CN104953595A - 一种低频减载装置和方法 - Google Patents

Abstract

通过低频减载装置对频率进行测量，并根据负荷的变化与频率调整之间的关系，通过具体的线路操作来进行低频减载的实现，即根据负荷的大小、重要性等逐步判定负荷切除的效果，从而寻求最优低频减载的效果。

Description

一种低频减载装置和方法

技术领域

本发明涉及电力系统稳定性控制的技术领域，具体的来说，是一种低频减载装置和方法。

背景技术

频率是电能质量指标之一，在电力工业高度发展的今天，维持频率稳定保证电能频率质量不仅对电力系统的安全稳定运行有着极为重要的意义，而且对电力用户也是有着非常重要的意义，而随着电力工业的日益发展，系统的大扰动下维持频率稳定的能力在不断恶化，为了防止事故状态下频率大幅度下降，保持系统的频率稳定，通过采用低频减载措施作为保证电力系统安全的最后一道防线来避免了大量恶性事故的发生，但是目前的低频减载装置的低频减载方案没有充分考虑负荷的频率调节效应，因而还存在着效果不佳的问题。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明提出一种低频减载装置和低频减载方法。

低频减载装置由采样计算模块、逻辑处理模块和监控模块组成。

采样计算模块负责交流数据采集和计算，并把数据通过双端口RAM传递给逻辑处理模块。

逻辑处理模块主要负责开关量输入(简称开入)、与采样计算模块和监控模块的数据交换、少量的计算、控制的逻辑判断、开关量输出(简称开出)等功能。

监控模块主要负责人机界面的处理、外部通信等功能。这种结构，利用DSP计算速度快的优点，把交流数据采集和大量的计算这项繁重的任务交给DSP完成，而逻辑处理模块的MCU则集中精力完成逻辑判断任务，也避免了单CPU系统时采样与通信的冲突。将人机界面和外部通信功能由监控模块完成，逻辑处理模块MCU仅仅负责与其的数据交换，减轻了MCU的负担，同时人机界面和外部通信可以实现更为复杂和丰富的功能。这种结构下监控模块具有很高的独立性，便于采用统一的监控平台软件，具有良好的扩展性和灵活性。

采样计算模块包括采样单元、DSP处理单元和双口RAM单元。

采样单元由三部分组成：模拟量输入变换部分、模拟低通滤波部分、AD变换部分。模拟量交流电压信号经过PT变换为二次信号。交流通道具有二阶低通滤波和电压跟随电路。

DSP处理单元主要完成模拟量的采集和各种算法。

双口RAM的作用是将DSP计算和采样的数据送入MCU。

逻辑处理模块包括MCU单元、开入开出单元、通信单元和复位单元。

MCU采用具有很高的抗干扰能力及工作可靠性的芯片，内核采用CPU32且具有强大的外围子系统，如定时处理单元、对列串行模块、系统集成模块等。MCU外围配置有SRAM和ROM，用来存放数据和贮存程序。保存定值、系数、报告。

开入开出单元，开关量输入由开关量的辅助接点取得，经过光电隔离和驱动后，送入MCU。开入回路中设置RC一阶滤波器防止开入抖动，TVS防止浪涌。输出开关量信号经过锁存、光电隔离后，控制继电器。用继电器控制断路器、信号等。

通信单元完成逻辑处理模块与监控模块的数据交换。通信单元由高速链路控制器和编码器组成。

复位单元复位采样计算功能模块和逻辑处理模块，而且在复位期间闭锁所有开出。MCU内部产生复位信号／RST，复位源包括软件看门狗复位、双总线故障复位、时钟丢失复位和RESET指令等，其中软件看门狗可由系统保护控制寄存器设定，它能监视MCU的主程序死、中断服务程序死；另外，MCU通过DRAM监视DSP是否死机，如果死机则由MCU复位DSP。

复位单元具有电源监视、硬件看门狗定时和备用电源切换等功能，其中电源监视可以同时复位采样计算模块和逻辑处理模块。

监控模块提供人机接口并与外部进行通信，包括CPU单元、时钟单元、人机接口单元和通信单元。

CPU单元采用具有很高的抗干扰能力及工作可靠性的芯片，内核采用CPU32且具有强大的外围子接口能力等，具有串行通信控制器，串行管理控制器，串行外围接口。

时钟单元由实时时钟芯片构成。芯片电源由电池提供，装置掉电后时钟不会丢失。实时时钟芯片与单片机进行通讯，单片机接收GPS对时信号并与CPU通讯进行对时。

人机接口单元包括液晶显示器和薄膜键盘，并在面板上提供一个RS232维护口。

通信单元通过可编程逻辑完成外部的串行通讯。

低频减载装置首先需要获取电力系统的实时频率信息，来判断是否满足减载条件

输入电压信号为

其离散表达式为：

式中：为电压峰值，为非基波分量，f为当前频率，为初相角，为第k个测量周期的采样频率

式中：N是一个周期的采样点数

频率偏差

为第k个采样周期的相角

当前频率为

电力系统中负荷与频率的关系为

式中：

为额定频率

为系统频率为额定值时，系统的有功功率

为系统的频率为f时，系统的有功负荷

为与系统频率的0,1,2,…n次方成正比的负荷占额定负荷的百分比

以和为基准，则上式可表示为

且

对频率进行微分，并略去与高阶次频率对应的负荷的影响，可得

K即为负荷的频率调节效应系数

根据线路的负载量进行实行低频减载的具体方法如下：

步骤一，将测量得到的内部负荷组成情况与每级负荷量的大小实时的上传给调度中心；

步骤二，设定减载线路门槛值，以满足每一轮减载量为目标，根据在线测得的线路实际负荷大小有无达到门槛值来确定是否减载该线路。

L1,L2,…Lm,Lm+1,…Ln为其负载线路，Ln为重要负荷，L1,L2,…Lm,Lm+1,…Ln-1为一般负荷。各线路的负荷频率调节系数为：KL1，KL2，…KLm，KLm+1…KLn。

减载线路门槛值确定方法为：令PR=KMPe，Pe为某条线路Lm的额定负荷量，KM为线路容量门槛值系数。测得该线路实际负荷量为Pm，当Pm≧PR时，说明该线路的实际负荷量满足条件，可以参与减载；若Pm<PR，说明该线路实际负荷量不满足减载条件，切除该线路对系统的影响不大，跳过该线路，进入下一条线路的减载判定。对实际负荷量小于门槛值的线路不予切除，减少了切除线路的数量，增加了供电的可靠性。其取值范围可以根据系统可切负荷的总量等实际情况来设定。

步骤三，从调度中心传来或者事先制定的第x轮减载量为ΔP∑X，当测得频率值下降到第x轮启动值时，选择一定数量的线路在tXs内予以切除。切除线路为Lm，Lm+1，…，Ls，需满足条件如下：

式中，Pm,Pm+1,…,Ps为所切除负载线路的实际负荷值。PRi=KMPei，Pei为线路Lm,Lm+1,…,Ls的额定容量。即所切线路的实际负载量应满足减载线路容量门槛值，之和应等于该轮所要求的切负荷总量。切负荷时实时检测线路负荷是否满足门槛值，如果不满足，则迅速跳过该线路，计算下一线路，以满足低频减载快速性的要求。如果线路满足减载门槛值，迅速切掉该线路并计算当前所减载线路减载量之和，若没达到该轮减载量的要求，则继续减载，进入下一条线路的判断；若满足该轮减载量，该轮减载完毕。

步骤四，减载完毕后，将本轮实际切除线路的负荷量之和、减载后各级负荷的组成情况与大小上传给调度中心，以便调度中心进行下一轮减载量的分配。

本发明通过低频减载装置对频率进行测量，并根据负荷的变化与频率调整之间的关系，通过具体的线路操作来进行低频减载的实现，即根据负荷的大小、重要性等逐步判定负荷切除的效果，从而寻求最优低频减载的效果。

附图说明

图1为本发明的低频减载方法的流程图。

具体实施方式

低频减载装置由采样计算模块、逻辑处理模块和监控模块组成。

采样计算模块负责交流数据采集和计算，并把数据通过双端口RAM传递给逻辑处理模块。

逻辑处理模块主要负责开关量输入(简称开入)、与采样计算模块和监控模块的数据交换、少量的计算、控制的逻辑判断、开关量输出(简称开出)等功能。

监控模块主要负责人机界面的处理、外部通信等功能。这种结构，利用DSP计算速度快的优点，把交流数据采集和大量的计算这项繁重的任务交给DSP完成，而逻辑处理模块的MCU则集中精力完成逻辑判断任务，也避免了单CPU系统时采样与通信的冲突。将人机界面和外部通信功能由监控模块完成，逻辑处理模块MCU仅仅负责与其的数据交换，减轻了MCU的负担，同时人机界面和外部通信可以实现更为复杂和丰富的功能。这种结构下监控模块具有很高的独立性，便于采用统一的监控平台软件，具有良好的扩展性和灵活性。

采样计算模块包括采样单元、DSP处理单元和双口RAM单元。

采样单元由三部分组成：模拟量输入变换部分、模拟低通滤波部分、AD变换部分。模拟量交流电压信号经过PT变换为二次信号。交流通道具有二阶低通滤波和电压跟随电路。

DSP处理单元主要完成模拟量的采集和各种算法。

双口RAM的作用是将DSP计算和采样的数据送入MCU。

逻辑处理模块包括MCU单元、开入开出单元、通信单元和复位单元。

MCU采用具有很高的抗干扰能力及工作可靠性的芯片，内核采用CPU32且具有强大的外围子系统，如定时处理单元、对列串行模块、系统集成模块等。MCU外围配置有SRAM和ROM，用来存放数据和贮存程序。保存定值、系数、报告。

开入开出单元，开关量输入由开关量的辅助接点取得，经过光电隔离和驱动后，送入MCU。开入回路中设置RC一阶滤波器防止开入抖动，TVS防止浪涌。输出开关量信号经过锁存、光电隔离后，控制继电器。用继电器控制断路器、信号等。

通信单元完成逻辑处理模块与监控模块的数据交换。通信单元由高速链路控制器和编码器组成。

复位单元复位采样计算功能模块和逻辑处理模块，而且在复位期间闭锁所有开出。MCU内部产生复位信号／RST，复位源包括软件看门狗复位、双总线故障复位、时钟丢失复位和RESET指令等，其中软件看门狗可由系统保护控制寄存器设定，它能监视MCU的主程序死、中断服务程序死；另外，MCU通过DRAM监视DSP是否死机，如果死机则由MCU复位DSP。

复位单元具有电源监视、硬件看门狗定时和备用电源切换等功能，其中电源监视可以同时复位采样计算模块和逻辑处理模块。

监控模块提供人机接口并与外部进行通信，包括CPU单元、时钟单元、人机接口单元和通信单元。

CPU单元采用具有很高的抗干扰能力及工作可靠性的芯片，内核采用CPU32且具有强大的外围子接口能力等，具有串行通信控制器，串行管理控制器，串行外围接口。

时钟单元由实时时钟芯片构成。芯片电源由电池提供，装置掉电后时钟不会丢失。实时时钟芯片与单片机进行通讯，单片机接收GPS对时信号并与CPU通讯进行对时。

人机接口单元包括液晶显示器和薄膜键盘，并在面板上提供一个RS232维护口。

通信单元通过可编程逻辑完成外部的串行通讯。

低频减载装置首先需要获取电力系统的实时频率信息，来判断是否满足减载条件

输入电压信号为

其离散表达式为：

式中：为电压峰值，为非基波分量，f为当前频率，为初相角，为第k个测量周期的采样频率

式中：N是一个周期的采样点数

频率偏差

为第k个采样周期的相角

当前频率为

电力系统中负荷与频率的关系为

式中：

为额定频率

为系统频率为额定值时，系统的有功功率

为系统的频率为f时，系统的有功负荷

为与系统频率的0,1,2,…n次方成正比的负荷占额定负荷的百分比

以和为基准，则上式可表示为

且

对频率进行微分，并略去与高阶次频率对应的负荷的影响，可得

K即为负荷的频率调节效应系数

如图1所示，根据线路的负载量进行实行低频减载的具体方法如下：

步骤一，将测量得到的内部负荷组成情况与每级负荷量的大小实时的上传给调度中心；

步骤二，设定减载线路门槛值，以满足每一轮减载量为目标，根据在线测得的线路实际负荷大小有无达到门槛值来确定是否减载该线路。

L1,L2,…Lm,Lm+1,…Ln为其负载线路，Ln为重要负荷，L1,L2,…Lm,Lm+1,…Ln-1为一般负荷。各线路的负荷频率调节系数为：KL1，KL2，…KLm，KLm+1…KLn。

减载线路门槛值确定方法为：令PR=KMPe，Pe为某条线路Lm的额定负荷量，KM为线路容量门槛值系数。测得该线路实际负荷量为Pm，当Pm≧PR时，说明该线路的实际负荷量满足条件，可以参与减载；若Pm<PR，说明该线路实际负荷量不满足减载条件，切除该线路对系统的影响不大，跳过该线路，进入下一条线路的减载判定。对实际负荷量小于门槛值的线路不予切除，减少了切除线路的数量，增加了供电的可靠性。其取值范围可以根据系统可切负荷的总量等实际情况来设定。

步骤三，从调度中心传来或者事先制定的第x轮减载量为ΔP∑X，当测得频率值下降到第x轮启动值时，选择一定数量的线路在tXs内予以切除。切除线路为Lm，Lm+1，…，Ls，需满足条件如下：

式中，Pm,Pm+1,…,Ps为所切除负载线路的实际负荷值。PRi=KMPei，Pei为线路Lm,Lm+1,…,Ls的额定容量。即所切线路的实际负载量应满足减载线路容量门槛值，之和应等于该轮所要求的切负荷总量。切负荷时实时检测线路负荷是否满足门槛值，如果不满足，则迅速跳过该线路，计算下一线路，以满足低频减载快速性的要求。如果线路满足减载门槛值，迅速切掉该线路并计算当前所减载线路减载量之和，若没达到该轮减载量的要求，则继续减载，进入下一条线路的判断；若满足该轮减载量，该轮减载完毕。

步骤四，减载完毕后，将本轮实际切除线路的负荷量之和、减载后各级负荷的组成情况与大小上传给调度中心，以便调度中心进行下一轮减载量的分配。

本发明通过低频减载装置对频率进行测量，并根据负荷的变化与频率调整之间的关系，通过具体的线路操作来进行低频减载的实现，即根据负荷的大小、重要性等逐步判定负荷切除的效果，从而寻求最优低频减载的效果。

以上所述仅为本发明的优选并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种低频减载装置，其特征在于，低频减载装置由采样计算模块、逻辑处理模块和监控模块组成，采样计算模块负责交流数据采集和计算，并把数据通过双端口RAM传递给逻辑处理模块，逻辑处理模块主要负责开关量输入、与采样计算模块和监控模块的数据交换、计算、控制的逻辑判断、开关量输出，监控模块负责人机界面的处理、外部通信。

2.如权利要求1所述的低频减载装置，其特征在于，采样计算模块包括采样单元、DSP处理单元和双口RAM单元，逻辑处理模块包括MCU单元、开入开出单元、通信单元和复位单元，监控模块包括CPU单元、时钟单元、人机接口单元和通信单元。

3.如权利要求2所述的低频减载装置，其特征在于，采样单元由三部分组成：模拟量输入变换部分、模拟低通滤波部分、AD变换部分，模拟量交流电压信号经过PT变换为二次信号，交流通道具有二阶低通滤波和电压跟随电路，DSP处理单元完成模拟量的采集和计算，

双口RAM的将DSP计算和采样的数据送入MCU，MCU外围包括定时处理单元、对列串行模块、系统集成模块，并配置有SRAM和ROM，用来存放数据和贮存程序，保存定值、系数、报告，开入开出单元中开关量输入由开关量的辅助接点取得，经过光电隔离和驱动后，送入MCU，开入回路中设置RC一阶滤波器防止开入抖动，TVS防止浪涌，输出开关量信号经过锁存、光电隔离后，控制继电器，用继电器控制断路器、信号，通信单元完成逻辑处理模块与监控模块的数据交换，通信单元由高速链路控制器和编码器组成，复位单元复位采样计算功能模块和逻辑处理模块，在复位期间闭锁所有开出，复位单元具有电源监视、硬件看门狗定时和备用电源切换，电源监视能够同时复位采样计算模块和逻辑处理模块，

CPU单元具有串行通信控制器，串行管理控制器，串行外围接口，时钟单元由实时时钟芯片构成，实时时钟芯片与单片机进行通讯，单片机接收GPS对时信号并与CPU通讯进行对时，人机接口单元包括液晶显示器和薄膜键盘，并在面板上提供一个RS232维护口，通信单元通过可编程逻辑完成外部的串行通讯。

4.如权利要求3所述的低频减载装置，其特征在于，低频减载装置获取电力系统的实时频率信息，并判断是否满足减载条件

输入电压信号为

其离散表达式为：

式中：为电压峰值，为非基波分量，f为当前频率，为初相角，为第k个测量周期的采样频率

式中：N是一个周期的采样点数

频率偏差

为第k个采样周期的相角

当前频率为

。

5.如权利要求4所述的低频减载装置，其特征在于，电力系统中负荷与频率的关系为

式中：

为额定频率

为系统频率为额定值时，系统的有功功率

为系统的频率为f时，系统的有功负荷

为与系统频率的0,1,2,…n次方成正比的负荷占额定负荷的百分比

以和为基准，则上式可表示为

且

对频率进行微分，并略去与高阶次频率对应的负荷的影响，可得

K即为负荷的频率调节效应系数。

6.一种采用如权利要求5所述的低频减载装置的低频减载方法，其特征在于，

步骤一，将测量得到的内部负荷组成情况与每级负荷量的大小实时的上传给调度中心；

步骤二，设定减载线路门槛值，以满足每一轮减载量为目标，根据在线测得的线路实际负荷大小有无达到门槛值来确定是否减载该线路，L1,L2,…Lm,Lm+1,…Ln为其负载线路，Ln为重要负荷，L1,L2,…Lm,Lm+1,…Ln-1为一般负荷，各线路的负荷频率调节系数为：KL1，KL2，…KLm，KLm+1…KLn，减载线路门槛值确定方法为：令PR=KMPe，Pe为某条线路Lm的额定负荷量，KM为线路容量门槛值系数，测得该线路实际负荷量为Pm，当Pm≧PR时，说明该线路的实际负荷量满足条件，可以参与减载；若Pm<PR，说明该线路实际负荷量不满足减载条件，切除该线路对系统的影响不大，跳过该线路，进入下一条线路的减载判定，对实际负荷量小于门槛值的线路不予切除，减少了切除线路的数量，增加了供电的可靠性，其取值范围可以根据系统可切负荷的总量实际情况来设定；

步骤三，从调度中心传来或者事先制定的第x轮减载量为ΔP∑X，当测得频率值下降到第x轮启动值时，选择一定数量的线路在tXs内予以切除，切除线路为Lm，Lm+1，…，Ls，需满足条件如下：

式中，Pm,Pm+1,…,Ps为所切除负载线路的实际负荷值，PRi=KMPei，Pei为线路Lm,Lm+1,…,Ls的额定容量，即所切线路的实际负载量应满足减载线路容量门槛值，之和应等于该轮所要求的切负荷总量，切负荷时实时检测线路负荷是否满足门槛值，如果不满足，则迅速跳过该线路，计算下一线路，如果线路满足减载门槛值，迅速切掉该线路并计算当前所减载线路减载量之和，若没达到该轮减载量的要求，则继续减载，进入下一条线路的判断；若满足该轮减载量，该轮减载完毕；

步骤四，减载完毕后，将本轮实际切除线路的负荷量之和、减载后各级负荷的组成情况与大小上传给调度中心，以便调度中心进行下一轮减载量的分配。