專利名稱：一種低頻減載控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種負(fù)載控制裝置，尤其是一種低頻減載控制裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重事故，旋轉(zhuǎn)備用容量不足以彌補(bǔ)系統(tǒng)功率缺額時(shí)，就應(yīng)該有選擇 地切掉一部分負(fù)荷，從而，阻止頻率下降，這一方案稱為低頻減載控制(UFLS)。由于現(xiàn)代電 網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求系統(tǒng)的備用容量偏低，低頻減載成為嚴(yán)守第三道防線。UFLS裝置作為防止電力系統(tǒng)頻率在事故狀態(tài)下大幅度下降、保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的 重要措施已有數(shù)十年的應(yīng)用歷史并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)UFLS方案的設(shè)計(jì)也形成了一些 實(shí)用的方法。但隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)過程出現(xiàn)了一些新的特點(diǎn)，舊的UFLS 設(shè)計(jì)方法及其設(shè)計(jì)的級(jí)差大、級(jí)數(shù)少的方案在實(shí)際應(yīng)用中暴露出種種不足之處。主要體現(xiàn) 在不能很好地適應(yīng)系統(tǒng)中出現(xiàn) 的各種過負(fù)荷現(xiàn)象，不能有效的防止系統(tǒng)頻率的持續(xù)下降并 恢復(fù)頻率，常常造成頻率的超調(diào)或懸停等現(xiàn)象。因此近十多年來由于大電力系統(tǒng)頻率崩潰 的危險(xiǎn)性加大，UFLS措施的重要性進(jìn)一步突出，其方案設(shè)計(jì)和動(dòng)作效果分析等問題也再一 次引起國內(nèi)外研究者的關(guān)注。好的低頻切負(fù)荷方案應(yīng)滿足如下要求(1)動(dòng)作快，要在危險(xiǎn)情況出現(xiàn)前阻止頻率下降；(2)避免誤動(dòng)作和多余的動(dòng)作；(3)保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該準(zhǔn)確、按時(shí)動(dòng)作，因?yàn)樗囊粋€(gè)小故障將導(dǎo)致全系統(tǒng)的大故障甚 至崩潰；(4)應(yīng)該在保證恢復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定性和不越過系統(tǒng)安全運(yùn)行頻率點(diǎn)的前提下切負(fù)荷量最小。針對(duì)以上要求，低頻減載方案的整定成為研究重點(diǎn)，其中切負(fù)荷量和切負(fù)荷點(diǎn)以 及動(dòng)作時(shí)間的選擇是衡量減載方案的關(guān)鍵。同時(shí)，研究的重心偏向于進(jìn)一步提高低頻減載 的動(dòng)作速度和減載量的準(zhǔn)確性，并考慮工程上實(shí)施的可能性。微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展特別是計(jì)算速度的提高，為改進(jìn)低頻減載技術(shù)創(chuàng)造了極為利 的條件。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種低頻減載控制裝置，它可以克服現(xiàn)有技術(shù)的不 足，不但可以滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)發(fā)展的需求，而且是一種快速、準(zhǔn)確、易操作的控制裝置。本實(shí)用新型的技術(shù)方案一種低頻減載控制裝置，其特征在于它是由存儲(chǔ)單元、 DSP總線、計(jì)算功能模塊CPU1、管理功能模塊CPU2、數(shù)據(jù)采集模塊、看門狗、光電隔離模塊、 開關(guān)量輸入輸出模塊、雙口 RAM模塊、RS232接口單元、鍵盤、指示燈和液晶屏構(gòu)成；其中，所 說的存儲(chǔ)單元與DSP總線呈雙向連接；所說的計(jì)算功能模塊CPUl分別與DSP總線和光電隔 離模塊呈雙向連接，且其輸入端還與數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端以及看門狗的輸出端連接；所說的光電隔離模塊又與開關(guān)量輸入輸出模塊呈雙向連接；所說的計(jì)算功能模塊CPUl通過 雙口 RAM模塊與管理功能模塊CPU2連接；所說的管理功能模塊CPU2的輸入端連接鍵盤，其 輸入端連接液晶屏和指示燈，同時(shí)又與RS232接口單元呈雙向連接。上述所說的計(jì)算功能模塊CPUl是由DSP芯片構(gòu)成；所說的DSP芯片采用美國德州 儀器公司第三代數(shù)字信號(hào)處理器的新產(chǎn)品TMS320C32芯片。上述所說的存儲(chǔ)單元、DSP總線以及計(jì)算功能模塊CPUl之間的連接為常規(guī)連接。上述所說的數(shù)據(jù)采集模塊由隔離變換模塊、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；其中， 所說的隔離變換模塊接收模擬量信號(hào)，其輸出端與低通濾波器的輸入端連接；所說的低通 濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；所說的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與計(jì)算功能模塊 CPUl的輸入端連接。上述所說的低通濾波器由一個(gè)一階有源低通濾波器和RC低通濾波電路組成，其 連接為常規(guī)連接；其中A/D轉(zhuǎn)換器采用MAX125芯片，其與DSP采用常規(guī)連接方法。上述所說的開關(guān)量輸入輸出模塊由開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元構(gòu)成，且所 說的開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元分別經(jīng)過光電隔離模塊與計(jì)算功能模塊CPUl的輸 入端連接。上述所說的管理功能模塊CPU2采用AT80C51單片機(jī)。本實(shí)用新型的工作方法①當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)功率缺額時(shí)，發(fā)生頻率下降事故時(shí)，中央控制與信息管理計(jì)算機(jī)來 不及提供確定的計(jì)算結(jié)果用以確定切負(fù)荷的位置和數(shù)量，此時(shí)分布在各地的減負(fù)荷裝置可 采用“緊急輪+基本輪+后備輪”的低頻減載模式及時(shí)動(dòng)作；②動(dòng)作后再次判斷系統(tǒng)中是否出現(xiàn)功率缺額若是，則重新設(shè)定基本輪的動(dòng)作頻 率，然后作用于控制單元再次進(jìn)行減載動(dòng)作；若否，則減負(fù)荷任務(wù)結(jié)束；③首次檢測到發(fā)生功率缺額的同時(shí)，中央控制與信息管理計(jì)算機(jī)根據(jù)從EMS系統(tǒng) 服務(wù)器中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行總減負(fù)荷功率計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果確定減負(fù)荷范圍，在計(jì)算 各節(jié)點(diǎn)減負(fù)荷量之后，向該地區(qū)相關(guān)節(jié)點(diǎn)下達(dá)減負(fù)荷命令，告知切負(fù)荷的數(shù)量。本實(shí)用新型的工作原理根據(jù)“地區(qū)減負(fù)荷+系統(tǒng)減負(fù)荷”模式設(shè)計(jì)了一種新型 低頻減載控制裝置，且采用“緊急輪+基本輪+后備輪”模式設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集模塊采集模擬 量交流電壓信號(hào)經(jīng)過PT變換為二次信號(hào)后，通過低通濾波器濾去高次諧波，通過MAX125A/ D轉(zhuǎn)換器將此電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后交于TMS320C32CPU處理，其對(duì)采集通過內(nèi)部軟件 部分設(shè)定的算法來判斷是否發(fā)生低頻事故或其它故障，若是，則作用于輸出開關(guān)量信號(hào)，其 經(jīng)過鎖存、光電隔離后，控制繼電器動(dòng)作，達(dá)到減負(fù)荷活切除故障的目的。80C51單片機(jī)設(shè) 有RS232串行口。管理功能模塊完成裝置的定值整定，數(shù)據(jù)上傳，液晶顯示。裝置運(yùn)行時(shí)， 管理功能模塊通過循環(huán)查詢采集計(jì)算功能模塊將實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)通過液晶屏顯示，并將狀 態(tài)數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，參見圖1。本實(shí)用新型的優(yōu)越性在于①多層硬件結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，保證裝置具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù) 處理能力、靈活的功能可擴(kuò)充性及可配置能力；②14位高精度A/D、模擬通道高速同步控制 采樣技術(shù)、模擬量通道的自動(dòng)校正技術(shù)等保證裝置數(shù)據(jù)采集、處理的精度和準(zhǔn)確性；③配有 液晶屏顯示，采用菜單式工作方式，具有豐富直觀的數(shù)據(jù)分析處理能力，鍵盤操作簡單、方 便；④自檢及自恢復(fù)功能，具備軟件和硬件WATCH-D0G，受到干擾時(shí)，都能使裝置復(fù)位，避免死機(jī)。


圖1為本實(shí)用新型所涉一種低頻減載控制裝置的工作流程示意圖。圖2為本實(shí)用新型所涉一種低頻減載控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實(shí)用新型所涉一種低頻減載控制裝置中計(jì)算功能模塊的DSP芯片 TMS320C32與存儲(chǔ)單元的接口電路圖。圖4為本實(shí)用新型所涉所涉一種低頻減載控制裝置中的數(shù)據(jù)采集模塊的結(jié)構(gòu)框 圖。圖5為本實(shí)用新型所涉一種低頻減載控制裝置中的一階低通濾波電路的電路示 意圖。圖6為本所涉一種低頻減載控制裝置中A/D轉(zhuǎn)換器MAX125芯片引腳圖。圖7為本實(shí)用新型所涉一種低頻減載控制裝置中的光電隔離電路的電路示意圖。圖8為本實(shí)用新型所涉一種低頻減載控制裝置中管理功能模塊的單片機(jī)AT80C51 的引腳圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一種低頻減載控制裝置(見圖2)，其特征在于它是由存儲(chǔ)單元、DSP總線、 計(jì)算功能模塊CPU1、管理功能模塊CPU2、數(shù)據(jù)采集模塊、看門狗、光電隔離模塊、開關(guān)量輸 入輸出模塊、雙口 RAM模塊、RS232接口單元、鍵盤、指示燈和液晶屏構(gòu)成；其中，所說的存儲(chǔ) 單元與DSP總線呈雙向連接；所說的計(jì)算功能模塊CPUl分別與DSP總線和光電隔離模塊呈 雙向連接，且其輸入端還與數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端以及看門狗的輸出端連接；所說的光電 隔離模塊又與開關(guān)量輸入輸出模塊呈雙向連接；所說的計(jì)算功能模塊CPUl通過雙口 RAM模 塊與管理功能模塊CPU2連接；所說的管理功能模塊CPU2的輸入端連接鍵盤，其輸入端連接 液晶屏和指示燈，同時(shí)又與RS232接口單元呈雙向連接。上述所說的計(jì)算功能模塊CPUl是由DSP芯片構(gòu)成；所說的DSP芯片采用美國德州 儀器公司第三代數(shù)字信號(hào)處理器的新產(chǎn)品TMS320C32芯片。上述所說的存儲(chǔ)單元、DSP總線以及計(jì)算功能模塊CPUl之間的連接為常規(guī)連接 (見圖3)。上述所說的數(shù)據(jù)采集模塊(見圖4)由隔離變換模塊、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu) 成；其中，所說的隔離變換模塊接收模擬量信號(hào)，其輸出端與低通濾波器的輸入端連接；所 說的低通濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；所說的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與計(jì)算 功能模塊CPUl的輸入端連接。上述所說的低通濾波器(見圖5)由一個(gè)一階有源低通濾波器和RC低通濾波電路 組成，其連接為常規(guī)連接；其中A/D轉(zhuǎn)換器采用MAX125芯片(見圖6)，其與DSP采用常規(guī) 連接方法。上述所說的開關(guān)量輸入輸出模塊由開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元構(gòu)成，且所 說的開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元分別經(jīng)過光電隔離模塊與計(jì)算功能模塊CPUl的輸 入端連接(見圖7)。[0039] 上述所說的管理功能模塊CPU2 (見圖8)采用AT80C51單片機(jī).
權(quán)利要求一種低頻減載控制裝置，其特征在于它是由存儲(chǔ)單元、DSP總線、計(jì)算功能模塊CPU1、管理功能模塊CPU2、數(shù)據(jù)采集模塊、看門狗、光電隔離模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、雙口RAM模塊、RS232接口單元、鍵盤、指示燈和液晶屏構(gòu)成；其中，所說的存儲(chǔ)單元與DSP總線呈雙向連接；所說的計(jì)算功能模塊CPU1分別與DSP總線和光電隔離模塊呈雙向連接，且其輸入端還與數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端以及看門狗的輸出端連接；所說的光電隔離模塊又與開關(guān)量輸入輸出模塊呈雙向連接；所說的計(jì)算功能模塊CPU1通過雙口RAM模塊與管理功能模塊CPU2連接；所說的管理功能模塊CPU2的輸入端連接鍵盤，其輸入端連接液晶屏和指示燈，同時(shí)又與RS232接口單元呈雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低頻減載控制裝置，其特征在于所說的計(jì)算功能模塊 CPUl是由DSP芯片構(gòu)成；所說的DSP芯片采用美國德州儀器公司第三代數(shù)字信號(hào)處理器的 新產(chǎn)品TMS320C32芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低頻減載控制裝置，其特征在于所說的數(shù)據(jù)采集模塊 由隔離變換模塊、低通濾波器和A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成；其中，所說的隔離變換模塊接收模擬量信 號(hào)，其輸出端與低通濾波器的輸入端連接；所說的低通濾波器的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換器的輸 入端連接；所說的A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端與計(jì)算功能模塊CPUl的輸入端連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低頻減載控制裝置，其特征在于所說的開關(guān)量輸入輸出 模塊由開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單元構(gòu)成，且所說的開關(guān)量輸入單元和開關(guān)量輸出單 元分別經(jīng)過光電隔離模塊與計(jì)算功能模塊CPUl的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述一種低頻減載控制裝置，其特征在于所說的管理功能模塊 CPU2采用AT80C51單片機(jī)。
專利摘要一種低頻減載控制裝置，它是由存儲(chǔ)單元、DSP總線、計(jì)算功能模塊CPU1、管理功能模塊CPU2、數(shù)據(jù)采集模塊、看門狗、光電隔離模塊、開關(guān)量輸入輸出模塊、雙口RAM模塊、RS232接口單元、鍵盤、指示燈和液晶屏構(gòu)成；其優(yōu)越性在于①裝置具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力、靈活的功能；②數(shù)據(jù)采集、處理的精度和準(zhǔn)確性高；③具有豐富直觀的數(shù)據(jù)分析處理能力，鍵盤操作簡單、方便；④具備自檢及自恢復(fù)功能。
文檔編號(hào)H02J3/00GK201562967SQ20092025002
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月9日
發(fā)明者劉欣, 周宣征, 周雪松, 張海濤, 朱毅然, 谷海青, 馬幼婕, 齊鳴 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)