CN101876690A - 发电机同期过程监测与分析系统 - Google Patents

Abstract

发电机同期过程监测与分析系统，包括电量采集上传模块、数据计算分析模块、结果输出模块，本系统使用PAC实现下位机，利用其多CPU特征实现12通道的海量数据的存储和实时传输，具体方法为利用PAC的双系统，将连续采集到的数据切割成小片，在采样模块的两次数据采样间隙，通过TCP/IP协议实现实时上传，从而上位机可以在现场实验过程中即从下位机接收数据进行分析。本发明可实现数据同步上传，支持同期过程的回放，具备对发电机同期过程的自动分析功能。

Description

发电机同期过程监测与分析系统

技术领域

本发明属于电力系统二次监测自动化应用领域，涉及发电机同期系统运行过程的监测与分析系统。

背景技术

发电机并网投入系统运行称为并列。随着电力系统的不断发展，同步发电机的单机容量也越来越大，大型机组的不恰当的并列操作将导致严重后果。因此，提高并列操作的准确度和可靠性，对于系统的可靠运行具有很大的现实意义。

并列的理想条件为发电机电压相量和系统电压相量相等，即频率、幅值分别相等，相位差为零，同时频率差在合理范围内。并网前需要检测这些电气量是否在定值范围内，确保合闸时发电机本体受到的冲击电流影响最小，电力系统受到的无功冲击最小，这就是检同期。早期的检同期装置采用同期继电器，这种方式精度差，对电网的冲击较大；现代一般采用微机装置，提高操作可靠性。

在新电厂投运或机组检修后，在并网前都需要进行所谓“假同期实验”，所谓假同期实验是指，在拉开发电机出口断路器两侧隔离开关(如只一侧存在，则拉开一侧隔离开关)，并且断开隔离开关操作电源的情况下，使同期装置投入运行，根据事先设定的同期定值，使断路器合闸。假同期试验目的是，根据检测装置对假同期过程以及最后结果的分析，检测同期装置是否按照事先设定的定值对发电机进行并列操作。

目前对假同期数据的分析，国内一般通过录波装置，但此类设备基本都是在试验结束后，将采集到的数据上传到上位机进行分析。在实验过程中，用户无法对同期并网的过程进行实时监视，看不出当前时刻的电压差、相位差的变化趋势，如果并网过程发生异常，用户也无法及时分析出产生异常情况的原因。

同期并网发生异常，一般产生的原因为并网瞬间发电机与待并系统的电压向量差过大。过大的电压差可对发电机定子产生过大的冲击电流或对电力系统产生扰动性的无功扰动。

一般而言，发电机与系统的电压向量差有两个产生的原因，一个为电压幅值差，一个为电压向量角度相位差，或者二者同时起作用。

目前的检测装置只能具体分析出并网瞬间电压差的大小，而不能具体区分出，在并网瞬间两个电压向量的幅值、相位的具体关系。从而造成在同期异常的情况下，不能顺利分析出具体的技术原因。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种发电机同期过程监测与分析系统，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

发电机同期过程监测与分析系统包括：

1.电量采集上传模块：通过可编程逻辑控制器对发电机电压、系统电压的瞬时值以及合闸指令信号、合闸动作信号进行采集和上传；

2.数据计算分析模块：计算发电机电压和系统电压之间的有效值差和相位差；

3.结果输出模块：将分析计算的结果以图形和表格的形式输出，包括以下两个子模块：

(1)实时数据观察子模块：将发电机电压和系统电压在相量图上以旋转相量的形式直观展现，显示两路电压瞬时值的实时动态曲线；

(2)历史数据分析子模块：同期观察结束后，将并网过程全程记录的数据以波形图形式输出，可对任意时间点或者时间段的电压差和相位差进行分析。

本系统使用PAC实现下位机，利用其多CPU特征实现12通道(＞1600Hz采样频率)的海量数据的存储和实时传输；具体方法为利用PAC的双系统，将连续采集到的数据切割成小片，在采样模块的两次数据采样间隙，通过TCP/IP协议实现实时上传，从而上位机具备了实时分析海量数据的功能，可以在现场实验过程中即从下位机接收数据进行分析，大量的计算已经在实验过程中完成，因此在实验结束后，无须长时间等待即可展开图形分析；系统具备虚拟同步表功能，可实时分析当前时刻发电机电压和系统电压向量的特征，在实验结束后，支持全程回放功能，可分析任一时刻的相关电气参数特性(发电机和系统电压瞬时值、相位和频率，压差变化等)，通过节点动作时间定位，可以自动分析同期状况；系统支持手动和自动由节点启动、停止两种录波方式，启动方式：手动、Di(i＝1，2，3，4)从高电平向低电平跳变或从低电平向高电平跳变启动；停止方式：手动、Di(i＝1，2，3，4)从高电平向低电平跳变或从低电平向高电平跳变停止；且可以手动和自动配合工作，例如启动使用手动，停止使用自动方式。

在同期过程中，将电压频率、幅值、相位的变化以图形的方式实时、动态、直观地展现，使工程师能够通过图形直观地分析出同期过程中任意时刻发电机电压和系统电压的幅值和相角关系，判断出同期异常的存在与否以及分析出问题产生的具体原因。

同时本系统具备了实时的数据上传和分析能力，取代实验结束后才将数据上传的功能，能够极大地缩短在实验结束后为分析数据和展示图形而要求用户等待时间。由于在国内目前还在使用手动同期的小水电站，靠屏面上同期指示表来进行操作。这种同步指示表机械常数大，无法知道手动同期时发电机电压和系统电压的准确差别。本发明的同期监测界面安排了虚拟同期表，操作人员通过观察虚拟同期表，可以提高手动同期的精确度和可靠性。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.与以往DSP或单片机实现的录波装置不同，本发明利用PAC设备的多CPU特点，通过软件技术协调工作，通过数据切片技术实现数据实时上传和分析的功能，不必等到录波结束才上传和分析数据；

2.能对同期并网过程进行全程监测，并以动态图形的形式实时展现，模拟了同期表的功能，使用十分直观，支持同期过程的回放；

3.具备对发电机同期过程的自动分析功能。通过定位准同期装置发出动作指令和辅助继电器实际动作的时间，可以以表格和图形的方式自动分析出同期时刻发电机电压和系统电压的幅差、频差和相差。操作人员可以通过图形确发电机与系统的电压向量差产生的原因；

4.体积小，重量轻(＜10kg)。

附图说明

图1为本发明实施例发电机同期过程监测与分析系统示意框图

图2为本发明实施例发电机同期过程监测与分析系统数据观察图形显示图

图3为本发明实施例发电机同期过程监测与分析系统历史数据分析全程结果显示图

图4为本发明实施例发电机同期过程监测与分析系统历史数据分析图形局部放大示意图

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1本发明实施例发电机同期过程监测与分析系统示意框图，该装置包括：

1.电量采集上传模块：通过可编程逻辑控制器对发电机电压、系统电压的瞬时值以及合闸指令信号、合闸动作信号进行采集和上传。本模块包括两个子模块：

(1)数据提取子模块：发电机电压等四路电量信号经电量变送器送入到同步数据采集卡进行采样，缓存到FIFO中，FIFO中的数据然后被提取到Modbus空间。Modbus空间中的数据通过Modbus/TCP协议，由上位机的Modbus Master读取，用于开始录波前的动态数据观察子模块；

(2)数据收集和上传子模块：从Modbus空间收集数据到WinCE内存中，当上位机发出上传命令后，数据被切片后通过TCP/IP协议上传到上位PC机，用于实时分析和显示。

2.数据计算分析模块：利用下位机送上来的数据，计算发电机电压和系统电压之间的压差和相位差；

3.结果输出模块：将分析计算的结果以图形和表格的形式输出，包括以下两个子模块：

(1)实时数据观察子模块：如图2所示，将发电机电压和系统电压在相量图上以旋转相量的形式直观展现，同时显示两路电压瞬时值的实时动态曲线和动态数据表格，两路电压之间的相位关系和有效值关系一目了然，其变化趋势也能十分方便地观察到；

(2)历史数据分析子模块：如图3、图4所示，同期观察结束后，将并列过程全程记录的数据以波形图形式输出，可对任意时间点或者时间段的电压和相位进行分析。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.发电机同期过程监测与分析系统，包括电量采集上传模块、数据计算分析模块、结果输出模块，其特征在于，本系统使用PAC实现下位机，利用其多CPU特征实现12通道的海量数据的存储和实时传输，具体方法为利用PAC的双系统，将连续采集到的数据切割成小片，在采样模块的两次数据采样间隙，通过TCP/IP协议实现实时上传，从而上位机可以在现场实验过程中即从下位机接收数据进行分析。

2.根据权利要求1所述的发电机同期过程监测与分析系统，其特征在于，系统具备虚拟同步表功能，可实时分析当前时刻发电机电压和系统电压向量的特征。

3.根据权利要求2所述的发电机同期过程监测与分析系统，其特征在于，系统在实验结束后，支持全程回放功能，可分析任一时刻的相关电气参数特性，通过节点动作时间定位，可以自动分析同期状况。

4.根据权利要求1所述的发电机同期过程监测与分析系统，其特征在于，系统支持手动和自动由节点启动、停止两种录波方式。

Images