CN109546666A - 一种基于折向器的电网频率自动控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于折向器的电网频率自动控制装置及方法，包括：箱体、按钮开关、电源模块和集成运算组件，箱体的一侧面设有开关安装口，开关安装口内镶嵌有按钮开关，箱体内固定设有集成运算组件和电源模块，集成运算组件包括：运算处理器，以及分别与运算处理器连接的开关量输入模块、模拟量输入模块和开关量输出模块；电源模块通过按钮开关连接于运算处理器；开关量输入模块用于采集开关量信息；模拟量输入模块用于采集模拟量信息；开关量输出模块用于接收运算处理器的输出指令，输出指令包括：打开折向器或者关闭折向器。本申请利用折向器参与区域电网频率控制，保证区域电网系统频率的运行稳定，提升电力系统的安全防御性。

Description

一种基于折向器的电网频率自动控制装置及方法

技术领域

本申请涉及电力系统安全技术领域，尤其涉及一种基于折向器的电网频率自动控制装置及方法。

背景技术

频率是反映电力系统有功功率供需平衡的重要指标，电网频率越过高限或低限都将给发电机组、电网系统和用电设备的安全带来严重的后果，因此有必要对电网频率进行有效控制。区域电网指省级调度中心调管的电力网，区域电网是当前主要的电网运行和供电方式，与区域电网并存的，还有区域小电网，区域小电网是指由省级以下地方调度中心调管的机网容量大于8％的片区电网和微电网，并入区域电网运行，形成一个大型交流同步电网。

对于区域电网来说，依靠安稳装置或者大型发电机组进行调整频率。一般在变电站中安装有安稳装置，包括低电压减载、低频减载、联切负荷装置、远切负荷装置、备用电源自投装置等。根据电力系统的电压、频率及负荷大小的变化，通过这些安稳装置切除部分负荷，保证大电网迅速回到正常运行状态。对于区域小电网来说，电网的网架结构较弱，区域小电网内部普遍存在低频振荡、高频切机和小水电机组无序脱网的问题，且区域小电网内缺少大型发电机组的频率支持。

由于区域小电网低频振荡、高频切机和小水电机组无序脱网次数的逐渐增多，不仅影响电力系统的安全运行，也进一步增加了电网频率的控制难度。因此，亟需设计一种能够有效调整区域小电网频率越限的装置。

发明内容

本申请提供了一种基于折向器的电网频率自动控制装置及方法，以解决现有技术中，区域小电网中无法有效调整频率越限的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例公开了一种基于折向器的电网频率自动控制装置，所述装置包括：箱体、按钮开关、电源模块和集成运算组件，其中：

所述箱体的一侧面设有开关安装口，所述开关安装口内镶嵌有所述按钮开关，所述箱体内固定设有所述集成运算组件和所述电源模块，所述集成运算组件包括：运算处理器，以及分别与所述运算处理器连接的开关量输入模块、模拟量输入模块和开关量输出模块；

所述电源模块通过所述按钮开关连接于所述运算处理器；

所述开关量输入模块用于采集开关量信息，所述开关量信息包括：机组出口断路器合位和机组发电态信号；

所述模拟量输入模块用于采集模拟量信息，所述模拟量信息包括：电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值；

所述开关量输出模块用于接收运算处理器的输出指令，所述输出指令包括：打开折向器或者关闭折向器。

可选地，在上述基于折向器的电网频率自动控制装置中，设有所述开关安装口的所述箱体侧面上还设有两个指示灯安装孔，两个所述指示灯安装孔内镶嵌有运行指示灯和故障指示灯，所述运行指示灯和所述故障指示灯均连接于所述运算处理器。

可选地，在上述基于折向器的电网频率自动控制装置中，设有所述开关安装口的所述箱体侧面上还设有条形开口，所述条形开口中镶嵌有接线端子排，所述开关量输入模块、所述模拟量输入模块和所述开关量输出模块均与所述接线端子排连接。

第二方面，本申请实施例公开了一种基于折向器的电网频率自动控制方法，上述任一电网频率自动控制装置，所述方法包括以下步骤：

开关量输入模块采集开关量信息，并将所述开关量信息转换传输至运算处理器，所述开关量信息包括：机组出口断路器合位和机组发电态信号；

模拟量输入模块采集模拟量信息，并将所述模拟量信息转换传输至所述运算处理器，所述模拟量信息包括：电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值；

根据所述开关量信息和所述模拟量信息，所述运算处理器进行逻辑运算，并判断电网频率是否越限；

若电网频率越限，则所述运算处理器输出关闭折向器指令；

根据所述关闭折向器指令，开关量输出模块控制折向器关闭。

可选地，在上述基于折向器的电网频率自动控制方法中，在所述开关量输出模块控制折向器关闭之后，所述方法还包括：

若电网频率恢复标准值，则所述运算处理器发送打开折向器指令；

根据所述打开折向器指令，开关量输出模块控制折向器打开。

可选地，在上述基于折向器的电网频率自动控制方法中，所述方法还包括：所述运算处理器内设有频率死区。

可选地，在上述基于折向器的电网频率自动控制方法中，所述方法还包括：所述频率死区范围设为49.8Hz—50.2Hz。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

本申请提供了一种基于折向器的电网频率自动控制装置及方法，该装置包括箱体、按钮开关、电源模块和集成运算组件，其中：所述箱体的一侧面设有开关安装口，所述开关安装口内镶嵌有所述按钮开关，所述箱体内固定设有所述集成运算组件和所述电源模块，所述集成运算组件包括：运算处理器，以及分别与所述运算处理器连接的开关量输入模块、模拟量输入模块和开关量输出模块；所述电源模块通过所述按钮开关连接于所述运算处理器；所述开关量输入模块用于采集开关量信息，所述开关量信息包括：机组出口断路器合位和机组发电态信号；所述模拟量输入模块用于采集模拟量信息，所述模拟量信息包括：电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值；所述开关量输出模块用于接收运算处理器的输出指令，所述输出指令包括：打开折向器或者关闭折向器。在使用本申请的电网频率自动控制装置时，先打开按钮开关，电源模块为整个装置供电。运算处理器启动后，开关量输入模块采集机组出口断路器合位和机组发电态信号，并将采集到的信息转换传输至运算处理器，模拟量输入模块采集电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值信号，并将信号传输至运算处理器。根据上述数据，运算处理器进行逻辑运算，并判断电网频率是否越限。若电网频率越限，则所述运算处理器输出关闭折向器指令，开关量输出模块根据所述关闭折向器指令，控制折向器关闭。当电网频率恢复标准值时，所述运算处理器发送打开折向器指令；开关量输出模块再根据所述打开折向器指令，控制折向器打开。本申请中的电网频率自动控制装置利用折向器参与区域电网频率控制，保证区域电网系统频率的运行稳定，提升电力系统的安全防御性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制装置的基本结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制装置的部分基本结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制装置的使用流程图；

图4为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制方法的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种基于折向器的电网频率自动控制方法的流程示意图；

附图标记说明：1、箱体；2、按钮开关；3、电源模块；4、运算处理器；5、开关量输入模块；6、模拟量输入模块；7、开关量输出模块；8、运行指示灯；9、故障指示灯；10、接线端子排。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

折向器是冲击式水轮发电机组的机械保护装置，其被广泛应用于冲击式水轮发电机组的甩负荷、高频切机等，能够在冲击式机组不脱网的条件下快速切除机组负荷。在电网系统频率上升至安稳动作值之前，本申请通过折向器参与电网频率的自动控制可以有效抑制区域电网频率的升高。

参见图1，为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制装置的基本结构示意图，图2为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制装置的部分基本结构示意图。结合图1和图2，该装置包括：箱体1、按钮开关2、电源模块3和集成运算组件。具体地，箱体1是由金属面板围成，且有一侧面设为旋转门，该侧面可以铰连接与箱体1，且扣合于箱体1，该侧面设有开关安装口，所述开关安装口内镶嵌有所述按钮开关2，所述箱体1内固定设有所述集成运算组件和所述电源模块3，所述集成运算组件包括：运算处理器4，以及分别与所述运算处理器4连接的开关量输入模块5、模拟量输入模块6和开关量输出模块7。所述电源模块3通过所述按钮开关2连接于所述运算处理器4。所述开关量输入模块5用于采集开关量信息，所述开关量信息包括：机组出口断路器合位和机组发电态信号，所述模拟量输入模块6用于采集模拟量信息，所述模拟量信息包括：电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值，所述开关量输出模块7用于接收运算处理器4的输出指令，所述输出指令包括：打开折向器或者关闭折向器。

在使用本申请的电网频率自动控制装置时，先打开按钮开关2，电源模块3为整个装置供电。运算处理器4启动后，开关量输入模块5采集机组出口断路器合位和机组发电态信号，并将采集到的信息转换传输至运算处理器4，模拟量输入模块6采集电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值信号，并将信号传输至运算处理器4。根据上述数据，运算处理器4进行逻辑运算，并判断电网频率是否越限。若电网频率越限，则所述运算处理器4输出关闭折向器指令，开关量输出模块7根据所述关闭折向器指令，控制折向器关闭。当电网频率恢复标准值时，所述运算处理器4发送打开折向器指令；开关量输出模块7再根据所述打开折向器指令，控制折向器打开。本申请中的电网频率自动控制装置为区域小电网提供一套实用、有效、可靠的频率控制装置，实现大规模冲击式水轮发电机组中折向器参与电网频率控制，保证区域电网系统频率的运行稳定，提升电力系统的安全防御性。本申请具有分体式结构、人性化设计、使用简单和频率自动控制等显著优点。并且有效减少大规模小水电机组无序脱网的次数，防止区域电网频率控制不当或控制方法不足进而发生的孤网运行和电网解列的事故。

为了进一步优化上述技术方案，本申请中设有所述开关安装口的所述箱体1侧面上还设有两个指示灯安装孔，两个所述指示灯安装孔内镶嵌有运行指示灯8和故障指示灯9，所述运行指示灯8和所述故障指示灯9均连接于所述运算处理器4。

图3为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制装置的使用流程图。由图3所示，本装置的使用过程为：打开按钮开关2，电源模块3为整个装置供电，运算处理器4启动。判断运算处理器4启动是否正常，若不正常，则故障指示灯9亮，由检修人员进行检修；若运算处理器4正常启动，则电网频率自动控制装置投入运行，且运行指示灯8亮。本申请装置投入运行后，通过开关量输入模块5和模拟量输入模块6采集外部信号，采集的外部信号包括：机组出口断路器合位、机组发电态信号、电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值。根据上述采集到的外部信号，运算处理器4进行逻辑运算，并且判断电网频率时候越高频限值，当电网频率没有超过高频限值时，运算处理器不发出任何指令，从而折向器保持原状态；当电网频率超过高频限值时，运算处理器4输出关闭折向器的指令，从而开关量输出模块7将折向器关到位，减小了电网系统有功，降低了电网频率。减小后的电网系统的有功实测值和频率实测值实时反馈给运算处理器4，当运算处理器4判断到电网频率恢复标准值后，运算处理器4发送打开折向器指令，开关量输出模块7再控制折向器开到位。本装置具有分体式结构，操作简单，实现了区域小电网频率自动控制。

本发明实施例所提供的基于折向器的电网频率自动控制装置中，设有所述开关安装口的所述箱体1侧面上还设有条形开口，所述条形开口中镶嵌有接线端子排10，所述开关量输入模块5、所述模拟量输入模块6和所述开关量输出模块7均与所述接线端子排10连接。通过接线端子排10，开关量输入模块5、所述模拟量输入模块6和所述开关量输出模块7均可通过电缆或者光纤等连接于发电机组、机组出口断路器及折向器等电网系统中的设备。当然，也可通过无线设备进行数据的传输和设备的控制等。

与上述装置相对应的，本发明实施例还提供了一种基于折向器的电网频率自动控制方法，参见图4，为本发明实施例提供的一种基于折向器的电网频率自动控制方法的流程示意图。结合图4，该方法包括以下步骤：

步骤S101：开关量输入模块采集开关量信息，并将所述开关量信息转换传输至运算处理器，所述开关量信息包括：机组出口断路器合位和机组发电态信号；

步骤S102：模拟量输入模块采集模拟量信息，并将所述模拟量信息转换传输至所述运算处理器，所述模拟量信息包括：电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值；

步骤S103：根据所述开关量信息和所述模拟量信息，所述运算处理器进行逻辑运算，并判断电网频率是否越限；

步骤S104：若电网频率越限，则所述运算处理器输出关闭折向器指令；

步骤S105：根据所述关闭折向器指令，开关量输出模块控制折向器关闭。

进一步，参见图5，本发明实施例提供的另一种基于折向器的电网频率自动控制方法的流程示意图。在所述开关量输出模块控制折向器关闭之后，该方法还包括：

步骤S201：步骤若电网频率恢复标准值，则所述运算处理器发送打开折向器指令；

步骤S202：根据所述打开折向器指令，开关量输出模块控制折向器打开。

为了进一步优化上述技术方案，本申请汇总所述运算处理器内设有频率死区。为避免折向器频繁动作引起电网系统功率振荡，本申请在在频率控制上下限的基础上增加死区，在频率死区范围内折向器保持当前的运行方式。国家相关标准规定我国电力系统正常的频率标准为50Hz±0.2Hz，故本申请将所述频率死区范围设为49.8Hz—50.2Hz。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种基于折向器的电网频率自动控制装置，其特征在于，所述装置包括：箱体(1)、按钮开关(2)、电源模块(3)和集成运算组件，其中：

所述箱体(1)的一侧面设有开关安装口，所述开关安装口内镶嵌有所述按钮开关(2)，所述箱体(1)内固定设有所述集成运算组件和所述电源模块(3)，所述集成运算组件包括：运算处理器(4)，以及分别与所述运算处理器(4)连接的开关量输入模块(5)、模拟量输入模块(6)和开关量输出模块(7)；

所述电源模块(3)通过所述按钮开关(2)连接于所述运算处理器(4)；

所述开关量输入模块(5)用于采集开关量信息，所述开关量信息包括：机组出口断路器合位和机组发电态信号；

所述模拟量输入模块(6)用于采集模拟量信息，所述模拟量信息包括：电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值；

所述开关量输出模块(7)用于接收运算处理器(4)的输出指令，所述输出指令包括：打开折向器或者关闭折向器。

2.根据权利要求1所述的基于折向器的电网频率自动控制装置，其特征在于，设有所述开关安装口的所述箱体(1)侧面上还设有两个指示灯安装孔，两个所述指示灯安装孔内镶嵌有运行指示灯(8)和故障指示灯(9)，所述运行指示灯(8)和所述故障指示灯(9)均连接于所述运算处理器(4)。

3.根据权利要求1所述的基于折向器的电网频率自动控制装置，其特征在于，设有所述开关安装口的所述箱体(1)侧面上还设有条形开口，所述条形开口中镶嵌有接线端子排(10)，所述开关量输入模块(5)、所述模拟量输入模块(6)和所述开关量输出模块(7)均与所述接线端子排(10)连接。

4.一种基于折向器的电网频率自动控制方法，其特征在于，利用权利要求1至3任一所述的电网频率自动控制装置，所述方法包括以下步骤：

开关量输入模块采集开关量信息，并将所述开关量信息转换传输至运算处理器，所述开关量信息包括：机组出口断路器合位和机组发电态信号；

模拟量输入模块采集模拟量信息，并将所述模拟量信息转换传输至所述运算处理器，所述模拟量信息包括：电网频率实测值、机组频率实测值和机组功率实测值；

根据所述开关量信息和所述模拟量信息，所述运算处理器进行逻辑运算，并判断电网频率是否越限；

若电网频率越限，则所述运算处理器输出关闭折向器指令；

根据所述关闭折向器指令，开关量输出模块控制折向器关闭。

5.根据权利要求4所述的基于折向器的电网频率自动控制方法，其特征在于，在所述开关量输出模块控制折向器关闭之后，所述方法还包括：

若电网频率恢复标准值，则所述运算处理器发送打开折向器指令；

根据所述打开折向器指令，开关量输出模块控制折向器打开。

6.根据权利要求4所述的基于折向器的电网频率自动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述运算处理器内设有频率死区。

7.根据权利要求6所述的基于折向器的电网频率自动控制方法，其特征在于，所述方法还包括：所述频率死区范围设为49.8Hz—50.2Hz。