CN104049164A - 一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，包括测量单元、IO单元、逻辑控制单元、保护单元、录波单元、通信规约转化单元、人机交互单元、录波分析单元；测量单元通过数据总线将数字信号传输给逻辑控制单元及保护单元，IO单元通过CAN总线与逻辑控制单元及保护单元分别进行数据交互，逻辑控制单元将中断信号发送给录波单元，所述保护单元通过CAN总线与通信规约转化单元通信，通信规约转化单元进行规约转化完成与人机交互单元的数据交互。本发明提供的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，该控制保护系统具有人机交互友好、自动化程度高、稳定可靠、构架清晰、抗干扰性强、保护功能强大等优点。

Description

一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统

技术领域

本发明涉及一种控制保护系统，具体涉及一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统。

背景技术

风力发电作为一种清洁能源，目前在电力能源中所占的比例越来越大，风力发电系统对电网的影响也越来越不能被忽视。特别是以大规模集中接入的方式接入电网时，当电网发生故障造成并网点电压跌落时，一旦风电机组自动脱网可能造成电网电压和频率的崩溃，严重影响电网的安全稳定运行，使风力发电这种清洁能源的应用受到限制。因此，大规模并网运行的风电机组必须具有低电压穿越能力(Low Voltage Ride Through，LVRT)。风电机组并网必须满足相应的技术标准，只有当电网电压跌落低于规定曲线以后才允许风力发电机脱网，当电压在凹陷部分时，发电机应提供无功功率，并在规定的时间内功率及电压恢复到规定的数值之上。

风机低电压穿越测试装置的主要功能为采用阻抗分压的方法在风机高压侧按照风力发电机的并网标准人为制造一个可控的电压跌落以检验风机是否具有低电压穿越能力。其控制保护系统作为低电压穿越装置的核心，其稳定性、精确性、可靠性、数据的实时性、可扩展性关系到整个低电压穿越装置能否正常稳定的工作，测试结果是否正确；同时针对风功率具有间歇性的特点，在最短的时间内完成不同实验工况的切换，也大大关系到控制保护系统的优劣；此外，控制保护系统还起到了对人身及设备的保护作用。

发明内容

为了克服录波实时性差、接线方式计算负责等缺点，本发明提供一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，该控制保护系统具有人机交互友好、自动化程度高、稳定可靠、构架清晰、抗干扰性强、保护功能强大等优点。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

本发明提供一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，所述系统包括测量单元、IO单元、逻辑控制单元、保护单元、录波单元、通信规约转化单元、人机交互单元、录波分析单元；所述测量单元通过数据总线将数字信号传输给所述逻辑控制单元及保护单元，所述IO单元通过CAN总线与逻辑控制单元及保护单元分别进行数据交互，所述逻辑控制单元将中断信号发送给所述录波单元，所述保护单元通过CAN总线与通信规约转化单元通信，所述通信规约转化单元进行规约转化完成与人机交互单元的数据交互，所述录波单元中断触发后读取高速缓存区中的录波数据，自动上送，通过所述录波分析单元和人机交互单元进行分析和查看。

所述测量单元具有高速缓存区，将模拟信号通过AD转化器转化为数字信号后复制一份数据缓存到高速缓存区中；所述录波单元硬中断启动进行录波，以提高录波的实时性；所述测量单元及IO单元接收完数据后会自动添加时标，以保证数据的同步性。

所述CAN总线包括第一CAN总线和第二CAN总线，以提高数据和命令的并行处理能力；所述IO单元、测量单元与逻辑控制与及保护单元之间通过第一CAN总线进行开关量的交互，并以多地址帧的方式通过第二CAN总线进行控制命令的交换。

所述逻辑控制单元主要实现实验逻辑的完成，具体为：接收所述IO单元与测量单元的模拟信号并进行相应的计算、接收人机界面的实验开始及实验结束的命令并进行相应的逻辑出口、接收人机界面的控制逻辑、空载试验时完成对跌落时间及跌落深度的自动校核以及实验开始前实验工况的检查；启动试验后自动触发启动录波单元；所述保护单元用于对风机低电压穿越测试装置及人身进行保护。

所述逻辑控制单元完成空载跌落试验时完成对跌落时间及跌落深度的校核具体过程如下：

根据开关的位置判断是否为空载跌落试验，当为跌落实验时，记录跌落前的系统电压有效值及跌落后的系统电压有效值得出跌落深度及跌落过程中短路电抗器相关开关的分合时间，与试验逻辑中的值相比较；如果误差超出了规定的范围，自动修正跌落时间，并把结果反馈给人机界面，人机界面根据反馈结果自动生成新的控制逻辑。

所述通信规约转换单元负责通信规约的转化及通信接口的扩展，通过通信规约转换单元实现外围装置与人机界面的数据交互，同时通信规约转换单元采用模块化结构设计，并行实现多种规约的转化。

所述录波分析单元对录波数据进行分析，并通过人机交互单元实现对风机低电压穿越测试装置的监视与控制、实验逻辑的修改、保护策略的修改、实验逻辑的计算与验证。

实验逻辑的计算及验证过程如下：

输入试验参数给所述人机交互单元，人机交互单元自动计算出各种接线方式下电网各级阻抗值以及短路电流大小，然后根据电网阻抗限制条件和短路电流限制条件，筛选出满足上述条件的接线方式组合，实现接线的重构；

所述试验参数包括系统电压、系统阻抗、跌落深度和跌落误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.分层分布式结构、模块化设计、数据通道多样性、扩展能力强；

2.接口丰富，方便连接试验中相关的其他外部信号；

3.自动化程度高，人机界面友好，通过本控制保护系统可以在人机界面完成实验过程中的所有控制功能；

4.多芯片之间控制使用中断操作，提高了可靠性和实时性；

5.具有实验逻辑仿真功能，当输入实验条件后能自动仿真计算出装置的接线方式，可以根据需要通过顺序控制接触器自动完成跌落深度的改变；

6.预录波数据经测量单元采集后不经Flash转存，直接存储到高速缓存单元中，当逻辑控制单元发出开始实验命令后，录波单元直接从高速缓存单元中读取预录数据，提高了数据的实时性和数据的传输效率；

7.根据风电低电压穿越实验的特点，空载试验时逻辑控制单元能够自动校正低电压穿越的电压跌落时间及跌落深度，当测量的开关动作时间大于实验规定误差时自动校正跌落时间并上报人机界面，当跌落深度大于规定范围时上报人机界面，作为修改实验逻辑的参考；

8.具有实验条件的自动逻辑判断功能，当实验工况不满足时禁止实验，以防止电气一次接地等人为故障发生；

9.完备的保护功能，当发生设备温度超过设计值、烟雾报警、保护动作、实验过程中人接近带电间隔时，根据不同的情况自动闭锁设备或把设备从电网中切出，并发出声光报警；

10.电路实现简单，抑制干扰的能力强。

附图说明

图1是用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统结构图；

图2是逻辑控制单元完成空载跌落试验时完成对跌落时间及跌落深度的校核流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1，本发明提供一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，所述系统包括测量单元、IO单元、逻辑控制单元、保护单元、录波单元、通信规约转化单元、人机交互单元、录波分析单元；所述测量单元通过数据总线将数字信号传输给所述逻辑控制单元及保护单元，所述IO单元通过CAN总线与逻辑控制单元及保护单元分别进行数据交互，所述逻辑控制单元将中断信号发送给所述录波单元，所述保护单元通过CAN总线与通信规约转化单元通信，所述通信规约转化单元进行规约转化完成与人机交互单元的数据交互，所述录波单元中断触发后读取高速缓存区中的录波数据，自动上送，通过所述录波分析单元和人机交互单元进行分析和查看。

测量单元以先进高速数字信号处理器(Digital signal processors，DSPs)/FPGA(Field-Programmable Gate Arrays)芯片为处理核心；逻辑控制及保护部分责数据的处理、实验逻辑的完成、保护逻辑的完成，采用先进高速的数字信号处理器(Digital signal processors，DSP)为处理核心。

所述测量单元具有高速缓存区，将模拟信号通过AD转化器转化为数字信号后复制一份数据缓存到高速缓存区中；所述录波单元硬中断启动进行录波，以提高录波的实时性；所述测量单元及IO单元接收完数据后会自动添加时标，以保证数据的同步性。

所述CAN总线包括第一CAN总线和第二CAN总线，以提高数据和命令的并行处理能力；所述IO单元、测量单元与逻辑控制与及保护单元之间通过第一CAN总线进行开关量的交互，并以多地址帧的方式通过第二CAN总线进行控制命令的交换，交换的内存包括：装置的状态量信号，一次设备如开关、刀闸的位置信号，保护动作信号等。这样具有传输数据量大、传输速率快、实时性高、抗干扰能力强的特点。

所述逻辑控制单元主要实现实验逻辑的完成，具体为：接收所述IO单元与测量单元的模拟信号并进行相应的计算、接收人机界面的实验开始及实验结束的命令并进行相应的逻辑出口、接收人机界面的控制逻辑、空载试验时完成对跌落时间及跌落深度的自动校核以及实验开始前实验工况的检查；启动试验后自动触发启动录波单元；所述保护单元用于对风机低电压穿越测试装置及人身进行保护。

所述逻辑控制单元完成空载跌落试验时完成对跌落时间及跌落深度的校核具体过程如下：

根据开关的位置判断是否为空载跌落试验，当为跌落实验时，记录跌落前的系统电压有效值及跌落后的系统电压有效值得出跌落深度及跌落过程中短路电抗器相关开关的分合时间，与试验逻辑中的值相比较；如果误差超出了规定的范围，自动修正跌落时间，并把结果反馈给人机界面，人机界面根据反馈结果自动生成新的控制逻辑，如图2。人机交互单元可以完成对当前工况跌落深度的仿真，仿真完成后可以根据需要手动或自动完成跌落深度的选择。

所述通信规约转换单元负责通信规约的转化及通信接口的扩展，通过通信规约转换单元实现外围装置与人机界面的数据交互，同时通信规约转换单元采用模块化结构设计，并行实现多种规约的转化。

所述录波分析单元对录波数据进行分析，并通过人机交互单元实现对风机低电压穿越测试装置的监视与控制、实验逻辑的修改、保护策略的修改、实验逻辑的计算与验证。

实验逻辑的计算及验证过程如下：

输入试验参数(试验参数包括系统电压、系统阻抗、跌落深度和跌落误差)给所述人机交互单元，人机交互单元自动计算出各种接线方式下电网各级阻抗值以及短路电流大小，然后根据电网阻抗限制条件(如根据电网电压等级及电网结构电网阻抗范围为2欧姆-6欧姆)和短路电流限制条件(根据实验设备过电流能力及被测设备过电流能力，短路电流范围为850A-1200A)，筛选出满足上述条件的接线方式组合，实现接线的重构。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：所述系统包括测量单元、IO单元、逻辑控制单元、保护单元、录波单元、通信规约转化单元、人机交互单元、录波分析单元；所述测量单元通过数据总线将数字信号传输给所述逻辑控制单元及保护单元，所述IO单元通过CAN总线与逻辑控制单元及保护单元分别进行数据交互，所述逻辑控制单元将中断信号发送给所述录波单元，所述保护单元通过CAN总线与通信规约转化单元通信，所述通信规约转化单元进行规约转化完成与人机交互单元的数据交互，所述录波单元中断触发后读取高速缓存区中的录波数据，自动上送，通过所述录波分析单元和人机交互单元进行分析和查看。

2.根据权利要求1所述的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：所述测量单元具有高速缓存区，将模拟信号通过AD转化器转化为数字信号后复制一份数据缓存到高速缓存区中；所述录波单元硬中断启动进行录波，以提高录波的实时性；所述测量单元及IO单元接收完数据后会自动添加时标，以保证数据的同步性。

3.根据权利要求1所述的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：所述CAN总线包括第一CAN总线和第二CAN总线，以提高数据和命令的并行处理能力；所述IO单元、测量单元与逻辑控制与及保护单元之间通过第一CAN总线进行开关量的交互，并以多地址帧的方式通过第二CAN总线进行控制命令的交换。

4.根据权利要求1所述的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：所述逻辑控制单元主要实现实验逻辑的完成，具体为：接收所述IO单元与测量单元的模拟信号并进行相应的计算、接收人机界面的实验开始及实验结束的命令并进行相应的逻辑出口、接收人机界面的控制逻辑、空载试验时完成对跌落时间及跌落深度的自动校核以及实验开始前实验工况的检查；启动试验后自动触发启动录波单元；所述保护单元用于对风机低电压穿越测试装置及人身进行保护。

5.根据权利要求1或4所述的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：所述逻辑控制单元完成空载跌落试验时完成对跌落时间及跌落深度的校核具体过程如下：

根据开关的位置判断是否为空载跌落试验，当为跌落实验时，记录跌落前的系统电压有效值及跌落后的系统电压有效值得出跌落深度及跌落过程中短路电抗器相关开关的分合时间，与试验逻辑中的值相比较；如果误差超出了规定的范围，自动修正跌落时间，并把结果反馈给人机界面，人机界面根据反馈结果自动生成新的控制逻辑。

6.根据权利要求1所述的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：所述通信规约转换单元负责通信规约的转化及通信接口的扩展，通过通信规约转换单元实现外围装置与人机界面的数据交互，同时通信规约转换单元采用模块化结构设计，并行实现多种规约的转化。

7.根据权利要求1所述的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：所述录波分析单元对录波数据进行分析，并通过人机交互单元实现对风机低电压穿越测试装置的监视与控制、实验逻辑的修改、保护策略的修改、实验逻辑的计算与验证。

8.根据权利要求7所述的用于风机低电压穿越测试装置的控制保护系统，其特征在于：实验逻辑的计算及验证过程如下：

输入试验参数给所述人机交互单元，人机交互单元自动计算出各种接线方式下电网各级阻抗值以及短路电流大小，然后根据电网阻抗限制条件和短路电流限制条件，筛选出满足上述条件的接线方式组合，实现接线的重构；

所述试验参数包括系统电压、系统阻抗、跌落深度和跌落误差。