專利名稱：：多路自動準同期裝置的制作方法
技術領域：
：本實用新型涉及電力系統的控制設備領域，特指一種多路自動準同期裝置。
背景技術：
：目前，電廠以及帶同期點的變電站使用的自動準同期裝置均由同期點決定自動準同期裝置的數量，且目前的自動準同期裝置均是采用單片機控制調節速度及同期速度慢，同期質量不高；對于同期失敗后的原因分析只能靠人為的判斷，無法提供同期過程的相關數據記錄。在工礦企業的同期點由于工藝的要求，不可避免地產生一定的諧波干擾也對同期裝置的同期質量產生影響，進而使得同期點斷路器使用壽命減短。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術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、適用范圍廣、控制精度高的多路自動準同期裝置。為解決上述技術問題，本實用新型提出的解決方案為，一種多路自動準同期裝置，其特征在于它包括主控制單元、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、交流電壓模擬量輸入單元以及頻率采集單元，主控制單元通過開關量輸入單元采集開關量信號，主控制單元分別通過交流電壓模擬量輸入單元和頻率采集單元采集同期點系統側及對象側的同期電壓信號和同期頻率，通過PID算法后得到調整對象側電壓的幅值和頻率值，發出脈沖調節命令至開關量輸出單元，同時將計算結果及相應信息轉換成數字信號送至總線控制單元和通訊控制單元；當同期電壓幅值差及同期頻率差滿足條件后，主控制單元停止發出脈沖調節命令，通過開關量輸出單元發出合閘命令。所述主控制單元通過通訊控制單元與外部通訊設備相連，所述外部通訊設備包括顯示通訊單元和RS485通訊單元。所述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。與現有技術相比，本實用新型的優點就在于(1)采用32位DSP平臺的CPU。(2)具有多達8路的同期點控制功能，各路的輸入、輸出及同期控制均保持獨立。(3)具有超強的抗電壓波形畸變能力。(4)采用硬件和軟件雙重相差判據，以避免任何形式的非同期合閘。(5)具有同期錄波功能。裝置能自動記錄同期啟動后系統電壓和對象電壓每個周波的有效值、頻率、壓差、頻差和相差。(6)裝置每路均具有同期表功能。當某路需要通過人工方式同期時，可以方便的將此路設置為同期表而無需另行配置同期表。(7)可進行在線監測、故障監測，報警及顯示，系統安全監視和保護。圖1是本實用新型具體應用實例的系統結構示意圖2是本實用新型的框架結構示意圖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輸出電路原理示意圖5是本實用新型中開關量輸出單元的允許輸出電路原理示意圖6是本實用新型中RS485通訊單元的電路原理示意圖7是本實用新型中顯示通訊單元的電路原理示意圖8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9是本實用新型中頻率采集單元的電路原理示意圖io是本實用新型中主控制單元與外部設備的連接示意圖。圖例說明2、外部同期點及操作控制系統3、主機兼操作員工作站4、以太網交換機5、高速以太網101、主控制單元102、總線控制單元103、通訊控制單元104、開關量輸入單元105、開關量輸出單元106、交流電壓模擬量輸入單元107、頻率采集單元108、外部存儲器109、以太網通訊單元110、顯示通訊單元111、RS485通訊單元1061、電流電壓轉換回路1062、一級RC回路1063、運放跟隨回路1064、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2所示，本實用新型的一種多路自動準同期裝置，安裝于電站中控室，它包括主控制單元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、交流電壓模擬量輸入單元106以及頻率采集單元107，主控制單元101用來處理輸入的數據及計算同期位置發出控制命令等，主控制單元101的輸入端分別與開關量輸入單元104、交流電壓模擬量輸入單元106和頻率采集單元107相連，主控制單元101的輸出端與開關量輸出單元105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和RS485通單元lll。本裝置在使用時，首先主控制單元101通過開關量輸入單元104采集開關量信號，主控制單元101通過交流電壓模擬量輸入單元106采集8個同期點系統側及對象側的同期電壓信號，主控制單元101通過頻率采集單元107采集8個同期點系統側及對象側的同期頻率;利用上述得到的各參數值，判斷同期點的同期電壓幅值差及同期頻率差，通過PID算法計算出調整對象側電壓的幅值大小及頻率大小，將計算結果向輸出端發出脈沖調節命令至開關量輸出單元105，同時將計算結果及相應信息轉換成數字信號送至總線控制單元102、顯示通訊單元110和RS485通訊單元111。當同期電壓幅值差及同期頻率差滿足條件后，停止發出脈沖調節命令，通過捕捉同期角方式，最后向開關量輸出單元105發出合閘命令。參見圖l所示，本實用新型的多路自動準同期裝置通過高速以太網5、以太網交換機4與主機兼操作員工作站3相連。外部同期點及操作系統2由外部的同期斷路器、發電機、斷路器操作系統及發電機的調壓調頻系統、系統側及發電機電壓采集回路構成。本實用新型通過系統側及發電機電壓采集回路對發電機及系統側電壓的采集并比較，然后由本實用新型對發電機的調壓調頻系統進行控制，使發電機端的電壓幅值頻率達到同期要求后再由本實用新型控制外部的同期斷路器，在滿足發電機電壓與系統側電壓相角差要求的情況下由本實用新型向斷路器的操作系統發出合閘命令，完成同期操作。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。本實用新型包含有24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0V。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，1/0口電平為OV;輸入低電平時，1/0口電平為3.3￥。1/0信號輸入到主控制單元101之I/O口中，主控制單元101通過1/0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，本實用新型包含有40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。Tl.l、Tl,2是送至裝置的外部信號。當主控制單元101的I/O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/0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個顯示通訊電路及1個RS485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。交流電壓模擬量輸入單元106由16個交流電壓模擬量電路組成。如圖8所示，交流電壓模擬量電路由抗干擾濾波電容、降壓電阻、互感器、鉗位電路1065、電流電壓轉換回路1061、二級RC濾波回路1062、運放跟隨回路1063、一級RC濾波回路1064等組成。來自外部的0-100V交流信號經抗干擾濾波電容及降壓電阻送至交流互感器轉換為0-2.5mA低電流信號，經過鉗位電路1065送至電流電壓轉換回路1061，0-2.5mA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，電壓信號再經過二級RC濾波回路1062、運放跟隨回路1063及一級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9所示，為本實施例中頻率采集單元107的電路原理示意圖。本實用新型包含有16個頻率采集電路，其電路主要由施密特反相器74LVC14、電壓比較器LM393、電阻、電容連接而成。圖中來自外部的0-100V交流電壓信號經限流電阻送至電壓比較器LM393與地電位比較后輸出一個脈沖信號形成脈沖方波脈沖方波信號經過施密特反相器74LVC14整形后送至CPU的FRE端子。如圖10所示，本實用新型的多路自動準同期裝置可采集16路交流電壓量及頻率，輸入24路開關信號，輸出40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l。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>裝置可實現下列功能:1、SI1-SI24總共24路信號采集。24路信號都是高電平為24V、低電平為0V的開關信號。現以主裝置SI3為例來說明以上24路信號的采集。通常情況下第1路斷路器沒有合上時，1路斷路器的位置接點打開，輸入到裝置的電壓是0V;當第1路斷路器合上時，1路斷路器的位置接點閉合，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1路斷路器未投入；當輸入電壓為24V時，裝置認為1路斷路器投入。2、Kl-K40總共40路控制命令信號的輸出。裝置要求這些信號空接點輸出打開和閉合。如圖1、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QD1、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1路同期系統側電壓信號Ml為例介紹這16路模擬量信號的采集。1路同期系統側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路的系統電壓及對象電壓及它們之間的壓差、頻差、相差。5、實現電壓幅值、頻率的PID自動調節本裝置采用的控制算法為比例一積分一微分(PID)控制。PID控制器是一種線性控制器，它通過給定值r(t)與實際輸出值y(t)的比例(P)、積分(I)和微分(D)的線性組合構成控制量，對被控對象進行控制。PID控制器調節輸出，是為了保證偏差值(e值)為零，使系統達到一個預期穩定狀態。數字增量式控制規律為稀r)=j尸(itr)+入(Jtr)+/d(at)=K尸*[e(W1)-，-r)]+&*+KD*-2,-77)+,-2r)]式中&——比例系數《/_采樣后的積分系數，K/=《p^/W，即為比例系數X采樣時間/積分時間常數。tl為積分時間常數，t為采樣時間。《z)-——采樣后的微分系數，《d=《p*"http://，即為比例系數x微分時間常數/采樣時間。tD為微分時間常數。r一—…采樣周期(等于調頻或調壓周期定值)a/(w)——第k次采樣時裝置控制輸出的增量……偏差，等于測量值與給定值之差e&70……第k次采樣時刻，測量值與給定值之偏差e&T-71)_…—第k一i次采樣時刻，測量值與給定值之偏差"AT-270_…—第k一2次采樣時刻，測量值與給定值之偏差調頻原理調頻脈寬(單位為S)盯=af(itr)=fp(&r)+^(&r)+(itr)■當『/^/*80%時，取『/=7/*80%。r/為調頻周期。■當A^《AFSAf;時，不發調頻脈沖。■當AF《Ai^時，發頻率上調脈沖(頻率上調繼電器脈動)。■當AF2Ai^時，發頻率下調脈沖(頻率下調繼電器脈動)。調壓原理調頻脈寬『"(單位為S)『w==C/P(itr)+(AT)+C7。(AT)=A:尸*[e(Ar)—-r)]+*e(W1)+KD*—2e(AT—71)+-277)]■當『"》7^*80%時，取『"=7^*80%。r"為調壓周期。■當A^《At/《At^時，不發調壓脈沖。■當A"^A^時，發電壓上調脈沖(電壓上調繼電器脈動)。當At/^AC^時，發電壓下調脈沖(電壓下調繼電器脈動)。6、實現同期錄波功能裝置能自動記錄同期啟動后系統電壓和對象電壓每個周波的有效值、頻率、壓差、頻差和相差，配以后臺同期分析應用軟件，可以十分方便直觀的判斷同期質量或者分析同期失敗的原因，同時能檢測勵磁系統調節電壓、調速系統調節轉速的參數設置是否合理。權利要求1、一種多路自動準同期裝置，其特征在于它包括主控制單元(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)、交流電壓模擬量輸入單元(106)以及頻率采集單元(107)，主控制單元(101)通過開關量輸入單元(104)采集開關量信號，主控制單元(101)分別通過交流電壓模擬量輸入單元(106)和頻率采集單元(107)采集同期點系統側及對象側的同期電壓信號和同期頻率，通過PID算法后得到調整對象側電壓的幅值和頻率值，發出脈沖調節命令至開關量輸出單元(105)，同時將計算結果及相應信息轉換成數字信號送至總線控制單元(102)和通訊控制單元(103)；當同期電壓幅值差及同期頻率差滿足條件后，主控制單元(101)停止發出脈沖調節命令，通過開關量輸出單元(105)發出合閘命令。2、根據權利要求1所述的多路自動準同期裝置，其特征在于所述主控制單元(101)通過通訊控制單元(103)與外部通訊設備相連，所述外部通訊設備包括顯示通訊單元(110)和RS485通訊單元(111)。3、根據權利要求1所述的多路自動準同期裝置，其特征在于所述主控制單元(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。4、根據權利要求1或2或3所述的多路自動準同期裝置，其特征在于所述開關量輸出單元(105)包括40個相同的開關量輸出電路和一個開關量輸出允許電路，所述開關量輸出電路由正向高壓驅動器、光電隔離芯片、達林頓晶體管芯片和繼電器組成，所述開關量輸出允許電路由與非門、光電隔離芯片、達林頓晶體管芯片和開關三極管組成。5、根據權利要求1或2或3所述的多路自動準同期裝置，其特征在于所述交流電壓模擬量輸入單元(106)包括16個交流電壓模擬量電路，所述交流電壓模擬量電路由抗干擾濾波電容、降壓電阻、互感器、鉗位電路(1065)、電流電壓轉換回路(1061)、二級RC濾波回路(1062)、運放跟隨回路(1063)以及一級RC濾波回路(1064)組成。專利摘要一種多路自動準同期裝置，它包括主控制單元、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、交流電壓模擬量輸入單元以及頻率采集單元，主控制單元通過開關量輸入單元采集開關量信號，其分別通過交流電壓模擬量輸入單元和頻率采集單元采集同期點系統側及對象側的同期電壓信號和同期頻率，通過PID算法后得到調整對象側電壓的幅值和頻率值，發出脈沖調節命令至開關量輸出單元；將計算結果及相應信息轉換成數字信號送至總線控制單元和通訊控制單元；當同期電壓幅值差及同期頻率差滿足條件后，主控制單元停止發出脈沖調節命令，發出合閘命令。本實用新型具有結構簡單緊湊、自動化程度高、適用范圍廣、控制精度高等優點。文檔編號H02J3/42GK201294388SQ20082015882公開日2009年8月19日申請日期2008年10月20日優先權日2008年10月20日發明者嚴文交,婷周,周躍軍申請人:湖南紫光測控有限公司