CN102214933A - 微机多功能全自动并网系统 - Google Patents

Abstract

一种微机多功能全自动并网系统，包括单片机、电路、输入输出接口、显示装置，所述系统采用嵌入式系统设计，集微机调频调功，微机全自动准同期并网，微机过速保护，微机低速保护，微机自动经济发电控制，微机发电时间自动统计，微机开关动作次数统计，微机开关性能测试，微机数字仪表功能于一体。所述系统用一块芯片完成水轮发电机的电压、转速、水位、开关状态的采样，通过内部编程运算控制加电压、减电压、加速、减速、过速、低速等继电器输出；用一组变压器完成测量和控制电源的功能。所述系统全部采用光耦隔离或电磁隔离或光电加电磁双重隔离方法，使外部干扰尽可能降至最低水平。本发明适用于小水电全自动并网控制。

Description

微机多功能全自动并网系统

技术领域

本发明涉及一种微机多功能全自动并网系统，属小水电发电并网控制技术领域。

背景技术

在国外，发达国家在小水电站自动化控制技术研究开发方面起步早，技术成熟。水电站计算机监控技术发展也快，也较先进。自20世纪80年代以来，国外在水电站监控系统上普遍采用计算机监控技术，水电站自动化控制水平及自动控制功能、性能得到极大提高，许多水电站实现了无人值班。这种管理模式提高了水电站动力设备运行的可靠性，降低了水电站的运行费用。另外，由于水电站计算机监控系统集成度高，减少了控制系统的占地面积及外部电缆数量，因而降低了水电站的建设成本。

目前，我国4万多座小水电站主要以常规控制设备为主，计算机监控系统在小水电站的应用尚属研发完善阶段。大多数小型水电站或已运行的许多老水电站则采用常规控制。

我国小水电站自动化系统目前基本上沿用大中型水电站模式，即采用“集成型”模式。以可编程控制器（PLC）为核心的现地控制单元、同期装置、调速器、励磁装置、保护等二次设备都是按功能划分的微机型单元，再加上油、气、水、厂用电等辅助设备的自动控制，系统要实现多种设备的接口与通信，缺乏标准化规范，导致系统复杂程度与大型水电站相差无几，这样既增加了用户的投资，也增加了小水电站的运行和维护的复杂性。

发明内容

本发明的目的是，根据农村小水电并网存在的诸多问题，公开一种适合农村小水电使用的微机多功能全自动并网系统。

本发明的技术方案是，所述系统采用嵌入式系统设计，集微机调频调功，微机全自动准同期并网，微机过速保护，微机低速保护，微机自动经济发电控制，微机发电时间自动统计，微机开关动作次数统计，微机开关性能测试，微机数字仪表等多种功能于一体；所述系统用一块芯片完成水轮发电机的电压、转速、水位、开关状态的采样，通过内部编程运算控制加电压、减电压、加速、减速、过速、低速等继电器输出；仅用一组变压器完成测量和控制电源的功能。

本发明微机多功能全自动并网系统包括：电网电压波形变换电路、发电机端电压波形变换电路、硬件同期判别电路、继电器输出电路、带A/D转换的单片机电路、串口通讯电路、角差旋转指示灯电路、汉字液晶显示电路、其余显示指示灯电路、按键电路、输入接口电路。电路结构原理如附图所示。

本系统与外部电路的联系全部采用光耦隔离或电磁隔离或光电加电磁双重隔离，使外部干扰尽可能降至最低水平；在电源和电磁式电压互感器（PT）强电回路中，加装滤波器、压敏电阻、瞬变电压抑制二极管（TVS管）以削弱高频高压的电磁干扰。嵌入式系统中设置软硬件看门狗，当不可预见的干扰使程序跑飞时，能纠正到原有的运行工作点。

本系统输出部分具有自动跟踪电网频率、电网电压的加、减励磁，加、减转速的四个继电器输出接口，另外带两个继电器输出接口，可设置过速保护动作频率和低速制动动作频率出口；单独的合闸继电器输出接口，可直接驱动自动空气开关合闸线圈。

本系统的显示部分汉字液晶屏显示电网频率、电网电压、发电机频率、发电机电压、输入接口状态；

本系统角差旋转指示灯电路设置有八个同期角差旋转指示灯，直观显示频差速度和方向，相当于一台同期信号仪；另有同期指示、合闸脉冲指示、主开关位置信号灯，加励、减励、加速、减速四个指示操作指示灯；

本系统按鍵电路设置允许频差、允许压差、导前时间、加减励磁速度係数、加减转速速度係数、超速频率、制动频率、系统地址。按键设置采用汉字提示，直观易懂。

本系统采用RS-485串行通信接口电路，可选择屏上按鍵开机或上位机指令开机；可上位机读取电参数、输入口状态及控制各继电器动作。本系统具有部分PLC功能，可将发电机组主要状态信息传递给上位机，上位机可下达各项命令操作系统出口的继电器，实现后台监控功能。本系统通讯协议巧妙地采用INTEL公司51系列的9位主从通讯方式，其地址码和数据码靠第9位置“1”或“0”来区分，提高了单片机的工作效率，简化了串口硬件设计，降低了成本，提高了可靠性。

本系统硬件同期判别电路可实现当两电压（水力发电机电压与电网电压）差值较小时，说明角差很小，允许并网输出；

本系统内置模拟电子相位表，±30°开放微机出口，确保系统无大角差误动。

所述系统具有按水位发电功能，高水位多发有功，低水位少发或不发有功，实现经济运行。

本发明与现有技术比较的有益效果是，本发明微机多功能全自动并网系统是一款集微机调频调功，微机全自动准同期并网，微机过速保护，微机低速保护，微机自动经济发电控制，微机发电时间自动统计，微机开关动作次数统计，微机开关性能测试，微机数字仪表等多种功能于一体的微机综合自动化监控系统。它是为中小型水轮发电机组量身定做的。它具有与上位机接口，可以选择远方监控或现地监控。一台发电机组配上一台本系统，就能实现简单实用的电站自动发电系统。大大节省投资并能取得非常可观的经济效益。

本发明适用于小水电全自动并网控制。

附图说明

图1是本发明微机多功能全自动并网系统方框图；

图2是本发明系统发电机端电压及电网电压波形变换电路图；

图3是本发明系统单片机电路、串口通讯电路及角差旋转指示灯电路；

图4是本发明系统显示电路；

图5是本发明系统按键及指示灯、输入接口电路；

图6是本发明系统继电器输出电路；

图中图号表示：1接主开关；2接备用；3接备用；4接备用；5接备用；6接备用；7接备用；8接备用；9接备用；10接备用；11接备用；12指计算机COM1接口；13接增加励磁；14接减小励磁；15加速；16减速；17过速；18低速；19接备用；20接计算机COM2接口；21电网电压；22水轮发电机电压；101是发电机端电压波形变换电路；102是电网电压波形变换电路；103是硬件同期判别电路；104是串口通讯电路；105是带A/D转换的单片机电路；106是角差旋转指示灯电路；107是显示指示灯电路；108是汉字液晶显示电路；109是按键电路。

具体实施方式

本发明的具体实施方式如图1-图6所示。

本发明实施例微机多功能全自动并网系统包括电网电压波形变换电路、发电机端电压波形变换电路、硬件同期判别电路、继电器输出电路、带A/D转换的单片机电路、串口通讯电路、角差旋转指示灯电路、汉字液晶显示电路、其余显示指示灯电路、按键电路、输入接口电路。水轮发电机电压和电网电压分别接入系统，并经波形整形和A/D转换至单片机。

本实施例系统与外部电路的联系全部采用光耦隔离电加电磁隔离双重隔离，使外部干扰尽可能降至最低水平；在电源和电磁式电压互感器强电回路中，加装滤波器、压敏电阻、瞬变电压抑制二极管以削弱高频高压的电磁干扰。嵌入式系统中设置软硬件看门狗，当不可预见的干扰使程序跑飞时，能纠正到原有的运行工作点。

本实施例系统输出部分具有自动跟踪电网频率、电网电压的加、减励磁，加、减转速的四个继电器输出接口，另外带两个继电器输出接口，可设置过速保护动作频率和低速制动动作频率出口；单独的合闸继电器输出接口，可直接驱动自动空气开关合闸线圈。

为了适应农村水电站操作人员技术水平，本实施例系统的显示部分汉字液晶屏显示电网频率、电网电压、发电机频率、发电机电压、输入接口状态；由于显示全部采用液晶汉字显示，显示内容直观易懂，无须培训。

本实施例系统角差旋转指示灯电路设置有八个同期角差旋转指示灯，直观显示频差速度和方向，相当于一台同期信号仪；另有同期指示、合闸脉冲指示、主开关位置信号灯，加励、减励、加速、减速四个指示操作指示灯；

本实施例系统按鍵电路设置允许频差、允许压差、导前时间、加减励磁速度係数、加减转速速度係数、超速频率、制动频率、系统地址。按键设置采用汉字提示，直观易懂。

本实施例系统采用RS-485串行通信接口电路，可选择屏上按鍵开机或上位机指令开机；可上位机读取电参数、输入口状态及控制各继电器动作。本系统具有部分PLC功能，可将发电机组主要状态信息传递给上位机，上位机可下达各项命令操作系统出口的继电器，实现后台监控功能。本系统通讯协议巧妙地采用INTEL公司51系列的9位主从通讯方式，其地址码和数据码靠第9位置“1”或“0”来区分，提高了单片机的工作效率，简化了串口硬件设计，降低了成本，提高了可靠性。

本实施例系统的一体化设计使运行操作简便，维护容易，只需按“开机”按钮，机组可自动加速至50HZ附近。并自动调节电压和转速无冲击并上电网，然后根据水位自动调节机组出力，达到最经济发电之目的。

本实施例系统的工作环境和主要技术指标为：

1、输入信号电源电压：低压400V±20% ,高压100V±20%；

2、工作环境温度:   -10℃—55℃   湿度:  <90%；

3、频率测量精度: 0.01Hz；

4、电压测量精度:   0.5%；

5、毫秒计精度:    2us；

6、系统具备以下功能

（1）保证第一时间并网，理论上无相角误差，快速无冲击，且无需调试；

（2）具有测量检修后三相开关主触头不同步合闸及分闸时差功能；

（3）具有数字毫秒计功能；

（4）具有开关合闸总次数和运行总小时数统计功能，以作为开关检修依据。

Claims (8)

1.一种微机多功能全自动并网系统，包括单片机、电路、输入输出接口、显示装置，其特征在于，

所述系统采用嵌入式系统设计，集微机调频调功，微机全自动准同期并网，微机过速保护，微机低速保护，微机自动经济发电控制，微机发电时间自动统计，微机开关动作次数统计，微机开关性能测试，微机数字仪表功能于一体；

所述系统用一块芯片完成水轮发电机的电压、转速、水位、开关状态的采样，通过内部编程运算控制加电压、减电压、加速、减速、过速、低速等继电器输出；用一组变压器完成测量和控制电源的功能；

所述系统全部采用光耦隔离或电磁隔离或光电加电磁双重隔离方法，使外部干扰尽可能降至最低水平，在电源和PT强电回路中，加装滤波器、压敏电阻、TVS管以削弱高频高压的电磁干扰。

2.根据权利要求1所述的微机多功能全自动并网系统，其特征在于，所述系统输出部分具有自动跟踪电网频率、电网电压的加、减励磁，加、减转速的四个继电器输出接口，另外带两个继电器输出接口，可设置过速保护动作频率和低速制动动作频率出口；单独的合闸继电器输出接口，可直接驱动自动空气开关合闸线圈。

3.根据权利要求1所述的微机多功能全自动并网系统，其特征在于，所述系统角差旋转指示灯电路设置有八个同期角差旋转指示灯，直观显示频差速度和方向，相当于一台同期信号仪；另有同期指示、合闸脉冲指示、主开关位置信号灯，加励、减励、加速、减速四个指示操作指示灯。

4.根据权利要求1所述的微机多功能全自动并网系统，其特征在于，所述系统按鍵电路设置允许频差、允许压差、导前时间、加减励磁速度係数、加减转速速度係数、超速频率、制动频率、装置地址；按键设置采用汉字提示。

5.根据权利要求1所述的微机多功能全自动并网系统，其特征在于，所述系统采用RS-485串行通信接口电路，可选择屏上按鍵开机或上位机指令开机；可上位机读取电参数、输入口状态及控制各继电器动作。

6.根据权利要求1所述的微机多功能全自动并网系统，其特征在于，所述系统硬件同期判别电路可实现当水力发电机电压与电网电压差值较小时，允许并网输出。

7.根据权利要求1所述的微机多功能全自动并网系统，其特征在于，所述系统内置模拟电子相位表，±30°开放微机出口，确保装置无大角差误动。

8.根据权利要求1所述的微机多功能全自动并网系统，其特征在于，所述系统具有按水位发电功能，高水位多发有功，低水位少发或不发有功，实现经济运行。

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