專利名稱：：用于電力系統的自動控制裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型主要涉及到電力系統的控制系統領域，特指一種用于電力系統的自動控制裝置。
背景技術：
：一般情況下，電廠通過電壓和頻率的變化來控制發電機發電或者切除負載，以維持電網的穩定。但是有些電廠的發電機功率調節速度太慢，無法通過快速調節發電機的發電功率來維持電網平衡。此時最好的辦法就是根據原來系統有功功率分配情況決定某一臺或多臺發電機跳閘后快速切除部分負載(功率缺額)，避免由于不平衡導致母線大幅振蕩，最終導致整個電廠全部瓦解停電。
實用新型內容本實用新型要解決的問題就在于針對現有技術存在的技術問題，本實用新型提供一種結構簡單緊湊、自動化程度高、控制可靠性好的用于電力系統的自動控制裝置。為解決上述技術問題，本實用新型提出的解決方案為一種用于電力系統的自動控制裝置，其特征在于它包括一個區域功率聯切主裝置和一個以上區域功率聯切從裝置，安裝于各負載處的區域功率聯切從裝置用來采集現場各連接負載的交流信號，區域功率聯切從裝置的輸出端與外部顯示設備相連并將處理完的數據信號通過光纖傳遞給區域功率聯切主裝置，區域功率聯切從裝置的輸入端用來接收區域功率聯切主裝置發送來的控制信號；安裝于發電廠處的區域功率聯切主裝置用來采集現場各連接發電機的交流信號，區域功率聯切主裝置的輸入端通過光纖接收區域功率聯切從裝置發送來的負載交流信號，經區域功率聯切主裝置處理后通過輸出端將對各區域功率聯切從裝置的控制信號發送給所對應的區域功率聯切從裝置。所述區域功率聯切主裝置和區域功率聯切從裝置結構相同，均包括主控制單元、總線控制單元、通訊控制單元、開關量輸入單元、開關量輸出單元、交流量輸入單元以及直流量輸入單元，主控制單元用來接收交流信號并對其進行處理，主控制單元的輸入端分別與開關量輸入單元、交流量輸入單元和直流量輸入單元相連，主控制單元的輸出端與開關量輸入單元相連，主控制單元通過通訊控制單元與外部通訊設備相連，主控制單元通過總線控制單元與外部存儲器和以太網通訊單元相連。所述通過通訊控制單元與主控制單元相連的外部通訊設備包括顯示通訊單元、RS485通訊單元和CAN通訊單元。與現有技術相比，本實用新型的優點就在于(l)采用"功率準平衡"控制原則節省了由于部分發電機電源消失后導致電壓和頻率變化帶來的延時，更有利于實現新的電網的平衡。(2)采用分批切除方式，防止由于快速切除對電網帶來的沖擊，保證電網的穩定。(3)能在線實時預測各種功率聯切的組合，便于運行人員離線校核裝置的邏輯判斷。(4)能自動識別發電機或負載的工作狀態(投入還是退出)。(5)采用光纖通信口，采用單模/多模光纖，實現S裝置與M裝置通信。(6)可選擇103或紫光V2.0通信協議進行通信。圖1是本實用新型的系統結構示意圖2是本實用新型中區域功率聯切主裝置的框架結構示意圖3是本實用新型中開關量輸入單元的電路原理示意圖4是本實用新型中開關量輸出單元的電路原理示意圖5是本實用新型中開關量輸出允許單元的電路原理示意圖6是本實用新型中RS485通訊單元的電路原理示意圖7是本實用新型中CAN通訊單元的電路原理示意圖8是本實用新型中顯示通訊單元的電路原理示意圖9是本實用新型中交流電流模擬量采樣電路的電路原理示意圖IO是本實用新型中交流電壓模擬量采樣電路的電路原理示意圖11是本實用新型中直流模擬量采樣電路的電路原理示意圖12是本實用新型中主控制單元與外部設備的連接示意圖例說明1、區域功率聯切主裝置3、主機兼操作員工作站5、高速以太網7、光纖102、總線控制單元104、開關量輸入單元106、交流量輸入單元108、外部存儲器110、顯示通訊單元112、CAN通訊單元1062、一級RC回路1064、二級級RC回路2、區域功率聯切從裝置4、以太網交換機6、光纖轉換器101、主控制單元103、通訊控制單元105、開關量輸出單元107、直流量輸入單元109、以太網通訊單元111、RS485通訊單元1061、電流電壓轉換回路1063、運放跟隨回路1065、電流電壓轉換回1066、一級RC回路1067、運放跟隨回路1068、二級級RC回路具體實施方式以下將結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細說明。參見圖1所示，本實用新型的一種用于電力系統的自動控制裝置，它包括一個區域功率聯切主裝置1和一個以上區域功率聯切從裝置2,安裝于各負載處的區域功率聯切從裝置2用來采集現場各連接負載的交流信號，區域功率聯切從裝置2的輸出端與外部顯示設備相連并將處理完的數據信號通過光纖7傳遞給區域功率聯切主裝置1，區域功率聯切從裝置2的輸入端用來接收區域功率聯切主裝置1發送來的控制信號；安裝于發電廠處的區域功率聯切主裝置1用來釆集現場各連接發電機的交流信號，區域功率聯切主裝置1的輸入端通過光纖7接收區域功率聯切從裝置2發送來的負載交流信號，經區域功率聯切主裝置1處理后通過輸出端將對各區域功率聯切從裝置2的控制信號發送給所對應的區域功率聯切從裝置2。本裝置在電廠中成套使用，用光纖7連接至裝置的光纖轉換器6上。現場可根據距離的遠、近及實際投資成本決定采用多模或者單模光纖7,光纖7的接口亦可根據要求配置，通信方式為異步通信。傳輸速率最高可至56000bps，推薦設置為38400bps。在本實施例中，主控制單元101作為主處理器采用32位高性能主控制單元101(DSPTMS320F2812),區域功率聯切主裝置1和區域功率聯切從裝置2的硬件結構相同，只是在外部采集的信號定義、輸出信號定義有所不同。如圖2所示，以區域功率聯切主裝置l的結構為例，其包括主控制單元101、總線控制單元102、通訊控制單元103、開關量輸入單元104、開關量輸出單元105、交流量輸入單元106以及直流量輸入單元107，主控制單元101用來接收交流信號并對其進行處理，主控制單元101的輸入端分別與開關量輸入單元104、交流量輸入單元106和直流量輸入單元107相連，主控制單元101的輸出端與開關量輸入單元104相連，主控制單元101通過通訊控制單元103與外部通訊設備相連，主控制單元101通過總線控制單元102與外部存儲器108和以太網通訊單元109相連。而通過通訊控制單元103與主控制單元101相連的外部通訊設備包括顯示通訊單元110、RS485通訊單元111和CAN通訊單元112。主控制單元101還通過開關量輸出單元105分別與跳閘出口繼電器相連。本裝置在使用時，區域功率聯切主裝置1通過通訊控制單元103發起上傳命令，并接收區域功率聯切從裝置2上傳的負載功率及開關量信號，結合區域功率聯切主裝置1自身采集到的發電機功率及開關量信號，利用"有功功率準平衡"的控制原則，使得電網總功率不變，當發電機因故障退出運行時，快速切掉相應功率的負載，保持系統總功率相應平衡，即SPC=SPF。通過計算得出相應的控制信號后，下發控制信號至通訊控制單元103。區域功率聯切從裝置2收到區域功率聯切主裝置1的上傳數據命令后將采集到的所有負載交流信號通過計算得出負載功率后，送至通訊控制單元103，并將開關量輸入信號一并上傳。同時區域功率聯切從裝置2還接收來自區域功率聯切主裝置l的控制命令，并根據控制命令驅動相應開關量輸出。區域功率聯切主裝置l與區域功率聯切從裝置2之間的通信通過通訊控制單元103與光纖轉換器6相連實現遠距離高速數據信號傳輸。如圖3所示，為本實施例中開關量輸入單元104的電路原理示意圖。區域功率聯切主裝置1和區域功率聯切從裝置2均包含有46個相同開關量輸入電路，其電路主要由光電隔離芯片TLP521-1、反向二極管、電阻、電容相互連接而成。圖中SI代表外部信號，高電平為24V低電平為OV。信號經過電阻限流后到光電隔離芯片內。其中，并聯接入輸入回路的電容及二極管做為輸入的抗干擾及防止反向電壓擊穿光隔的保護回路。輸出信號經過電阻的上拉限后由I/O口送到主控制單元101中。輸入高電平時，I/O口電平為OV;輸入低電平時，I/O口電平為3.3V。I/O信號輸入到主控制單元101之I/O口中，主控制單元101通過I/O口電平的高低轉換來進行數字信號的的采集。如圖4和圖5所示，為本實施例中開關量輸出單元105的電路原理示意圖，開關量輸出單元105由開關量輸出電路及開關量輸出允許電路構成。其中，區域功率聯切主裝置l和區域功率聯切從裝置2均包含有24個相同的開關量輸出電路及1個開關量輸出允許電路。開關量輸出電路如圖4所示，由正向高壓驅動器UA、光電隔離芯片TLP181、達林頓晶體管芯片ULN2003和繼電器組成。主控制單元101的I/O口輸出3.3V低電平信號經過緩沖經過正向高壓驅動器UA后變成5V低電平信號再經過光電隔離芯片進行光電隔離。經過隔離的信號變為24V高電平信號通過電阻降壓為12V高電平信號再送至達林頓晶體管芯片，進行高邏輯信號到低邏輯信號的轉換。達林頓晶體管芯片的輸出端電源由開關量輸出允許電路的輸出端提供。由開關量輸出允許電路的輸出端提供的24V電壓與經過轉換的信號控制繼電器。TU、Tl,2是送至裝置的外部信號。當主控制單元IOI的1/0口輸出為高電平時，繼電器不動作。反之，當主控制單元101之I/O口輸出為低電平時，繼電器動作。開關量輸出允許電路如圖5所示，由與非門74LVC00、光電隔離芯片TLP181、達林頓晶體管芯片ULN2003和開關三極管BD676組成。主控制單元101的兩個I/O口QD1及QD2信號，當QD1信號為低電平輸出，QD2為高電平輸出時，信號經過與非門輸出一個3.3V低電平再經過光電隔離芯片進行光電隔離。經過隔離的信號變為24V高電平信號通過電阻降壓為12V高電平信號再送至達林頓晶體管芯片，進行高邏輯信號到低邏輯信號的轉換。達林頓晶體管芯片的輸出端電源由24V電源提供。經過轉換的低電平信號控制開關三極管導通，使得24V電源送至QD24V輸出端。通訊控制單元103是由1個顯示通訊電路、1個RS485隔離通訊電路及1個CAN隔離通訊電路組成。如圖6所示，RS485通信單元111主要由3個異或門74LVC86、3個高速通訊光隔HCPL-0600、1個RS485協議轉換芯片MAX485E組成。通訊信號由主控制單元101通訊串口TX口發出，由RX口收回，由DIR口控制通訊信號的傳輸方向，信號經異或門送至高速通訊光隔，經高速通訊光隔隔離后經過限流電阻送至RS485協議轉換芯片，信號通過RS485協議轉換芯片轉換后變成485協議數據信號經過自適應限流電阻與外部后臺通訊相連。如圖7所示，CAN通信電路主要由2個異或門74LVC86、2個高速通訊光隔HCPL-0600、1個CAN收發器芯片TJA1050T組成。通訊信號由主控制單元101通訊串口CANTX口發出，由CANRX口收回，信號經異或門送至高速通訊光隔，經高速通訊光隔隔離后經限流電阻送至CAN收發器芯片，信號通過CAN收發器芯片轉換后變成CAN協議數據信號經過自適應限流電阻與外部裝置通訊相連。如圖8所示，為本實施例中顯示通訊電單元110的電路原理示意圖。顯示通訊電單元110的電路由兩個正向高壓驅動器74LVC1G07及電阻組成。主控制單元101顯示通訊數據信號經TXDIS端口發出經過正向高壓驅動器，信號由原來的3.3V提升至5.0V后經過限流電阻送至顯示單元。顯示單元的數據信號經過限流電阻送至正向高壓驅動器，信號由5.0V下拉至3.3V后送至主控制單元101的RXDIS端口。交流量輸入單元106和直流量輸入單元107由交流電壓模擬量電路、交流電流模擬量電路及直流模擬量電路組成。區域功率聯切主裝置1由8個交流電壓模擬量電路、8個交流電流模擬量電路及4個直流模擬量電路組成；區域功率聯切從裝置2由4個交流電壓模擬量電路、12個交流電流模擬量電路組成。如圖9所示，交流電流模擬量電路由電流互感器SCT254FK、電流電壓轉換回路1061、RC濾波回路1062、運放跟隨回路1063、RC濾波回路1064等組成。來自外部的0-5A交流信號經交流電流互感器轉換為0-2.5mA低電流信號，經過抗干擾磁珠至送至電流電壓轉換回路1，0-2.5mA低電流信號經過電流電壓轉換回路1061后變位0-3V的電壓信號，電壓信號再經過RC濾波回路1062、運放跟隨回路1063及RC濾波回路1064后送至主控制單元101的內部12位AD做為交流采樣信號。如圖IO所示，交流電壓模擬量電路由降壓電阻、互感器、電流電壓轉換回路1065、RC濾波回路1066、運放跟隨回路1067、RC濾波回路1068等組成。來自外部的0-100V交流信號經交流互感器轉換為0-2.5mA低電流信號，經過抗干擾磁珠至送至電流電壓轉換回路1065，0-2.5mA低電流信號經過電流電壓轉換回路1065后變位0-3Vi的電壓信號，電壓信號再經過RC濾波回路1066、運放跟隨回路1067及RC濾波回路1068后送至主控制單元101的內部12位AD做為交流采樣信號。如圖11所示，直流電壓模擬量電路由分壓電阻、V/F轉換器芯片、高速光隔、施密特反相器等組成。外部4-20mA直流電流信號Ie經過分壓電阻、電容濾波、穩壓二極管限幅后送至V/F轉換器芯片。4-20mA直流信，經過V/F轉換器芯片轉換成60-300KHz的中頻信號，再送至高速光電隔離芯片。經過隔離的頻率信號再經過施密特反相器進行整形后直接送至主控制單元101的端口做為直流采樣信號。如圖12所示，區域功率聯切主裝置1可采集8路交流電壓量，8路交維電流量，4路直流電流量，輸入46路開關信號，接收來自從裝置的數據，輸出24路開關信號，并向從裝置發出控制命令。將數據及報警信號控制結果送至顯示及后臺。其各信號所代表的內容詳見表表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>區域功率聯切從裝置2可采集4路交流電壓量，12路交流電流量，輸入46路開關信號，發送采集數據并來自主裝置的控制命令，輸出24路開關信號，將數據及報警信號控制結果送至顯示及后臺。其各信號所代表的內容詳見表2。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>K2跳1號電容K14跳7號電容K3跳2號負載K15跳8號負載K4跳2號電容K16跳8號電容K5跳3號負載K17跳9號負載K6跳3號電容K18跳9號電容K7跳4號負載K19跳10號負載K8跳4號電容K20跳10號電容K9跳5號負載K21跳ll號負載K10跳5號電容K22跳ll號電容Kll跳6號負載K23跳12號負載K12跳6號電容K24跳12號電容Mll母電壓M95號負載IaM22母電壓M10G號負載IaM33母電壓Mil7號負載IaM44母電壓M128號負載IaM51號負載IaM139號負載IaM62號負載IaM14IO號負載IaM73號負載IaM1511號負載IaM84號負載IaM1612號負載IaCANRCAN通訊收485R485通訊收CANTCAN通訊發485X485通訊發裝置可實現下列功能1、SI1-SI46總共46路信號采集。則46路信號構思高電平為24V、低電平為OV的開關信號。現以主裝置SI3為例來說明以上46路信號的采集。通常情況下1號發電機緊急停機信號沒有閉合時，輸入到裝置的電壓是OV;當1號發電機緊急停機信號閉合時，輸入到裝置的電壓是24V。這個信號采集由圖2所示的開關量輸入電路來完成。當輸入電壓為OV時，裝置認為沒有1號發電機緊急停機信號；當輸入電壓為24V時，裝置認為有1號發電機緊急停機信號。2、Kl-K24總共24路控制命令信號的輸出。現以從裝置的K2為例來介紹這24路控制信號的輸出。裝置要求這些信號空接點輸出打開和閉合。如圖l、圖3、圖4所示，圖2之中央控制器之GPIO引腳輸出到圖3的OUT口及圖4的QDl、QD2口，最后啟動繼電器閉合。反之若中央控制器無輸出則繼電器打開。3、M1-M16總共16路交流模擬量信號輸入。以主裝置1號發電機Uab二次交流電壓信號M1為例介紹這16路模擬量信號的采集。1號發電機Uab二次交流電壓信號輸入到裝置為0-100V的電壓。由圖9的交流電壓模擬量采樣電路進行采樣，輸出的0-3V電壓送至主控制單元101的12位AD口。主控制單元101通過這個值來確定采集電壓的大小。4、主控制單元101對這些信號進行有效處理并通過復雜計算得出各發電機及負載的有功及無功功率。再經過復雜計算按特定的控制原則控制負載的投入數量。5、實現有功功率和無功功率的準平衡(1)實現有功功率的準平衡在沒有外網連接的情況下，整個電力系統由發電機發出的有功功率和所有負載所消耗的有功功率維持平衡。^X(w)=|;w)w)戶i式中——第i臺發電機發出的有功功率AG)—…第j臺負載消耗的有功功率《;^')——第i臺發電機投運狀態(為0時退出；為1時投入)《dC/)_—…第j臺負載投運狀態(為0時退出；為1時投入)功率聯切主控裝置(M裝置)實時采集計算每臺發電機的有功功率，同時功率聯切從控裝置(S裝置)實時采集計算每臺負載的有功功率。M裝置預想某臺發電機停機后，應該切除的負載序號及數量，根據的原則是有功功率的準平衡。當M裝置檢測到某臺發電機停機后，M裝置立即發出聯切命令，由S裝置實施切除操作。(2)實現無功功率的準平衡在沒有外網連接的情況下，整個電力系統由發電機與補償電容器發出的無功功率和所有負載所消耗的無功功率維持平衡。42424Z^('必")+IX(附必(')=E&"必G')式中G/")一第i臺發電機發出的無功功率——第m臺電容器發出的無功功率——第j臺負載消耗的無功功率《P(Z')——第i臺發電機投運狀態(為O時退出；為l時投入)—…第m臺電容器投運狀態(為O時退出；為l時投入)^/C/')——第j臺負載投運狀態(為0時退出；為1時投入)功率聯切主裝置l(M裝置)實時采集計算每臺發電機的無功功率，同時功率聯切從裝置2(S裝置)實時采集計算每臺負載的無功功率。每臺電容器發出的無功功率可以直接設置(因為電容量和電壓已知)。M裝置預想某臺發電機停機后，應該切除的負載及電容器的序號及數量，根據的原則是無功功率的準平衡。當M裝置檢測到某臺發電機停機后，M裝置立即發出聯切命令，由S裝置實施切除操作。6、實現分批軟聯切功能(1)負載采用分批分時聯切，這樣可以盡可能小的引起電網的波動，以維持電網的穩定性。M裝置設置3批聯切操作，每批數量可獨立設置，且可獨立設置每批切除延時。電容器采用分批分時聯切，這樣可以盡可能小的引起電網的波動，以維持電網的穩定性。M裝置設置3批聯切操作，每批數量可獨立設置，且可獨立設置每批切除延時。以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。權利要求1、一種用于電力系統的自動控制裝置，其特征在于它包括一個區域功率聯切主裝置(1)和一個以上區域功率聯切從裝置(2)，安裝于各負載處的區域功率聯切從裝置(2)用來采集現場各連接負載的交流信號，區域功率聯切從裝置(2)的輸出端與外部顯示設備相連并將處理完的數據信號通過光纖(7)傳遞給區域功率聯切主裝置(1)，區域功率聯切從裝置(2)的輸入端用來接收區域功率聯切主裝置(1)發送來的控制信號；安裝于發電廠處的區域功率聯切主裝置(1)用來采集現場各連接發電機的交流信號，區域功率聯切主裝置(1)的輸入端通過光纖(7)接收區域功率聯切從裝置(2)發送來的負載交流信號，經區域功率聯切主裝置(1)處理后通過輸出端將對各區域功率聯切從裝置(2)的控制信號發送給所對應的區域功率聯切從裝置(2)。2、根據權利要求l所述的用于電力系統的自動控制裝置，其特征在于所述區域功率聯切主裝置(1)和區域功率聯切從裝置(2)結構相同，均包括主控制單元(101)、總線控制單元(102)、通訊控制單元(103)、開關量輸入單元(104)、開關量輸出單元(105)、交流量輸入單元(106)以及直流量輸入單元(107)，主控制單元(101)用來接收交流信號并對其進行處理，主控制單元(101)的輸入端分別與開關量輸入單元(104)、交流量輸入單元(106)和直流量輸入單元(107)相連，主控制單元(101)的輸出端與開關量輸入單元(104)相連，主控制單元(101)通過通訊控制單元(103)與外部通訊設備相連，主控制單元(101)通過總線控制單元(102)與外部存儲器(108)和以太網通訊單元(109)相連。3、根據權利要求2所述的用于電力系統的自動控制裝置，其特征在于所述通過通訊控制單元(103)與主控制單元(101)相連的外部通訊設備包括顯示通訊單元(110)、RS485通訊單元(111)和CAN通訊單元(112)。專利摘要一種用于電力系統的自動控制裝置，它包括一個區域功率聯切主裝置和一個以上區域功率聯切從裝置，安裝于各負載處的區域功率聯切從裝置用來采集現場各連接負載的交流信號，區域功率聯切從裝置的輸出端與外部顯示設備相連并將處理完的數據信號通過光纖傳遞給區域功率聯切主裝置，其輸入端用來接收區域功率聯切主裝置發送來的控制信號；安裝于發電廠處的區域功率聯切主裝置用來采集現場各連接發電機的交流信號，其輸入端通過光纖接收區域功率聯切從裝置發送來的負載交流信號，經其處理后通過輸出端將對各區域功率聯切從裝置的控制信號發送給所對應的區域功率聯切從裝置。本實用新型具有結構簡單緊湊、自動化程度高、控制可靠性好等優點。文檔編號G05B19/418GK201294380SQ20082015849公開日2009年8月19日申請日期2008年9月17日優先權日2008年9月17日發明者幸萬,嚴文交,魯鎮惡申請人:湖南紫光測控有限公司