH2脉冲成形后的方波。这一信息被用于测量各自的频率（发电机的FG，电网的FL）以及它们之间的瞬时偏差△F。应用FL这些，微处理器为发电机频率在线1上（经由涡轮调速器）生成校正指令△FC。线2施加在发电机的激励系统EXS，而线1则施加在涡轮机（图中的TRB）的转速调速器GV上，如众所周知。如下面将说明的，线5与6上的正弦波通过对应的线9与10，各自到达一个脉冲成形器（PSH1与PSH2），在对应的线11与12上输出一个方波。这两个方波被一个“与”（AND）装置所处理，以便在线15上生成一个信号，微处理器对它进行解释，以确定何时提前实际闭合所需的时间TSW，在线3上触发一个指令来闭合开关SW。在这样做时，微处理器计入了开关的合闸时间TSW。后者是由制造厂商给定的。然而，由于这是随磨损而变化的，所以了解在处理和在线3上生成一条指令时的精确合闸时间可能是重要的。为此，利用微处理器的多功能性优点，提供了一个与开关SW相结合的触点CT1，它将在开关实际闭合时作出反应，使得微处理器能够立即检测到下述信号的相继出现：1.在线3上指令开关闭合的一个信号，以及2.在线4上来自触点CT1确认合闸的一个信号，并且从比较中立即计算出实际合闸时间。
提供了一块板来帮助操作员。从制造厂商那里得知的合闸时间TSW是由线27设置的而微处理器则是通过线28接收它的。操作员在线29与31上分别输入电压与频率偏差的极限。对应的数据（△VL，△FL）由各自的线30与32传送给微处理器。在线36上，操作员可以在若干种操作模式中选择一种，而这一选择是由线37施加到微处理器上进行操作的。微处理器赋有确定各操作、步骤、状态或指令是否正当的必要能力。相应地，通过线38可以向面板传送一个状态信号。在面板上设有灯，它们用线39象微性地指向操作员。图5A相似于图5。它指明按惯例设置在一台微处理器的信号调整（CND）前的输入处的普通继电器（RLI）;以它们对应的输入总线BS1输入微处理器MCP。同样，图中也示出了一条与装在输出上的继电器RLO进行双向通信的总线BS2，就是与开关的接口上，以及将控制信号送至激励控制系统（调整发电机电压）和调速器（调整发电机转速）的接口上。为扩充操作预设了硬件。提供了一条对应的总线BS3与在HEI处的接口进行通信。一个可擦可编程只读存储器（EPROM）以附加总线BS4关联到微处理器上。通向面板有一个多路转换器MLT，以总线BS5与微处理器接口。如图所示，面板上带有旋纽TBW1，TBW2与TBW3用于设置（线28′）开关合闸时间（TBW1）匹配时频率偏差所赋（线31′）的极限值（TBW2）以及电压偏差所达到（线29′）的极限值，它是能作为一个匹配情况接受的（TBW3）。SW1是一个转速极性选择器开关，具有三个位置：1，用于为发电机转速固定一个极限，电网频率所要求的是超过这一极限的转速;2，用于为发电机转速固定一个极限，电网频率所要求的是既可超过这一极限也可低于这一极限的转速;3，用于为发电机转速固定一个极限，电网频率所要求的是低于这一极限的转速。从而，TBW2与SW1指示了操作员指令合闸时所必须进入的上下限幅。同样，SW2为发电机的电压提供三个位置。从而，TBW3与SW2为同步提供了在电压上的要求。面板也为操作员示出灯光（线39）与显示（线39′）。这种以微处理器所提供的实际数据为基础的操作员的干预称作“操作员监视”模式，它是选择（图5中线6）来代替通常由微处理器提供的“自动”模式的，对此下面将作更具体的说明。图5A也示出了一个模拟后备电路ABC，它响应线7′与8′，它们是与图5中的线7，8，12，11与15并联的。这是一种安全性后备，是为了闭锁某些不协调情况而提供的。开关的合闸通过继电器RLB发生。图5A也以圆点示出了其它可能的继电器。
输入的模拟信号包含两个波形;一个（线6）表示电网电压而另一个（线5）表示发电机电压。然后每一个电压波形被处理以产生另外两个信号：一是一串方波（线11与12），另一个（线5′，6′）是全波整流波形的一个平均值。整流波形的平均值与电网或发电机电压的幅值成正比。这两串方波（线13，14）作“与”运算后形成另一信号（线15），该信号表示它们之间的相对相位关系。上述所有信号都输入到微控制器（MCP）中。
输入触头闭合信号（27，29，31）表示操作员指令，诸如开关装置的选择或者同期装置操作模式的选择。这些信号被光学隔离装置及随后除跳动（debouncing）电路所调整。然后将这些信号输入微控制器。
诸如电压差，频率差，以及开关装置的闭合时间等可设置的参数是用旋纽开关TBW1，TBW2，TBW3从面板上编程的。处理器在一条专用的四位宽总线结构上读取这些旋纽开关。来自诸如搬扭开关，按纽开关等其它面板编程装置的信号，通过触头除跳动电路的滤波后作为并行输入读入微控制器中。
提供了各种面板指示器，以指示重大事件或情况的出现。面板指示装置包括发光二极管（线39）以及一个多位数字显示（线39′）。
数字微控制器执行存储在程序存储器中的指令。微控制器所执行的这些指令定义了同期装置的总体操体。
输出的控制信号用于控制同期装置外部的设备。这些外部设备允许同期装置操纵（线2）发电机电压的电压调节器（EXS），以及操纵发电机转速的转速控制器（调速器GV）。同期装置也提供一个促使开关装置SW闭合的输出（线3），以及指示同期装置本身是否存在任何问题的一个输出（线38）。
根据本发明，装设了一个内装的模拟后备电路ABC。这一模拟后备电路的功能是在任何时候电网波形与发电机波形之间的相位关系不满足一组设定的安全性条件时截止至开关装置的控制信号。
本发明同时提供了接受一定限度数量附加硬件的能力，诸如用于更先进的性能的补充编程设备。基本同期装置硬件包括一个设计为与一块“扩充板”配合的专用连接路。这些扩充板是增加附加功能的运载装置。
软件执行下述六种基本任务：
1.读入面板输入设备，外部控制信号，方波脉冲串，以及整流后的电网与发电机波形的平均值。
2.处理脉冲串与平均波形值、处理是部分地按照固定的算法和部分地按照面板设备与外部控制输入的设置所确定的算法进行的。
3.基于处理算法的结果，启动一个或多个控制输出或者面板指示器。
4.与一个外部测试设备进行通信，並执行这一设备所要求的测试与/或过程。
5.执行自检过程。
6.检测並通告不正当的面板参数设置或者操作过程中的其它错误。
为了读取面板旋纽开关（TBW1-TBW3）的整定，软件生成一个在硬件中译码的四位地址，以选择一个筑纽开关。来自该开关的二进制编码（BCD）的数便出现在一条四位宽的单向数据总线上上，並以一个并行端口的四个位被控制器所读取。其它而扳开关与按纽，以及外部控制输入是以存储器映象的并行端口方式读取的。这些输入合在一起完全确定了同期装置的工作模式。
软件对方波脉冲串进行处理以提取三个信息：发电机的频率，电网的频率，以及两个波形之间的相位关系。频率是使用一个计数器来累计出现在方波的正的部分期间的一个时钟信号数目来测定的。然后，软件检验确定是否电网与发电机频率都在可接受的范围内。如果两个频率都在指定的范围内，则可以计算电网与发电机频率之间的差，並将其与指定可接受的频率差的面板设置点相比较。整流波形的平均值是不同的并且同样地将其与指定可接受的电压差的面板整定点相比较。面板指示灯用于指示上述条件的满足。脉冲串中的脉冲宽度表示“与”运算后的信号中所包含的在计算电网与发电机波形的相对相位中所需要的信息。这些脉冲的宽度是使用与测量频率相同的计数技术来计算的。
软件控制继电器触点输出，以启动在外部设备部分的下述动作：
1.提升发电机电压
2.降低发电机电压
3.提高发电机转速
4.降低发电机转速
5.闭合开关装置
6.通告在同期装置操作中检测到的问题
同期装置能以五种模式工作：自动、操作员、监视、断电的母线、自动/备用，以及母线至母线。模式选择是由一个外部安装的选择器开关完成的，一般由用户供给。
在自动模式中，提升/降低电压与提高/降低转速控制输出，按照一种比例控制算法运算。比例控制算法调节一个输出继电器被激发的时间间隔（或负载周期）。继电器负载周期是与最近测得的变量与整定点之间的差成正比的。用面板上的搬纽开关来指定差的极性。而后，比例控制算法便可确定输出的是一个提升或降低脉冲以及具有什么宽度。当指定的电压与频率条件已经附合並且电网与发电机间的相位关系是准确的时候，便向开关装置发出导致合闸的输出。处理算法确定两个波形进入同机的程度;确定相位差;然后计算到达波形完全同相所剩余的时间。当到达相位值重合所剩时间等于闭合断路器所需时间TSn时，继电器RLB被激发。来自该继电器的触点使开关装置完成连接。
如果在循环中放入了一位操作员，则该系统在“操作员监视”模式中工作。自动控制算法包含允许操作人员成为控制循环中的一部分在这一工作模式中，同期装置担任较被动的角色，并且不输出调整电压或频率的控制信号。操作人员负责以某种人工调整手段来满足指定的电压与频率偏差。然而，同期装置的确指示什么时候电压与频率是在它们指定的偏差范围内。同期装置仍然和前面一样执行相同的算法来计算输出闭合开关的信号的适当时刻。然而，操作员也有一个开关，这一个开关必须在控制继电器要激发並指令开关闭合之前在计算出的时间附近进入到某一上下限幅之中时先加以闭合。
在“自动”与“操作员监视”两种模式中，一个而板显示器出发电机频率。在开关装置成功合闸后，该同一显示器将用于关闭合的实际时间。软件也检测开关装置的闭合失败並保持闭合某一最小量时间。闭合失败构成一种严重的错误状态，並寻致在面板显示器上显示一个错误代码，以及表示同期装置问题的触头闭合的输出。这种错误将特别导致同期装置成为一种“闭塞”状态。这一闭塞状态将在面板上的一个指示器上得到指示。软件将进入这样一种状态，即同期装置必须以断电重新复位並再通电使之恢复工作。
本发明同时提供一种“断电的母线”模式。在这一工作模式中，只要电网电压降到某一阀值以下並保持某一最小时间，同期装置将立即输出一个闭合开关的信号。任何如果电网电压上升到阀值以上，延时定时器复位到全延时时间。当电网电压再度降落到阀值以下时，计时将重新恢复。
还有一种“自动/备用”模式。在这一工作模式中，除了闭合开关装置的最终指令是被禁止的以外，同期装置是以正常的自动模式工作的。同期装置将激励一个辅助断电器，来代替模拟实际闭合指令断电器所采用的动作。在这一模式中，自动同步序列将被“闭锁”直到操作人员对所有条件都已稳定和满足，感到满意为止。然后，操作员能够转换回到自动模式，而同期装置则恢复正常工作，並发送开关闭合指令信号。
提供了一种“母线到母线”模式，在这一模式中正常情况中，一台发电机的输入信号的产生却来自另一条母线。这一工作模式在完成一条“环形母线”配置的两端的连接中是有用的。在这种配置中，环形母线两端的频率是相同的，但存在一个随时间变化的相位角关系。操作员在设置点中为角偏差的大小与极性，允许电压差的大小与极性以及一个时间延时进行编程。两个电压波形必须在整个时间延时中保持在规定的极限内。在时间延时过完时，开关将被闭合。
工作参数是以附加的硬件编程的，这一附加硬件可连接到基本同期装置硬件上，並成为其一部分。
本系统提供了与一台外部测试设备进行通信的能力。通信是以一组并行的信号线，以及通过一条通用串行通道来发生的。并行信号线载有来自同期装置的某些内部信号，並且也将来自测试设备的测试信号输入到同期装置中。串行通信通道载有指令与回答信息。指令信息指示同期装置去执行某些动作或者返回一则包含某些数据的回答信息。
也装备了一个自检算法，当同步器不再有效地执行同步动能时便作为后台任务执行这一自检算法。自检算法中出现的一个故障将导致“同步器故障”触点被激发以通告该情况。
对于一个不正当的设置或者面板设置组合或者外部触点输入的一个不正当组合便有可能进行检测与通告。不正当面板设置的一个例子可能是一个太大或太小的开关闭合时间。不正当的外部触头输入的一个例子可能是在一个以上的开关装置同时被选择时，各有不同的闭合时间。通告是使用数字面板显示器来指示一个正确指出原因的错误代码的方式来实现的。这样一个错误状态必须人工地加以确认，然后同期装置才能恢复正常工作。
图6以方框图示出微处理器MCP是如何执行电压匹配功能的。线5与6分别输入一个表示电压VL（线6）与电压VG（线5）的正弦波信号。各信号由一个整流器（RCT2与RCT1）转换成其绝对值。输出的纹波被滤波器（FLT）消除，並且直流（DC）信号（线6′与5′）被转换成数字形式（模拟至数字转换器AD2与AD1）。两个数字信号V1与V2（线8与7）在SUB处相减得出一个差信号d＝（V1-V2）。这一信号被传送到一个采样器SMP，该采样器在每个负载周期开始时间T，2T，3T……受线190的控制（周期时间为T）。因此，采样器启动对偏差d的采样並在输出（线40）上导出一个当前的和行进中的第n个周期T的采样dn。从而，根据每一个时间为T的新周期在线40上得到样本dn＝（V1n-V2n）。这是在微处理器在进行数据检索，数据分析与数据处理，包括生成与使用具有周期T的一个时钟周期的过程中完成的。由此可见，V1n与V2n是传送给SVB的瞬时值用于在dn的取样时刻求差。后者（dn）代表表示要求匹配的两个电压之间的瞬时偏差的当前样本。dn由线40传送给在线41上有一个阀值VL的第一比较路CMP，VL表示一个用于匹配的最大偏差的可接受的极限。只要不超过这一极限，在比较器的输出处的线81便提供一个有利于匹配逻辑，从而，不需校正发电机电压。同样，线40经由线42去往一个第二比较器CMP的输入端，该比较器在线43上有一个指示基准零点的阈值。所以，线42是否大于或小于线43上的零基准点将指明线40的偏差dn的极性。如果在第二比较器的输出上的线82的逻辑中的极性与线81的对应极限的逻辑相匹配，一个“与”（AND）装置将在线83上表示存在着“匹配”而不需要校正发电机电压。所以，电压控制器框80将被禁止在其输出线2上生成任何对激励器EXC的控制信号。否则，线83将起动框80。两个比较器以及输出线83去往框80的“与”装置的操作可由图6A展示。在那里示出了（对于样本n）dn的四个可能值，即在电平M1（纵坐标为正並高于极限LMT1），在M2（在LMT1以下，但是正的），在M3（负的且大于一个负极限LMT2）以及在M4（小于LMT2的一个值）。第一比较器将测定样本的绝对值是否在情况（M1，M4）或者（M2，M3），而第二比较器则将测定它是否是（M1，M2）或（M3，M4）。通过相加，线83将会知道样本是否在定义匹配的上下限幅的两个极限LMT1与LMT2之间，或者在该两个极限之外，从而知道是否需要来自框80通过线2的控制。
如果线83允许，则将根据偏差dn继续不断地校正发电机电压。是否V1n＞V2n或者V1n＜V2n是由极性检测器PD从线40，42，44与75上检测到。检测结果的符号是在线76上输出的，用于确定控制器框80要提升或降低发电机电压。如果偏差是“正”的，则表示发电机电压低于电网电压而要求“增加”电压来进行校正（在LMT1以上且V1n大于V2n），而如果偏差是“负”的，则相反。校正量是从线44以一个上下限幅比较器WCP确定的。在WCP中提供有多个比较器CMP，每个比较器有两个极限（TH1，TH1′），（TH2，TH2′）……用于定义连续的上下限幅中的对应一个。这些阈值是与在输入处的偏差dn的大小相关的。在各电平上，所选中的比较器将由线78启动一个对应的脉冲宽度发生器。脉冲宽度W1，W2，W3，……各表示在控制周期中的一个有效控制延续时间，从而控制一个负载周期。所以，输出线78（来自WCP中的工作比较器）中之一将启动N个脉冲宽度发生器PGN1，PGN2，PGN3，……中对应的一个，即具有与线44的样本dn的大小相关的脉冲宽度的一个。一般地，这种关系最好是正比例的关系（控制信号相对于每个负载周期中的偏差的相同的正比例性将同样在以后的转速控制中遇到）。对应地，框80响应被采样的偏差dn，在一个由W1，……或Wn所确定的时间间隔中，将提升或者降低发电机电压，即在负载周期T中提升或者降低发电机电压。这将从图6B的曲线中示出。在那里示出了对应于由阈值（TH1，TH1′），（TH2，TH2′），（TH3，TH3′）等为每一极性及线44的偏差dn的若干范围所定义的上下限幅所确定的W1，W2，W3等若干梯级。情况有可能是低于极限LMT1（负的极性）或者高于极限LMT2（正的极性）。随着偏差的绝对值超过极限，这些上下限幅W1，W2，W3……越来越高（沿纵坐标轴）。相应地，具有这种延续时间（W1，W2，W3……）的框80将在对应的负载周期中（每一个都是由施加在线190上的周期为T的时钟信号启动的）向LMT1提升负的偏差，或者向LMT2降低正偏差，使得样本dn随着每个负载周期越来越靠近匹配区域，在该匹配区中线83的逻辑成为无控制的。使用根据本发明的系统表现为发电机与电网电压之间的偏差在每一初始周期T恒定地被样本dn的推算所确定。每一个样本与在线79之一上发生具有宽度Wi的一个对应的脉冲的相一致。这将导致作出一个在对应的周期T以内在一部分时间Wi中进行控制的一个决定。从而，在连续的负载周期之一中，线2将通过框80在同一步骤中立即引发（禁止时则不引发）一个比例控制指令△Vc（去提升或降低发电机电压）。
图6c相似于图6A，但除了示出了以作为基准的（OX轴）电网线电压（一般为120伏）为中心的允许匹配的区域（+△VL与-△VL，一般地误差在+/-5伏特范围内）外，还示出了一个上限UL与一个下限LL，超出这些极限电压控制是禁止的。发电机电压控制从而是沿着纵坐标轴（Y10Y2）而确定的。图6D示出了从一较低区域带有人工调整的（从工作点P0到工作点P1）发电机电压控制操作。这一区域是以发电机电压下限LL定义的。在这一区域以上（从点P1起）紧接着便是如参照图6所说明的“自动”调整。通过若干次连续采样的样本dn及△Vc校正直到点P8进入选定的匹配区域便到达了匹配区域。在这一示例中的匹配区域（用斜线表示）选定为电网基准电压以下的-△V。
图6E1为展示图6中框80的功能的方框图。多条线79汇集到一个负载周期电路DUC（它反复地从线190被具有周期T的定时器所启动，该定时器是采样器SMP的线190′上的同一定时器）的单一输入上，而线79的输入则在输出导致一个具有延续时间Wi的脉冲信号（线79的选定的脉冲宽度），以启动一个电压控制输出电路VOC1，在这一延续时间Wi中去提升电压，或者启动一个电压控制电路VOC2，在延续时间Wi中去降低电压。VOC1与VOC2是由线76（图6）的极性选择的。提升或降低控制信号出现在线192上，並当门GT被线83启动时被传送到线2上。图6E2以曲线示出了样本dn（曲线（b））是如何在负载周期的连续延续时间T，2T，3T转换成脉冲宽度信号的。
现在将对转速匹配进行说明，离散校正控制也将用于与发电和与电网输电线频率相关的频率信号。
参见图7，线11（用于发电机）与线12（用于电网）上的方波电压信号被接收並分别传送到一个计数电路，该电路在出现前沿时启动而在出现后沿时停止，锁存与清零。从而，每一个电路包括一个由进入的方形脉冲设置的前沿（riding edge）检测器RED与一个由出去的方形脉冲设置的后沿检测器FED。在输出Q上，RED将启动计数器而FED则将其清零，然而却将计数锁存到一个锁存器LTC。所以，为响应线12，线102将提供连续的计数……，Cn，Cn+1，……。同样，响应线11，线101将提供连续的计数……，Cm，Cm+1，……。一个减法器SUB在线103上提供这两串连续地锁存的计数並列的两个计数之间的差：（Cn-Cm）＝dn;（Cn+1-Cm+1）＝dn+1等。此后，一个采样器SMP（如图6中的）根据在线190′上（如图6中的）一个触发时钟信号在每个持续时间为T的新周期上提供一个样本。其极性是在PD处从线103与104上检测到的，其符号在线110上並施加到一个频率控制器115。框115与图6中的框80相似，如同示出在图6E1中。相应地，取决于线110上的符号，框115将在每一个由线190定时的周期上，由线1引起提升或降低转速。这是从样本dn＝（Cn-Cm）的大小在一个上下限幅比较器WCP（同图6中的那个一样）中选择一个上下限来进行调整的。这里也一样，阈值（TH1，TH1′），（TH2，TH2′）……确定到达若干个脉冲宽度发生器PGN1，PGN2，……，PGNn之一的可选择性输出线108，而发生器则由线109载送若干个具有宽度W1，W2，W3，……，Wn的可选择脉冲之一。框115将具有一个对应的负载周期（在由线190启动以后）来响应具有宽度Wi的选中的脉冲。这也如图6所示。
为了启动框115，线103的样本由线105与106传送给两个比较器，这是以上面图6中相似的方式进行的。一个比较器在线116上有一个表示要与线105上的频率（FL）相匹配的上下限幅值极限的阈值。另一个比较器在线117上有一个标示线106的输入的极性的一个基准零。一个“与”装置检验来自两个比较器的线111与112的两个状态是否匹配，藉此，在线113上去往框115的逻辑将“禁止”控制（如果匹配）或者“启动”控制。这正如图6中关于电压控制器，即框80，所作的说明。同样，在线1上输出的控制信号的幅度（去往涡轮机的调速器）被转换成一个由Wi（在线109上传送的脉冲的宽度，在负载周期中最大延续时间T的一部分）确定的控制延续时间，如在线108中间所选择的。
对于图7中的频率匹配的说明与图6A，6B，6C，6E1与6E2所作的说明相同，与用图6中的电压匹配不同。
图8是关于断路器的闭合。所示出的方框图说明了在指令断路器合闸（在同期时）中的操作。线14与15的两个信号进行了“与”运算，而这两个波的“重叠”范围被输入到一个重合检测器，该检测器与图7中同线11与12相关联的方波宽度检测器相似。前沿设置一个前沿检测器RED，而后沿则设置一个后沿检测器FED。其结果是，RED的Q输出启动一个计数器，而FED的Q输出将锁存该计数，並将计数器CNT清零。具有表示重叠AB（分别在脉冲n，n+1，n+2）范围的计数的性质的连续样本Cn-1，Cn，C Cn+1在线120上输出。各样本由线121通过一条延时线传送，使得输出的延时的样本（Cn-1）能在SUB处被从当前样本（Cn）中减去。在线123上得到表示两个波之间的“重叠”相位的增加（或减小）率的特征的结果偏差dn＝（Cn-Cn-1）。一个具有零阈值的比较器CMP1将在线124上提供相应的极性，从而指示重叠是在增加或减小。如果它是正的，说明重叠在增加，这意味着时间的前进是向着“重合”的，而线124将有一个诸如由线3“启动”闭合的逻辑。在相反的情况下线124将“禁止”控制。
线123也经由线125去往一个除法器DVD，该除法器在线126上作为它的分子输入到达相位重合所剩下的最大脉冲宽度（即重叠）。事实上，在重合时，最大脉冲宽度将是正弦波的半周期。其结果将是在线127上的到达重合的时间的瞬时时间值tn，tn+1，tn+2。一个具有断路器的合闸时间Tsw作为阈值的比较器CMP2当线127的时刻tn，tn+1，tn+2与合闸时间相匹配时便作出反应。而后，比较器CMP2将在线129上送出闭合断路器的指令。一个“与”装置已在线124上检验可接受的极性（启动）。还有两个输入要进行与运算。一个是来自线130确认电压匹配的（见图6与线83），另一个是来自线131确认频率匹配的（见图7中的113）。一个“与”装置的所有四个输入将允许（当全都是1时）在线4上输出合闸指令的逻辑1。
图9以曲线示出了使用图1的“与”装置推算出发电机母线BL与电网线路GL的方波之间的最大重叠的过程。曲线（a）与（b）为正弦波，曲线（c）与（d）为各自的对应方波。曲线（e）示出了方波的“与”运算结果。重叠在重合时增加到一个最大值，而在离开重合180°时减小到零。曲线（f）将重叠的增大示出为一个具有正斜率的线性上升，並将离开重合的重叠减小示出为一个具有负斜率的线性下降。曲线（g）是在曲线（f）上预期刻划上离开重合时刻tC的开关合闸时间（相移180°处的非重合时刻以tnc示出）用于有效地闭合开关。
图10A至10K为示出微处理器MCP的操作步骤的流程图。
参见图10A，系统在框201以初始化及执行“自检”开始。然后，在框202扫描而板整定值，随即在框203查问是否所有整定值都是正当的。如果框203的结果为否，则在框204系统通告一个错误並返回到开始。如果203的结果为是，则在框205扫描模式控制输入，随即在框206判定是否所有控制输入是正当的。如果框206的结果为否，则在框207通告错误並返回到框205之前。如果206的结果为是，则在框208系统对测试插头进行扫描，在框209判定测试插头是否插入。如果框209的结果为否，则在框210判定开关是否闭合。如果框210的判定结果为是，则返回到框202之前，如果210的结果为否，则系统进行到图10B的B。如果在框209的判定结果为是，则系统前进到图10I的流程图的A。
图10B的流程图是当图10A的框210的判定结果为否时在B处进入的。从B进入框211，在框211判定模式为“自动”还是“自动-备用”。如果为是，流程图在图10D的C处继续。如果为否，在框212判定所使用的模式是否为“断电（Dead）母线”。如果为是，流程图前进到图10G的D。如果框212的判定结果为否，则在框213判定模式是否为“母线到母线”。如果为是，系统进行到图10H的E。如果为否，在框214判定模式是否为“操作员监视”模式。如果为是，则所用的流程图自图10J的K开始。如果为否，则在框215作出最后结论必须进入“人工”模式。此后便返回到图10A中框202前面的F处。
在图10C上，C来自图10E的框232，这以后会看到。随着，在框216检测电压差是否合适。如果在框217判定为是，则点亮“△V合适”灯並设置就绪。然后，系统进到图10D的G。如果框216的结果为否，在218测定发电机电压是否太低。如果为否，则在框220判定它是否太高。如果仍然为否，则系统返回到框217。如果在框218为是，则在框219的步骤为送出一条“提升电压”指令，随后，进到图10A的F处。如果在框220的结果为是，则在框221所采取的步骤为送出一条“降低电压”指令，随后，返回到图10A的F。
图10D开始于来自图10C的框217的G处。在框222，确认频率差是否小于.02HZ（赫兹）。如果为是，在框223送出一条指令去提高或降低转速“冲击器（Kicker）”指令，然后，系统返回到图10A的F，从而回到框202的前面。如果在框222为否，则在框224测定发电机频率是否太低。如果为否，则在框226测定发电机频率是否太高。在框224的结果为是导致送出一条“提高转速”指令（在框225，然后返回图10A的F），而在框226的结果为是则导致送出一条“降低转速”指令（在框228，接着返回到图10A的F）。
图10E开始于来自图10D的H。第一步是在框229计算到达相位重合所剩下的时间。然后，在框230判定这一剩余时间是否等于断路器闭合时间。如果为否，则系统返回到图10C的入口。如果在框230为是，则在框231判定是否在“自动-备用”模式。如果为是，则整定为500ms（毫秒）的“相位角合适”继电器被激发，而系统则去到图10C的C。如果在框231的判定为否，则在框233，激发500ms的“断路器合闸”继电器。随后进入图10F的流程图的入口。
图10F在框234以等待一秒钟开始。在这里得到了一个“反激励作用（anti-pump）”闭锁状态的可能性。众所周知，这是为了在显示了一个“错误代码”之后便于安全地重新启动而提供的。同期装置正常地给出一条闭合断路器SW的指令。感知该指令以后，通常为1秒的延时被设立来等待合闸。触点CT1，CT2（图1）通过线4反馈断路器是否有效地闭合。如果一秒钟以后断路器仍然断开，系统将得出结论指令已经失败。将会有多次尝试去闭合，这种连续的步骤称作“激励作用（Pumping）”。在这样一种尝试没有成功以后，系统将在软件意义上关闭自己，並且显示一个闭锁状态“错误代码”。从而，在框235提出问题开关是否闭合？如果为是，在框236显示开关的闭合时间，並随即返回到图10A中框202之前。如果在框235的判定为否，则在框237进入“反激励作用”闭锁状态並通告一个错误。接着将停机。
图10G开始于来自图10B的流程图的D处。在框238判定电网电压是否低于最小值。如果为否，则在框239复位5秒定时器，然后在框241判定系统是否在“断电母线”模式。如果为否，则返回到图10A的F。如果为是，则系统回到框238。如果在240为是，在框242的步骤是激发500ms的“断路器合闸”继电器。然后，在框243强制等待一秒钟並且在框244的结果应为断路器已闭合。如果为是，则在框245显示断路器的闭合时间，並返回至图10A。如果在框244为否，则在框246通告一个错误並进入“反激励作用”闭锁状态。
图10H来自图10B的E。在框247判定电压差是否合适。如果为否，在框249复位延时计时器並在框250判定系统是否在“母线至母线”模式。如果为是，则返回到框247前面。如果框250为否，则入口在图10A的流程图的F。如果在框247为是，则系统检测相位角差是否合适。如果为否，则去往框249。如果在框251为是，则检测延时定时器是否已过了延时。如果为否，则在框252显示相位角差;如果为是，则在框253将“断路器合闸”继电器激发500ms，並在框254等待一秒钟，随即检测断路器是否已闭合。如果在框255为是，则在框256显示断路器的闭合时间，並返回至图10A框202前面的F。如果在框255为否，则在框257进入“反激励作用”闭锁状态並通告一个错误，造成停机。
图10I开始于图10A的流程图中框209检测测试插头是否插入为是处。然后，在图10I中，在框258启动测试程序。此后，在框259系统等待从测试器来的报文的完成。此后，在框260判定是否已经收到整个报文。如果为否，则返回到框259前面等待完成。如果为是，则在框261提取报文中的功能码。在框262，对功能码进行译码而完成了指定的测试。在框263，如果能适用于这一测试则将答复报文送给测试器。随后，返回到步骤259的前面。
图10J开始于来自对所用的是否为“操作员监视”模式这一问题的判定（在框214）为是的K处。首先在图10J的流程图的框264检测电压差是否合适。如果为否，由框266再一次检测系统是否在“操作员监视”模式。如果为是，则返回至框264前面。如果框264为是，问题是频率差是否合适。如果为否，再一次经由框266返回到框264的前面。如果框266为否，则系统返回到图10A的F。如果在框265为是，则在框267计算相位重合的提前角，並在框268建立围绕以提前角为中心的一个+/-5度的允许上下限幅。此后，在框269核实操作员的一条“闭合”指令是否已经在该上下限幅之内起动。如果为是，在框270将“断路器合闸”继电器激发500ms，而系统则进入图10K的流程图的L处。如果框269为否，则返回到框264前面。
图10K接着图10J的框270，在框271等待一秒钟，随即在框272检测断路器是否已经闭合。在框270的一个否导致进入“反激励作用”闭锁状态並通告一个错误（在框274）。如果在框272为是，则在框273显示断路器合闸时间，随着返回到图10A的F。
如上所述，在断路器SW每次合闸时，触头CT1（图5）将允许记录並显示最新的断路器闭合时间，这一时间在从预测的重合出现（在图10E的框230）计算触发合闸时将被用作一个最新的数字。流程图已经将按照本发明的系统中的某些工作模式的应用展示清楚。其中的两种模式为“断电母线”模式与“母线至母线”模式。现在将参照图11对“断电母线”模式以及参照图12和13对“母线至母线”模式进行考察。
参见图11，现在假定图1中的电网线路BL是一条“断电的母线”，即一条失去了其正常电压的输电线。在这一情况下，根据本发明的数字的以微处理器为基础的同期装置是作为后备电源的一部分工作的，其中，发电机及其母线GL是用作一个备用的电源连接在断电的母线上，以便恢复电网线BL的正常工作。按照本发明的系统将通过允许足够长的时间来对电压降落进行确认，以检测BL线是否真正是一条断电的母线，並当所有启动条件都符合时将断路器闭合，以启动连接。（要求的电压是以线6上的点线示出的）。为了清楚起见，以图5中相同的线5与线6用于发电机线GL与电网线路BL。在那里也能见到整流器RCT1与RCT2，低通滤波器（FLT），它们的线5′和6′，以及A/D（模拟-数字）转换器（AD1，AD2）。从而，引线7与8相似于图6中的。线8的电压VB被输入到一个比较器CMP，CMP具有一个表示要求电网线连接到发电机母线上的低电压极限阈值（线132），即由于比较器确认了一条断电的母线的特性而必须将电网线连接到发电机母线上。如果是这样，比较器在线133上输出一个“启动”信号来闭合断路器。电压VA（在线7上来自作为备用电源的发电机）作用在一个具有指示一个下限LL的阈值（线134）的比较器CMP，以及另一个具有指示一个上限UL的阈值（线135）的比较器CMP，在这两个极限之间时启动。从而，当电压VA是在这两个极限之间时，各自的输出线136与137是启动的。一个“与”（AND）装置响应线133，136，与137之间的匹配而允许由线138启动。作为结果，一个触发器FP被设置並且从其Q输出起动一个计数器CNT（由时钟信号提供）CNT将从它被线138起动的瞬间开始计数，但是在线138的“起动状态”消失时CNT被复位到零（由线138′）。然而，如果这一启动状态持续如此之长使得线140的计数与一个延时计数匹配（该延时计数是由线139作为一个阈值输入到一个比较器CMP的），后者将检测到这一线138的启动状态的持续效应，並由线4输出一条断路器合闸的指令。
图12与13是关于“母线对母线”模式的。现在，微处理器被用于两条母线BUS1与BUS2（一个第一与一个第二电网的），它们是假定为具有相同频率的电压的（f1＝f2）。线69与70，如同图6的线5与6，输入表示两条线上的各自电压的正弦波。和图6一样，这些波是经过一个绝对值电路（RCT1，RCT2），一个低通滤波器（FLT）以及A/D转换器（AD1，AD2）在各自的线98与99上提供对应的电压VB1与VB2的。由线98输入两个比较器（一个具有上限UL，而另一个具有下限LL作为阈值），而一个比较器的结果启动状态是在线141上引出，另一个比较器的结果启动状态则从线142上引出。这两个结果被输入到一个“与”装置143，並在线144上输出。同样，分别具有相同上限UL与相同下限LL的两个比较器响应线99可能在各自的线145与146上生成启动状态。它们也同样输入“与”装置143。当线98的电压VB1在上限UL以下与下限LL以上並且线99的电压VB2同时出现这一相同的状态时，线144将被启动。这两个电压VB1与VB2相减（在一个减法器SUB中）其差在线147上输出。
再者，线69与70的两个正弦波被像图5中线5与6上的信号一样地处理，以提供方波（如同在线11与12上），並且以这两个方波生成表示这两个方波之间的重叠的一个“与”装置脉冲（如在线13，14与15上的）。这种重叠是（像在图8的线15上）以具有面向或离开重合的变化着的宽度的连续脉冲出现在线148上的。在一个前沿上（检测器RED）起动一次计数，並且在后沿上（检测器FED）停止该计数。一个计数器由RED的Q输出设置並由FED的Q输出用锁存其计数来清零，正如前面说明的那样。其结果是在线149上的一串计数，这样一个Cn每次出现构成一个样本。线149输入到一个相移电路PDC将线149的计数转换成以角度表示的相移。为达到这一效果，使用了一个除法器从线149上接收Cn作为分子並（在线150上）接收最大计数Cmax（在重合时达到的一个）作为分母。然后，由线151将该结果乘以180以提供180×Cn/Cmax。一个减法器（SUB）将完成差（180-180×Cn/Cmax）的计算这便是以度表示的相移。这一结果在线152输出。
参见图13，来自图12的线144进入一个“与”装置。来自图12的线147进入两个有各自的阈值的比较器，一个（线153）在其逻辑输出上定义一个电压V的最小偏差，而另一个（线154）在线156上指示正确的极性（即电压差是在增加）。当这两个比较器的输出启动时，它们的逻辑信号加到图13的“与”装置上（线155与156）。传送相移的线152也去往两个对应的比较器，一个具有一作为阈值的选择的相移（线157），另一个具有选择的极性（线158）。输出（线159与160）也输入进该“与”装置。前面的共同启动状态将确认两条母线在要被断路器连接的电压与相位上是正确的。然而，“与”装置的输出上线161的启动状态必须延续足够长的时间，以确认一个真实的情况，即所有启动状态已经存在足够长的时间。所以，线161进入一个触发器FP，该触发器是在启动逻辑第一次出现时被设置的，而它则由其Q输出起动一个计数器（具有它自己的时钟信号），而其计数（线162）将在一个比较器中与一个在线163上作为阈值计数输入的选择的延时进行比较。如果延时确认了该启动状态，线164将触发使两条母线间的断路器合闸的指令。
图14，15与16是关于按照本发明的同期系统的一种工作模式，这种模式称为“操作员监视”模式。如前所述，图14以矢量示出表示两条要被一个开关互连的母线上的两个电压之间的相移的矢量（φD），这一矢量是旋转矢量。这一矢量的旋转由一台同步示波器显示，使得操作员能在屏幕上见到该矢量何时在发出一条正确指令的容许上下。理论上，该相位精确地定向同期装置计算出的提前矢量角位置（AA），以表示为了将重合位置提前合闸时间乘以一个取决于重叠变化率的因子后相位角应该的位置。这一矢量指向同相（0度）方向的前面，同向方向沿纵座标的正方向，与对应于180°反相的负纵坐标轴相反。存在着一个上下限幅（以影线示出），当相移矢量进入这一上下限幅时允许断路器闭合。DW是两个相对的偏差，它们位于定义上下限幅中心的理想提前角AA的两侧。本发明提供了自动检测相位角在这一上下限幅内以及在这一情况下生成一个启动状态的功能。作为一种结果，注视着同步示波器的操作员在按动按钮指令断路器合闸时是安全的，因为这一动作只有当矢量φD真正已经进入而不是移出这一上下限幅时才能得以启动。
图15示出像图5与8中的线13，14与15的信号线及相关联的“与”装置，它们用以导出具有定义在连续的半周期中的重叠的不同范围的变化着的宽度的脉冲。线15被输入到一个前沿检测器RED与一个后沿检测器FED，如同在图8中用于导出（经由计数器CNT，线120与123，比较器CMP1与线124，为了清楚起见使用相同的标号）指示重叠变化率正在增加的启动状态：（Cn-Cn-1）＞0。当启动状态在线124上时，它被送入示出在图16中的一个“与”装置中。
重叠变化率的值dn（来自线123）由线170输入到一个提前角计算器ACC，ACC包含一个乘以一个选择的比例系数K（线171）的一个第一乘法器，以及乘以一个等于断路器合闸时间Tsw的系数的一个第二乘法器，藉此，将矢量提前一与断路器闭合所用的时间相关的大小的量。因此，在输出处的线173将定义图14中的线AA。线173输入到一个SUB与一个ADD装置各有上下限幅角Dw作为输入（分别为线174与175），使得在输出处（分别为176与177）导出AA′＝AA-Dw与AA″＝AA+Dw。此外，从线120经由线120′，计数Cn被施加于一个变换器CNV变换成用于确定相移的度数，这是一个与图12中所遇到过的相似的电路（公式也同样是：180-180×Cn/Cmax）。以度数表示的相移φD是在线152′上导出的。
如图16所示，线176与177去往各自的比较器CMP，两个比较器都有线152′上的值作为阈值。一个在φD7AA′以启动线180作出响应，另一个在φD＜AA″时以启动线181作出响应。由于所有线124，180与181上均为逻辑1的后果，“与”装置将输出一个1。另一个“与”装置同时接收这一输出以及一个在线190上表明电压是匹配的逻辑（△V匹配）和一个在线191上表明频率是匹配的逻辑（△F匹配）。合取的输出出现在线182上对另一个“与”装置起“启动”作用。这便在“操作员监视”模式中达到操作员的期望。当他见到在同步示波器的一个合适的状态时（即，在上下限幅之内）操作员便按下一个触点CT3。这设置一个前沿检测器RED，而RED以其Q输出线183在“与”装置上作用一个1。所以，如果线182与183匹配，则线184将送出一个启动信号去闭合断路器。作为结果，由操作员闭合断路器，只有当正在走向重合时（线124），以及当相移矢量是在上下限幅之内时（线180与181）才能奏效，即满足使线182允许合闸的所有条件。
在附图中使用的标号的标志
图例 标号 图号
电压接收器 16 2
转换器 26 2
电压匹配器 76 2
转速匹配器 38 2
同步器 50 2
提高/降低电压控制输出 80 6
提高/降低转速控制输出 115 7
初始化系统及进行自检 201 10A
扫描面板设置 202 10A
所有设置正当 203 10A
通告错误 204 10A
扫描模式控制输入 205 10A
所有控制输入设置都正当 206 10A
通告错误 207 10A
扫描测试插头 208 10A
测试插头插入 209 10A
断路器闭合 210 10A
模式＝“自动”或“自动-备用” 211 10B
模式＝“断电的母线” 212 10B
模式＝“母线对母线” 213 10B
模式＝“受监视的操作员” 214 10B
进入“人工”模式 215 10B
电压差合适 216 10C
点亮“△V合适”灯並就绪 217 10C
发电机电压太低 218 10C
送出“提高电压”指令 219 10C
发电机电压太高 220 10C
送出“降低电压”指令 221 10C
频率差＜～.02HZ（赫兹） 222 10D
送出提高或降低转速“冲击”指令 223 10D
发电机频率太低 224 10D
送出“提高转速”指令 225 10D
发电机频率太高 226 10D
通电“△f”合适灯与继电器 227 10D
送出“降低转速”指令 228 10D
计算到达相位重合剩余时间 229 10E
到达相位重合剩余时间＝
断路器闭合时间 230 10E
模式＝“自动-备用” 231 10E
“角度合适”继电器通电500毫秒 232 10E
“断路器闭合”继电器通电500毫秒 233 10E
等待一秒钟 234 10F
断路器是否闭合 235 10F
显示测出的开关闭合时间 236 10F
进入“反激励作用”闭锁状态 237 10F
並通告错误
电网电压低于最小值 238 10G
复位5秒定时器 239 10G
5秒定时器到时 240 10G
模式＝“断电的母线” 241 10G
“断路器闭合”继电器通电500毫秒 242 10G
等待一秒钟 243 10G
断路器闭合 244 10G
显示测出的断路器闭合时间 245 10G
进入“反激励作用”封锁状态並
通告错误 246 10G
电压差合适 247 10H
角差合适 248 10H
复位延时定时器 249 10H
模式＝“母线对母线” 250 10H
延时计时器到时 251 10H
显示角差 252 10H
“断路器合闸”继电器通电500毫秒 253 10H
等待一秒钟 254 10H
断路器是否闭合 255 10H
显示测出的断路器闭合时间 256 10H
进入“反激励作用”封锁状态並通告错误 257 10H
启动测试程序 258 10I
等待来自测试器的整个报文 259 10I
整个报文收到 260 10I
从报文中提取功能码 261 10I
译码功能码並执行指定的测试 262 10I
如果测试可行向测试器发送答复报文 263 10I
电压差合适 264 10J
频率差合适 265 10J
在“受监视的操作员”模式中 266 10J
计算相位重合的提前角 267 10J
建立以提前角为中心的+/-5° 268 10J
的容许上下限幅
操作员“闭合”指令启动在上下限幅内 269 10J
“断路器合闸”继电器通电500毫秒 270 10J
等待一秒钟 271 10K
断路器闭合 272 10K
显示测出的断路器闭合时间 273 10K
进入“反激励作用”封锁状态並通告错误 274 10K
脉冲成形器 691 3
脉冲成形器 692 3
混频器与滤波器 693 3
鉴相器或电平检测器 694 3
微分器 695 3
逻辑 697 3
定时器 698 3
∑（求和） 699 3