CN102135602A - 发电机同期智能校验装置 - Google Patents
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Abstract
发电机同期智能校验装置，包括：前端信号处理模块，用于将输入的电压量或电流量变换为数据采集处理模块输入量程内的电压信号；数据采集处理模块，用于对送来的电压信号进行采集，处理得到所需的有效值、角度和相位数据，将得到的有效值、角度和相位数据封装成数据包后上传到工控机；还用于接收工控机下发来的数据包，将下发来的数据包解封装后送至放大输出模块；工控机，用于接收上传来的数据包，对所述数据包解封装后存储并实时显示到监视器；还用于对显示输出的数据进行调整，将调整后的数据打包下发到数据采集处理模块；放大输出模块，用于对送来的模拟信号进行放大输出。解决了传统校验测量准确性差、接线复杂、过程繁琐的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统运行中的发电机同期智能校验装置。
背景技术
随着电网规模的日益扩大，电网的稳定运行问题越发突出，使得系统中的每一次并列操作显得尤为重要，必须保证万无一失，这就给同期并列装置的可靠性提出了更高的要求。为此，必须采用新技术、新工艺来提高同期装置本身的准确性和可靠性；同时有必要采用新的校验方法来克服传统的移相器校验法中存在的导前时间测量准确性差、接线复杂、过程繁琐等弊病，大大提高校验工作的准确性、可靠性和简便性。
传统上发电机同期装置的检测采用信号发生器输出两路正弦波来模拟发电机及电网电压，通过示波器测量、目测波形的的方式实现，该方法效率低、准确性差。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种发电机同期智能校验装置，解决发电机同期装置传统校验测量准确性差、接线复杂、过程繁琐的技术难题。
本发明的技术解决方案是：本发明提供的发电机同期智能校验装置，包括：
前端信号处理模块，用于将输入的电压量或电流量变换为数据采集处理模块输入量程内的电压信号；
数据采集处理模块，用于对前端信号处理模块送来的电压信号进行采集，处理得到所需的有效值、角度和相位数据，将得到的有效值、角度和相位数据封装成数据包后上传到工控机；还用于接收工控机下发来的数据包，将下发来的数据包解封装后送至放大输出模块；
工控机，用于接收数据采集处理模块上传来的数据包，对所述数据包进行解封装，将解封装后得到的数据存储并实时显示到监视器；还用于对显示输出的数据进行调整，将调整后的数据打包下发到数据采集处理模块；
放大输出模块，用于对数据采集处理模块送来的模拟信号进行放大输出。
进一步地，所述数据采集处理模块包括：
数据采集卡，用于对前端信号处理模块送来的电压信号进行采集，将模拟电压信号转换为数字电压信号送至FPGA；还用于将FPGA送来的解封装后的数据转换为模拟信号送至放大输出模块；
FPGA，用于对数据采集卡送来的数字电压信号进行处理，得到所需的有效值、角度和相位数据；还用于接收实时处理器送来的解封装后的数据，将解封装后的数据送至数据采集卡；
实时处理器，用于将得到的有效值、角度和相位数据封装成数据包上传到工控机；还用于接收工控机下发来的数据包，对所述数据包进行解封装，将解封装后得到的数据送至FPGA。
进一步地，所述工控机配置成发电机同期校验和发电机状态监测两种模式，用户通过所述工控机选择当前所需模式，所述工控机将用户选择结果传给所述数据采集处理模块，所述数据采集处理模块根据所述工控机传来的选定模式在FPGA中装入相应程序代码。
优选地，所述数据采集处理模块由NI公司的CompactRIO可编程自动化控制器（PAC）实现。所述工控机通过以太网与所述CompactRIO通信。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
（1）本发明通过将前端信号处理模块、数据采集卡、FPGA、实时处理器、工控机和放大输出模块有效整合，开发出一种发电机同期智能校验装置，它以同期智能校验为主功能，示波、录波及发电机试验等为辅助功能。同传统校验方法比较，具有接线简化，携带方便、可现场测试，当场出结果，量测界面数字化、简单明了、无须记录换算；调试方便等优点。
（2）作为一台检测装置，本发明同时具有发电机同期装置的检测及发电机状态监测的功能，成为一台综合测试仪。但由于此装置的两个功能是分开独立运行的，因此在硬件上本发明采用一个共用的CompactRIO装置，当进行其中一项功能（即发电机同期校验或发电机状态监测）时，则在上位机中选择该功能，上位机通过以太网通知CompactRIO装置选择的结果，后者根据上位机的指令选择相应功能的程序代码装入FPGA，从而保证两功能可以任意切换。该方法的实现节约了生产成本，使产品小型化、多功能化，满足生产中的不同需求。
（3）本发明采用相应的传感器对相关的电测量进行采集，通过前端信号处理模块处理之后送到高速数据采集卡，以作为后续存储与分析的信号输入；采用软件校正无源变送器件，取消电子元件校正，提高整体可靠水平，软件数字校正可以保证测量高精度。
（4）本发明不仅能够实现发电机同期装置智能高精度校验，而且可以应用在发电机各种电气试验上，具有显著的市场应用空间。
附图说明
图1为根据本发明的发电机同期智能校验装置结构原理框图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的实施例进行说明。
本发明选择国际上先进硬件---美国国家仪器（NI）公司推出CompactRIO系列可编程自动化控制器(PAC)和国际上先进软件---美国国家仪器（NI）公司的Labview虚拟仪器技术的结合，利用虚拟仪器技术，使用高效且功能强大的软件来自定义采集、分析、存储、共享和显示功能，同时保证系统的灵活性，在自己的平台上无缝地集成一套完整的应用方案。
如图1所示，根据本发明的发电机同期智能校验装置，包括：
（1）前端信号处理模块
前端信号处理模块将输入的高幅值电压信号或电流信号线性变换为高速数据采集卡输入量程内的电压信号，采用线性变换，失真度低。
本实施例的前端信号处理模块采用的是美国TI公司的MSP430型号。
（2）数据采集处理模块
本实施例的数据采集处理模块由NI公司的CompactRIO可编程自动化控制器（PAC）实现。数据采集处理模块执行的功能是：
A、对前端信号处理模块送来的电压信号进行采集，处理得到所需的有效值、角度和相位数据，将得到的有效值、角度和相位数据封装成数据包后上传到工控机。
B、接收工控机下发来的数据包，将下发来的数据包解封装后送至放大输出模块。
具体地，数据采集处理模块包括：
①数据采集卡，用于对前端信号处理模块送来的电压信号进行采集，将模拟电压信号实时转换为高分辨率的数字电压信号送至FPGA；还用于将FPGA送来的解封装后的数据转换为模拟信号送至放大输出模块。
数据采集卡的采集速率不小于100Hz。
②FPGA，用于对数据采集卡送来的数字电压信号进行处理，得到所需的有效值、角度和相位数据；还用于接收实时处理器送来的解封装后的数据，将解封装后的数据送至数据采集卡。
FPGA大于1M门，本实施例FPGA采用的是xilinx公司的xc2v1000型号。
③实时处理器，用于将得到的有效值、角度和相位数据封装成数据包通过以太网上传到工控机；还用于接收工控机下发来的数据包，对所述数据包进行解封装，将解封装后得到的数据送至FPGA。
实时处理器的频率不小于400MHz。本实施例采用实时嵌入式处理器，选用的是Freescale公司的MPC5200型号。
（3）工控机
作为上位机，用于接收实时处理器上传来的数据包，对所述数据包进行解封装，将解封装后得到的数据以文件的形式存储到硬盘中（记录发电机暂态和稳态录波数据），并将解封装后的数据实时显示到监视器上，以监视发电机的实时电气量参数；还用于在需要对显示输出的数据进行调整的时候，用户输入相应数值，工控机将调整后的数据打包下发到实时处理器。
将所述工控机配置成发电机同期校验和发电机状态监测两种模式，用户通过所述工控机选择当前所需模式，所述工控机将用户选择结果通过以太网传给CompactRIO，CompactRIO根据所述工控机传来的选定模式在FPGA中装入相应程序代码。
本实施例的工控机采用的是戴尔公司的OptiPlex 755型号。
（4）放大输出模块
用于对数据采集卡送来的模拟信号进行放大输出，以驱动输出信号对合闸线圈的控制。
本实施例的放大输出模块采用的是美国APEX公司的PA92型号。
本发明具有如下特点及技术指标：
. 高标准的工业认证等级：PAC及I/O模块适应的环境温度在-40℃--70℃之间。
高性能的实时处理：软件带有450个内置函数；工业级浮点处理器主频可达到400MHZ。
高速并行的FPGA模块：能在芯片电路上运行LabVIEW程序，具有25 ns定时/触发精度。
可重新配置的I/O技术：每周波采样点最高可达2000点；开关量的动作时间仅为80微妙。
具有发电机同期智能校验及示波录波、电气量测量及长时间记录、发电机特性试验等综合功能。
后台处理软件丰富，分析功能强大和直观。
本发明技术的原理及技术指标（如每周波最高采样2000点）等达到国内领先水平，且应用范围广泛，因此可以创造很高经济价值，批量生产间接经济效益更为可观。
采用CompactRIO系列可编程自动化控制器输出高采样率数字信号，该信号经过高速数据采集卡采集及放大输出模块变换，得到两路幅度、频率可调整的交流电压信号，模拟发电机并网时机端电压及电网电压，由于采样率达到2000点/周，输出电压信号波形失真率非常低，可以忽略不计，同时合闸时间的测量也通过计算机完成，速度更快，使对发电机同期装置的检测更精确。
由于很大一部分计算及测量工作都由计算机完成，解放了双手，提高了生产效率，节省了人力物力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.发电机同期智能校验装置，其特征在于，包括：
前端信号处理模块，用于将输入的电压量或电流量变换为数据采集处理模块输入量程内的电压信号；
数据采集处理模块，用于对前端信号处理模块送来的电压信号进行采集，处理得到所需的有效值、角度和相位数据，将得到的有效值、角度和相位数据封装成数据包后上传到工控机；还用于接收工控机下发来的数据包，将下发来的数据包解封装后送至放大输出模块；
工控机，用于接收数据采集处理模块上传来的数据包，对所述数据包进行解封装，将解封装后得到的数据存储并实时显示到监视器；还用于对显示输出的数据进行调整，将调整后的数据打包下发到数据采集处理模块；
放大输出模块，用于对数据采集处理模块送来的模拟信号进行放大输出。
2.根据权利要求1所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于，所述数据采集处理模块包括：
数据采集卡，用于对前端信号处理模块送来的电压信号进行采集，将模拟电压信号转换为数字电压信号送至FPGA；还用于将FPGA送来的解封装后的数据转换为模拟信号送至放大输出模块；
FPGA，用于对数据采集卡送来的数字电压信号进行处理，得到所需的有效值、角度和相位数据；还用于接收实时处理器送来的解封装后的数据，将解封装后的数据送至数据采集卡；
实时处理器，用于将得到的有效值、角度和相位数据封装成数据包上传到工控机；还用于接收工控机下发来的数据包，对所述数据包进行解封装，将解封装后得到的数据送至FPGA。
3.根据权利要求2所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：所述工控机配置成发电机同期校验和发电机状态监测两种模式，用户通过所述工控机选择当前所需模式，所述工控机将用户选择结果传给所述数据采集处理模块，所述数据采集处理模块根据所述工控机传来的选定模式在FPGA中装入相应程序代码。
4.根据权利要求2所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：所述数据采集处理模块由NI公司的CompactRIO可编程自动化控制器（PAC）实现。
5.根据权利要求4所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：所述工控机通过以太网与所述CompactRIO通信。
6.根据权利要求2所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：采用NI公司的LabVIEW软件作为软件开发平台。
7.根据权利要求1所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：所述工控机将解封装后的数据以文件的形式存储到硬盘中。
8.根据权利要求2所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：所述数据采集卡的采集速率不小于100Hz。
9.根据权利要求2所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：所述实时处理器的频率不小于400MHz。
10.根据权利要求2所述的发电机同期智能校验装置，其特征在于：所述FPGA采用的是xilinx公司的xc2v1000型号，所述实时处理器采用的是Freescale公司的MPC5200型号。
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