本實用新型涉及小型水電站的頻率和電壓的緊急控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置。

背景技術(shù)：

頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，在系統(tǒng)正常運(yùn)行的情況下，頻率表現(xiàn)為一個穩(wěn)態(tài)值量。小型水電站通常配備幾組水力發(fā)電機(jī)，以將水能轉(zhuǎn)換成電能從而實現(xiàn)發(fā)電并網(wǎng)的目的。在一些應(yīng)用場合下，在小型水電站的內(nèi)部，不可避免的會有一些用電負(fù)荷，或者某些工礦企業(yè)會直接建設(shè)自用水電站，來給自己企業(yè)內(nèi)部的用電設(shè)備進(jìn)行供電操作，并將其所發(fā)多余的電能直接傳輸?shù)碾娋W(wǎng)上實現(xiàn)并網(wǎng)，遵循自發(fā)自動，余量上網(wǎng)的原則。

對于一個小型水電站，其發(fā)出的電如果既要滿足站內(nèi)的本地用電系統(tǒng)，又要將多余電量并網(wǎng)時，通常會額外配備一臺低頻減載保護(hù)裝置和一臺故障解列裝置，用以實現(xiàn)對本地用電系統(tǒng)的電壓和頻率的實時監(jiān)測保護(hù)。目前使用較多的是低頻減載裝置，這類裝置參數(shù)設(shè)置復(fù)雜，增加了現(xiàn)場工程人員的調(diào)試難度，降低了小型水電站的投運(yùn)速度。此外，本地小型水電站并聯(lián)在主系統(tǒng)電網(wǎng)上，會產(chǎn)生電壓殘壓，從而使得主系統(tǒng)電網(wǎng)自動重合閘的條件無法實現(xiàn)，導(dǎo)致自動重合閘失敗，因此降低了系統(tǒng)供電的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置。該裝置可實現(xiàn)本地用電系統(tǒng)的低頻減載以及對并網(wǎng)點的故障解列的功能。其具體技術(shù)方案如下：

一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置，其包括有總線板卡及連接在總線板卡上的電源板卡、CPU板卡、第一開入板卡、第二開入板卡、第一開出板卡、第二開出板卡、通信板卡、交流采樣板卡、顯示板卡及按鍵輸入板卡；所述總線板卡用于提供數(shù)據(jù)傳輸和信息交互的傳輸通道；所述電源板卡與外部電源連接，實現(xiàn)所述控制裝置的電源供給；所述第一開入板卡及第二開入板卡通過內(nèi)部的I/O數(shù)據(jù)總線與所述CPU板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于接收被控制裝置的開出信號并發(fā)送給所述CPU板卡；所述第一開出板卡及第二開出板卡通過內(nèi)部的I/O數(shù)據(jù)總線與所述CPU板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于對被控制裝置發(fā)出序列性開出信號；所述通信板卡通過內(nèi)部的通信數(shù)據(jù)總線插接在所述總線板卡上，所述CPU板卡通過所述通信板卡實現(xiàn)與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信；所述交流采樣板卡用于采集被控制設(shè)備的三相電壓、三相電流及頻率信號并發(fā)送給所述CPU板卡；所述CPU板卡基于所述交流采樣板卡發(fā)送的被控制設(shè)備的三相電壓、三相電流及頻率信號生成保護(hù)命令并將保護(hù)命令發(fā)送給所述第一開出板卡或第二開出板卡，所述第一開出板卡或第二開出板卡對所述被控制裝置執(zhí)行保護(hù)動作。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，其還包括有連接在所述總線板卡上的按鍵輸入板卡及液晶顯示板卡，所述按鍵輸入板卡通過內(nèi)部的串口通信線路與所述CPU板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于接收用戶的設(shè)置參數(shù)，并將設(shè)置參數(shù)發(fā)送給所述CPU板卡；所述液晶顯示面板通過內(nèi)部的串口通信線路與所述CPU板卡進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于顯示所述控制裝置的內(nèi)部菜單及控制裝置當(dāng)前的控制信息。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述CPU板卡采用ARM+DSP雙處理器架構(gòu)，所述CPU板卡用于實現(xiàn)所述控制裝置的控制邏輯。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述通信板卡包括三路RS485串口和兩路以太網(wǎng)口。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電源板卡具備寬電源輸入能力，其能夠?qū)崿F(xiàn)120～250V交流電壓及24～48V直流電壓的輸入。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第一開入板卡及所述第二開入板卡分別包括有十六路帶有光電隔離功能的開入端口，所述第一開出板卡及所述第二開出板卡分別包括有十六路帶有光電隔離功能的開出端口。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述交流采樣板卡包括兩個AD7656采樣芯片。

作為本實用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述液晶顯示面板上設(shè)有三個LED指示燈，分別為裝置運(yùn)行燈、裝置自檢異常指示燈及裝置告警指示燈。

本實用新型提供了一種型水電站用頻率電壓緊急控制裝置，其有益技術(shù)效果在于：其能夠?qū)崿F(xiàn)對本地用電系統(tǒng)的用電負(fù)荷的有效管理，實現(xiàn)低頻減載。同時檢測主系統(tǒng)電網(wǎng)側(cè)的電壓和頻率值，當(dāng)電壓和頻率急劇變化時，實現(xiàn)故障解列功能，以跳開并網(wǎng)點開關(guān)，實現(xiàn)主系統(tǒng)電網(wǎng)與小型水電站的分離，從而保證主系統(tǒng)電網(wǎng)在瞬時故障情況后的自動重合閘。另外在一定程度上，其有效降低了小型水電站的建設(shè)成本，也降低了現(xiàn)場工程人員的裝置調(diào)試的復(fù)雜度，使得小型水電站項目建設(shè)的快速投運(yùn)。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細(xì)描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認(rèn)為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本實用新型提供的小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置的結(jié)構(gòu)原理框圖；

圖2為本實用新型提供的一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置的應(yīng)用示意圖；

圖3為本實用新型提供的一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置的低頻減載保護(hù)功能的控制流程圖；

圖4本實用新型提供的一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置的頻率和電壓的故障解列保護(hù)功能的流程圖。

具體實施方式

參見圖1，其示出了在一個具體實施例中，本實用新型提供的一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置100(以下簡稱控制裝置100)的結(jié)構(gòu)原理框圖，其包括總線板卡101、電源板卡102、第一開出板卡103、第二開出板卡104、CPU板卡105、第一開出板卡106、第二開處板卡107、通信板卡108、交流采樣板卡109、液晶顯示面板110、按鍵輸入板卡111。

所述電源板卡102插接在所述總線板卡101上，并與外部的交流電源或直流電源連接，以實現(xiàn)電源供給。在一些具體實施例中，所述電源板卡102具備寬電源輸入能力，其能夠?qū)崿F(xiàn)120～250V交流電壓及直流24～48V直流電壓的輸入，所述電源板卡102能夠?qū)?20～250V交流電壓及直流24～48V直流電壓轉(zhuǎn)換成5V電源信號和3.3V電源信號提供給所述CPU板卡。

所述CPU板卡105、第一開入板卡106、第二開入板卡107、第一開出板卡103、第二開出板卡104、通信板卡108、交流采樣板卡109、液晶顯示面板110、按鍵輸入板卡111都插接在所述總線板卡101上，并通過總線板卡101提供的信號傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

所述CPU板卡105用于實現(xiàn)所述控制裝置內(nèi)部的控制邏輯，在一些具體實施例中，所述CPU板卡105采用ARM+DSP雙處理器架構(gòu)，其可以實現(xiàn)2段低頻解列、2段高頻解列、2段低壓解列、2段過壓解列、3輪低頻減載邏輯。

所述第一開入板卡106及第二開入板卡107通過內(nèi)部的I/O數(shù)據(jù)總線與所述CPU板卡105進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于將讀取的被控制裝置的開入信號并將信號發(fā)送給所述CPU板卡105。所述第一開出板卡103及第二開出板卡104通過內(nèi)部的I/O數(shù)據(jù)總線與所述CPU板卡105進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于對被控制裝置發(fā)出序列性開出信號。

本實施例中，所述第一開入板卡106及所述第二開入板卡107分別設(shè)有十六路帶光電隔離功能的開入端口；所述第一開出板卡103及所述第二開出板卡104分別設(shè)有十六路帶光電隔離功能的開出端口。

所述通信板卡108通過內(nèi)部的通信數(shù)據(jù)總線插接在所述總線板卡101上，所述CPU板卡105通過所述通信板卡108實現(xiàn)與被控制裝置等外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信。本實施例中，所述通信板卡108包括三路RS485串口和兩路以太網(wǎng)口。

所述交流采樣板卡109包括兩個AD7656采樣芯片，其能夠采集被控制設(shè)備的三相電壓、三相電流及頻率信號，并將所述三相電壓、三相電流及頻率信號發(fā)送給所述CPU板卡；所述CPU板卡基于所述交流采樣板卡發(fā)送的被控制設(shè)備的三相電壓、三相電流及頻率信號生成保護(hù)命令并將保護(hù)命令發(fā)送給所述第一開出板卡或第二開出板卡，所述第一開出板卡或第二開出板卡對所述被控制裝置執(zhí)行保護(hù)動作。

所述液晶顯示面板110通過內(nèi)部的串口通信線路與所述CPU板卡105進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于顯示控制裝置的內(nèi)部菜單及測試控制裝置當(dāng)前的控制信息，本實施例中，所述液晶顯示面板110上設(shè)有三個LED指示燈，分別為裝置運(yùn)行燈、裝置自檢異常指示燈及裝置告警指示燈。

所述按鍵輸入板卡111通過內(nèi)部的串口通信線路與所述CPU板卡105進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其用于接收用戶輸入的控制參數(shù)，并將控制參數(shù)發(fā)送給所述CPU板卡105。

參見圖2，其示出了本實用新型的一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置100的在一個具體應(yīng)用中的應(yīng)用示意圖，所述控制裝置100檢測本地用電系統(tǒng)200的母線、小型水電站300的并網(wǎng)點的電壓信號及頻率信號并能夠做出相應(yīng)的保護(hù)控制。

一方面，用戶根據(jù)本地用電負(fù)荷的重要性，通過按鍵輸入板卡111設(shè)置低頻減載的優(yōu)先級參數(shù)。當(dāng)本實用新型的控制裝置100監(jiān)測到本地用電系統(tǒng)200的頻率降低，出現(xiàn)有功缺額的情況下，控制裝置100根據(jù)用戶設(shè)置的優(yōu)先級參數(shù)，進(jìn)行有順序的切除部分用電負(fù)荷，使得本地用電系統(tǒng)200的頻率趨于穩(wěn)定值。

例如，在一個具體實施例中，本實用新型的控制裝置100具有5輪優(yōu)先級的低頻減載功能。每一輪出口可通過內(nèi)部軟件配置到裝置上控制裝置100上的任意一個動作出口?？刂蒲b置100實時采集本地用電系統(tǒng)200的母線的頻率值。同時，用戶根據(jù)實際需要設(shè)定需要減載的輪次，以及每一輪次的減載頻率定值和時間定值，以及相應(yīng)的優(yōu)先級序號，并將本優(yōu)先級序號的輪次關(guān)聯(lián)到指定的動作出口。當(dāng)本地用電系統(tǒng)200的母線上的頻率值降低到用戶所設(shè)定的減載頻率定值以內(nèi)時，控制裝置100根據(jù)內(nèi)部保護(hù)邏輯計算以及定值進(jìn)行相應(yīng)出口跳閘操作，實現(xiàn)切除部分用點負(fù)荷的目的。以達(dá)到遏制本地用電系統(tǒng)200的母線頻率進(jìn)一步降低的趨勢，使用母線上頻率趨于正常穩(wěn)定50HZ值。

另一方面，用戶通過按鍵輸入板卡111進(jìn)行故障解列的電壓和頻率定值參數(shù)設(shè)置。當(dāng)控制裝置100檢測到小型水電站300的并網(wǎng)點電壓或者頻率發(fā)生異常突變時，根據(jù)內(nèi)部的保護(hù)邏輯實現(xiàn)解列的功能，將并網(wǎng)點開關(guān)斷開，起到與主系統(tǒng)電網(wǎng)400分離的目的。這樣，主系統(tǒng)電網(wǎng)400由于瞬時性故障導(dǎo)致的調(diào)整，在故障消失之后可以順利的進(jìn)行重合閘操作。

當(dāng)主系統(tǒng)電網(wǎng)300恢復(fù)正常時，控制裝置100檢測到小型水電站300的并網(wǎng)點的電壓和頻率恢復(fù)正常值，此時控制裝置100內(nèi)部會產(chǎn)生一條并網(wǎng)點正常的事件信息上送主后臺管理軟件，此時小型水電站300的維護(hù)人員可以根據(jù)本事件信息，進(jìn)行遙控合閘的操作，這樣恢復(fù)本地小型水電站并網(wǎng)的目的。

可見，本實用新型能夠本實用新型可實現(xiàn)本地用電系統(tǒng)的低頻減載以及對并網(wǎng)點的故障解列的功能。

參見圖3，其示出了本實用新型提供的一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置的低頻減載保護(hù)功能的控制流程圖。

首先，本實用新型的控制裝置根據(jù)交流采樣板采樣值計算出本地用電系統(tǒng)的母線上的三相電壓和三相電流以及頻率值，然后查看頻率是否降低到50Hz以下。果頻率穩(wěn)定在50HZ則繼續(xù)循環(huán)計算交流采樣值，如果頻率低于50HZ時，首先計算出當(dāng)前頻率與上一次采樣頻率的差值計數(shù)做DeltaF，并計算出頻率在單位時間內(nèi)的變化率，計做df/dt。首先判斷df/dt是否超過系統(tǒng)整定定值頻率滑差閉鎖值，如果大于頻率閉鎖滑差定值則裝置直接返回到之前的計算邏輯中，不進(jìn)行后續(xù)的邏輯判斷，這樣可以保證裝置外部由于短路故障或者其他故障引起的頻率急劇降低不會產(chǎn)生誤動作減載措施，此時的情況下是交由故障解列邏輯功能去判別，將產(chǎn)生故障解列的信號。如果頻率滑差值小于頻率滑差閉鎖定值，則將df/dt值與系統(tǒng)整定的定值FD1和FD2比較，如果大于FD1則產(chǎn)生加速T2時間，如果大于FD2則產(chǎn)生加速T3時間。然后軟件開始進(jìn)行第一輪的減載邏輯運(yùn)算，比較當(dāng)前的DeltaF是否小于F1定值，如果小于則延時T1時間，并根據(jù)用戶事先整定的優(yōu)先級參數(shù)切除優(yōu)先級為1的用戶負(fù)荷，如果DeltaF小于F2定值則延時T2減去加速T2時間后切除優(yōu)先級2負(fù)荷，最后判斷DeltaF是否小于F3定值，如果小于則延時T3減去加速T3時間后，切除優(yōu)先級3負(fù)荷。這樣做的目的是防止系統(tǒng)頻率快速下降的同時，減少優(yōu)先級2和優(yōu)先級3的延時時間，盡早的制止系統(tǒng)頻率繼續(xù)降低，快速使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定下來。

參見圖4，其示出了本實用新型提供的一種小型水電站用頻率電壓緊急控制裝置的頻率和電壓的故障解列保護(hù)功能的流程圖。

本實用新型的控制裝置根據(jù)交流采樣板采樣值計算出并網(wǎng)點處的三相電壓和頻率值。

首先進(jìn)行過壓保護(hù)判斷，如果當(dāng)前三相電壓中的任意一相電壓超過用戶整定值Uzdgy，并延時時間Tu1之后，進(jìn)行過壓故障解列出口，跳開并網(wǎng)點開關(guān)，使得小型水電站和外部主系統(tǒng)電網(wǎng)分離開來。如果當(dāng)前三相電壓中任意一相電壓小于用戶整定值Uzddy，并延時時間Tu2之后，進(jìn)行過壓故障解列出口，跳開并網(wǎng)點開關(guān)，使得小型水電站和外部主系統(tǒng)電網(wǎng)分離開來。如果當(dāng)前并網(wǎng)點處頻率超過用戶整定值Fgpzd，并延時時間Tf1之后，進(jìn)行過壓故障解列出口，跳開并網(wǎng)點開關(guān)，使得小型水電站和外部主系統(tǒng)分離開來。如果當(dāng)前并網(wǎng)點處頻率小于用戶整定值Fdpzd，并延時時間Tf2之后，進(jìn)行過壓故障解列出口，跳開并網(wǎng)點開關(guān)，使得小型水電站和外部主系統(tǒng)分離開來。