CN1108547C - 微机电压无功综合控制装置 - Google Patents

Abstract

一种微机电压无功综合控制装置，属电力系统自动控制领域。该装置由模拟量输入电路，输入电路，输出电路、人机接口电路，主机模块和打印机六部分组成，模拟量输入电路包括电压形成电路和模数转换电路，输入电路包括输入继电器隔离电路和开关量输入电路两部分，输出电路包括开关量输出电路和出口继电器电路两部分，人机接口包括：键盘控制，CRT显示及打印输出。本装置可用于220KV及以上电压等级的变电站，可调控1-3台主变和1-12组电容器。

Description

微机电压无功综合控制装置

本发明涉及变电站的电压及无功功率的控制，属电力系统自动控制领域。

目前变电站的自动调压设备有两类，一类是晶体管型，其缺点是工作不稳定，可靠性不高；控制规律比较固定，不能进行优化控制，常造成调功率因素与调电压的矛盾，以致造成频繁调节，影响变压器分接开关和电容器开关的寿命和安全，因此较少应用。另一类是微机型自动调压装置，这类装置由微机控制，克服了晶体管型的缺点。但目前的微机型自动调压装置对电流、电压、功率的测量多采用直流采样，需要有变送器，现场调试时必须对变送器的精度进行校验，增加调试工作量，其次是只有当地的控制功能，缺乏串行通讯功能，不能与上级调度主站通讯，更不能接受统一的调度命令，其三是没有监视由于投入电容后引起的谐波放大和对谐波的控制功能，其四目前微机自动调控装置多数只能控制二台主变压器，目前我国变电站不少已扩建成三台变压器，所以现有的微机自动调控装置已不能满足电力工业发展的需要。

本发明的目的是提供一种可用于220KV及以上电压等级的变电站，可调控1-3台主变压器的分接头位置和1～12组无功补偿电容器，具有谐波监视和控制功能及有串行通讯，能实现大区调度关联控制，并有打印记录功能的微机自动电压无功调控装置。

本发明微机电压无功综合控制装置由模拟量输入电路，输入电路、输出电路、人机接口电路、主机模块和打印机六部分组成。模拟量输入电路又由电压形成电路和模数转换电路组成；输入电路由输入继电器隔离电路和开关量输入电路组成；输出电路由出口继电器电路和开关量输出电路组成。

说明附图如下：

图1为本发明微机电压无功综合控制装置原理框图。

图2为电压形成电路原理图。

图3为模数转换电路原理图。

图4为输入继电器隔离电路图。

图5为开关量输入电路原理图。

图6为46路开关量输出电路原理图。

图7为出口继电器电路原理图。

图8为人机接口电路图。

图9为主程序框图。

图10为通讯程序框图。

结合附图说明实施例如下：

本发明微机电压无功综合控制装置(见图1)由模拟量输入电路I，输入电路II、输出电路III、人机接口电路IV、主机模块V和打印机VI六部分组成。

模拟量输入电路：

模拟量输入电路I包括电压形成电路(图2)和模数转换电路(图3)。模拟量输入电路是把三台变电器的电压、电流等有关信号采样后，送给主机模块进行分析、计算以判断运行状况是否正常。每台变压器要采入的模拟量有6个，分别为高压侧V_AB、V_BC、I_A、I_C和中压侧V_AC、低压侧V_AC(见图2)，这些量均是强电信号，分别取自变电站相应的电压互感器PT和电流互感器CT，然后经过电压形成回路变成弱电压信号，其幅值为-10伏～+10伏的交流信号，再输入至模数转换电路。

电压形成电路包括变压器电压的电压形成电路及电流的电压形成电路(图2)。变压器电压的电压形成电路VII由电压变换器小PT、稳压管DW、电阻R、电容C组成。要采入的电压经本电路的电压变换器降压后，经电阻电容RC滤波，滤去高频分量，送给模数转换电路。两个稳压管DW的作用是限幅以保护模数转换电路的安全。

电流的电压形成电路VIII由电流变换器小CT、稳压器DW、标准电阻R_U、电阻R、电容C所组成。要采入的电流经过本电路的电流变换器，变为小电流，经过R_U变成电压信号，再经电阻电容RC滤波，滤去高频分量，送至模数转换电路。两个稳压管DW的作用是限幅以保护模数转换电路。

模数转换电路(图3)为双24路模数转换，该电路主要由4片16路的多路模拟开关AD7506和2片采样保持器AD583、2片12位的模/数转换器AD574以及5片八同相三态收发器74LS245和2片锁存器74LS273与比较器74LS688、译码器74LS139和通用可编程逻辑阵列GAL 16V8等芯片组成，构成两个独立的24路的模/数转换通道，其中单24路的原理结构框图如图3。

模数转换电路简单的工作原理如下：

由电压形成电路来的模拟量，分别由多路模拟开关AD7506选通后，经采样保持器AD583保持后输入给模/数转换器AD574进行模/数转换，转换后的12位数字量的高4位由第2片八同相三态收发器74LS245经过第1片八同相三态收发器74LS245读入至微处理器，而低8位由第3片八同相三态收发器经过第1片八同相三态收发器74LS245读入至微处理器。多路开关的通道选通由锁存器74LS273控制。模/数转换器AD574的片选由比较器74LS688和通用可编程逻辑阵列GAL 16V8译码决定。而模/数转换后高4位与低8位八同相三态收发器74LS245的端口地址和模/数转换器AD574的转换控制信号R/C由译码器74LS139决定。该电路设计成双24路的原因是因为对P、Q的计算必须保证相应的U、i采样的同时性。

输入电路：

输入电路包括输入继电器隔离电路和开关量输入电路两部分。本发明可控制三台变压器和12组电容器，需引入三类开关量：(A)分头位置、(B)电容器开关位置、(C)与三台变压器运行方式有关的开关和刀闸的位置。这三类开关量均处于强电磁环境，为保证装置能安全、可靠运行，在这些开关量引到开关量输入电路之前，先使其经过输入继电器隔离电路隔离(图4)。

输入继电器隔离电路由继电器和分压电阻R组成。

其工作原理如下：

当变电站现场来的开关触点Ki闭合时，则相关的继电器线圈通电，继电器动作，继电器的常开触点iJ闭合，则由开关量输入电路读入相应的信号为高电平，便可知道此开关状态为合上，反之，便为打开状态。继电器采用直流48伏的小型继电器。

现场的开关量经过继电器隔离电路后，送入48路开关量输入电路(图5)。

开关量输入电路由光电耦合器TL521-4，限流电阻R1及八同相三态收发器74LS245和通用可编程逻辑阵列GAL 16V8和比较器74LS688等芯片组成。由比较器74LS688和通用可编程逻辑阵列GAL 16V8决定各片八同相三态收发器74LS245的端口地址。

其工作原理如下(以K₁开关为例)：

a.当开关K₁打开时，相对应的光电耦合器TLP521-4不导通，则微处理器由第2片八同相三态收发器74LS245经第1片八同相三态收发器74LS245读入的D₀位为低电平。

b.当开关K₁合下时，使相对应的光电耦合器TLP521-4导通，则微处理器从第2片八同相三态收发器74LS245经第1片八同相三态收发器74LS245读入的D₀为高电平。故可以根据微处理器从开入板读入的各位的电平高低，判断开关是否合上。

输出电路：

输出电路III包括开关量输出电路和出口继电器电路两部分，输出信号包括对三台变压器分接头升、降和12组电容器开关投、切的控制，以及受控系统异常报警信号。这些输出信号均由46路开关量输出电路输出，然后再经过出口继电器电路去转换为驱动跳、合闸继电器的出口信号。

46路开关量输出电路(图6)由八同相三态收发器74LS245和锁存器74LS273、六反相缓冲器74LS06、光电耦合器TLP521-4和三极管D667以及比较器74LS688、通用可编程逻辑阵列GAL 16V8等组成。

其工作原理如下：

由比较器74LS688和通用可编程逻辑阵列GAL 16V8决定本电路板的地址和各端口的地址。

如果要输出某路命令或信号时，则微处理器将该路相应的位输出为高电平，则经锁存器74LS273锁存后，经六反相缓冲器74LS06反相为低电平，使相应的光电耦合器TLP521-4导通，经三极管D667放大后，输出可驱动继电器的命令。

输出继电器电路(图7)中，继电器采用直流24V的继电器。如果有命令输出时，由开关量输出电路发出命令，使三极管D667导通(图6)，输出24伏驱动信号，使输出继电器nJ动作(图7)，其触点闭合，需升、降分头或投、切电容等命令便可输出。

人机接口电路：

人机接口包括：键盘、阴极射线管显示器CRT及打印机。其中阴极射线管CRT显示器为一体化工作站上配有的7英寸显示器；打印机采用80列打印机、小键盘的控制是由人机接口电路实现的，同时人机接口电路还提供了扩展电擦除的可编程只读存储器28C17，用于实现定值的修改。

人机接口电路(图8)主要由键盘/显示接口芯片Intel 8279、电擦除的可编程只读存储器采用28C17芯片、锁存器74LS273、八同相三态收发器74LS245、比较器74LS688、光电耦合器TLP521-4、通用可编程逻辑阵列GAL 16V8、六反相施密特触发器74LS14及4位二进制计数器74LS93组成。其结构与功能，可以分成两部分：

键盘管理：键盘阵列经过光电耦合器TLP521-4隔离后与可编程键盘/显示器接口芯片Intel 8279的扫描线SL_0-2和回复线RL_0-7相连。由于微型计算机主机模块主频过高，经过4位二进制计数器74LS93四分频后再与可编程键盘/显示器接口芯片Intel 8279的时钟相连。当有键按下时，可编程的键盘/显示器接口芯片Intel 8279发出的中断请求IRQ信号送至微处理器总线的中断请求线IRQ9，触发中断，由中断服务程序进行相应处理。六反相施密特触发器74LS14提供锁存器74LS273的复位信号。

电擦除可编程只读存储器28C17的读写：由两片锁存器74LS273锁存电擦除的可编程只读存储器28C17的地址，由八同相三态收发器74LS245提供写入或读出的数据。由比较器74LS688和通用可编程逻辑阵列GAL 16V8提供28C17的读、写和片选信号。

主机模块：

采用工业控制机IPC486主机板，主要技术性能如下：

·CPU   486DX2-66

·RAM   4MB

·EPROM 27C040(共512KB)，全部程序固化在EPROM中，

·RS 232串口 2个

·并口  1个

打印机：

配有80列打印机，有六种打印功能。

①召唤打印，可打印三台变压器的实时参数及分头位置、电容器状态和电压合格率等。

②电压不合格自动打印。

③电压恢复正常自动打印。

④谐波越限打印

⑤午夜统计打印

⑥月统计打印

系统的软件结构：

本装置除上述硬件外，还有软件配合运行，软件按功能可分为三大部分：主程序、管理程序和通讯程序。

(1)主程序(图9)：

主程序的功能归纳如下：

1.进行必要的初始化，以使各模块正常工作；

2.对交流电压，电流定时进行采样和数据处理，对某些必要的量进行谐波分析，正常值采样用每周波16点，谐波分析采样，用每周波64点；

3.自动判断变电站的运行方式；

4.进行逻辑判断，确定应采取的调控措施；

5.发出控制命令并对命令执行情况进行反馈；

6.检测异常情况并输出报警信号；

7.电压合格率的计算；

8.打印；

9.管理

(2)管理程序：

管理程序的任务是管理本装置的键盘，处理由键盘下达的命令，以完成人机交互功能。管理程序是通过键盘中断实现的。

(3)通讯程序(图10)：

通讯程序的任务是完成与调度之间的串行通讯，将调控结果送至调度，并接受调度下达的命令。

本发明微机电压无功综合控制系统的工作过程根据图1的系统原理结构，当主机模块的微型计算机通过电压形成电路和模数转换电路，采集主变高、中、低压侧的电压及高压侧电流，然后计算出主变高压侧P、Q。再由输入继电器隔离电路和开关量输入电路，输入分头位置和电容器状态以及与运行方式有关的开关和刀闸位置。然后根据计算出来的U、Q和所判断出来的运行方式以及分头位置和电容器开关状态及其投、切历史，进行综合决策，选择最优的调控决策并通过开关量输出电路和出口继电器去完成调控任务。

谐波监视和控制功能的实现：

本装置采用交流采样，对电容器安装处的母线电压进行每周波64点采样，对采样结果利用富氏算法，计算出2，3，5，7，9次谐波，并对各次谐波进行越限比较，如果发现某次谐波越限，则发出报警信号，如果在投入某组电容器后，引起某次谐波放大造成越限则立即将该组电容切除，保证电容器的安全和系统的安全，这是本系统在完成电压无功控制过程中对电力系统安全运行的又一贡献。

远方通讯功能：

本装置对电压和无功的控制除了本身能自动执行优化控制功能外，还具有串行通讯的硬件接口和通讯软件，可以将所检测、计算和调控的结果送上级调度，也可接受由调度下达的调控命令。

电压合格率的计算：

当微计算机检测到受控母线电压(对于220KV的变电站，取110KV侧电压为受控电压)，连续2分钟超过规定的标准范围，则开始统计电压不合格的时间，并自动启动打印机打印不合格发生的初始时刻和此时的运行工况。等到电压恢复合格时，又自动打印电压恢复合格的时间和运行工况。

电压不合格的时间，以分钟为统计单位，一天的电压合格率的计算公式如下：

电压合格率(％)＝100％-(tnon(分)/T(分))*100％

tnon：当天电压不合格的累计时间(以分钟为单位)。

T：一天运行的总分钟数。

为了解决高峰期电压偏低，低谷期电压偏高的现象，采取了下面的措施：把一天划为三个高峰和三个低谷，起止时间由用户设定，在高峰期采取较高的定值UH，在低谷期取较低的定值UL。这样就在一定程度上满足了逆调压的要求。

Claims (1)

1、一种微机电压无功综合控制装置，其特征是由模拟量输入电路，输入电路，输出电路，人机接口电路，主机模块和打印机六部分组成，模拟量输入电路包括电压形成电路和模数转换电路，电压形成电路包括变压器电压的电压形成电路及电流的电压形成电路，变压器电压的电压形成电路由电压变换器(小PT)、稳压管(DW)、电阻(R)、电容(C)组成，要采入的电压经本电路的电压变换器(小PT)降压后，经阻容(RC)滤波，滤去高频分量，送给模数转换电路，电流的电压形成电路由电流变换器(小CT)、稳压管(DW)、电阻(Ru、R)、电容(C)所组成，要采入的电流经过本电路的电流变换器(小CT)，变为小电流，经过电阻(Ru)变为电压信号，再经阻容滤波，滤去高频分量，送至模数转换电路，模数转换电路为双24路模数转换，该电路由4片16路的多路模拟开关(AD7506)和2片采样保持器(AD583)、2片12位的模/数转换器(AD574)以及5片八同相三态收发器(74LS245)和2片锁存器(74LS273)与比较器(74LS688)、译码器(74LS139)和通用可编程逻辑阵列(GAL 16V8)等芯片组成，由电压形成电路来的模拟量，分别由多路模拟开关(AD7506)选通后，经采样保持器(AD583)保持后输入给模/数转换器(AD574)进行模/数转换，转换后的12位数字量的高4位由第2片八同相三态收发器(74LS245)，经过第1片八同相三态收发器(74LS245)，读入至微处理器，而低8位由第3片八同相三态收发器(74LS245)，经过第1片八同相三态收发器(74LS245)读入微处理器，多路开关的通道选通由锁存器(74LS273)控制，模/数转换芯片(AD574)的片选由比较器(74LS688)和通用可编程逻辑阵列(GAL 16V8)决定，而模/数转换后高4位与低8位的八同相三态收发器(74LS245)的端口地址和模/数转换器(AD574)的转换控制信号(R/C)由译码器(74LS139)决定，输入电路包括输入继电器隔离电路和开关量输入电路两部分，输入继电器隔离电路由继电器和分压电阻组成，开关量输入电路由光电耦合器(TLP521-4)、限流电阻(R1)、八同相三态收发器(74LS245)、通用可编程逻辑阵列(GAL 16V8)和比较器(74LS688)等芯片组成，输出电路包括开关量输出电路和出口继电器电路两部分，开关量输出电路由八同相三态收发器(74LS245)和锁存器(74LS273)、六反相缓冲器(74LS06)、光电耦合器(TLP521-4)和三极管(D667)以及比较器(74LS688)、通用可编程逻辑阵列(GAL 16V8)等组成，如果要输出某路命令或信号时，则微处理器将该路相应的位输出为高电平，则经锁存器(74LS273)锁存后，经六反相缓冲器(74LS06)反相为低电平，使光电耦合器(TLP521-4)导通，经三极管(D667)放大后，输出可驱动继电器的命令，输出继电器电路中，继电器采用直流24V的继电器，如果有命令输出时，由开关量输出电路发出命令，使三极管(D667)导通，输出24伏，使输出继电器(nJ)导通，其触点闭合，需升、降分头或投、切电容等命令便输出，人机接口包括：键盘、阴极射线管显示器(CRT)及打印机，其中阴极射线管显示器(CRT)为一体化工作站上配有的7英寸的显示器；打印机采用80列打印机，人机接口电路由可编程的键盘/显示器接口芯片(Intel 8279)、电擦除的可编程只读存储器(28C17)、锁存器(74LS273)、八同相三态收发器(74LS245)、比较器(74LS688)、光电耦合器(TLP521-4)、通用可编程逻辑阵列(GAL 16V8)和六反相施密特触发器(74LS14)及4位二进制计数器(74LS93)组成，键盘阵列经过光电耦合器(TLP521-4)与可编程的键盘/显示器接口芯片(Intel 8279)的扫描线SL_0-2和回复线RL_0-7相连，由于微型计算机主机模块的主频过高，经过4位二进制计数器(74LS93)四分频后再与可编程键盘/显示器接口芯片(Intel 8279)的时钟相连，当有键按下时，可编程键盘/显示器接口芯片(Intel 8279)发出的中断请求(IRQ)信号送至微处理器总线的中断请求线(IRQ9)触发中断，由中断服务程序进行相应处理，六反相施密特触发器(74LS14)提供锁存器(74LS273)的复位信号，电擦除的可编程只读存储器(28C17)的读、写操作由两片锁存器(74LS273)锁存其地址，由八同相三态收发器(74LS245)提供写入或读出的数据，由比较器(74LS688)和可编程逻辑阵列(GAL 16V8)提供电擦除的可编程只读存储器(28C17)的读、写和片选信号，主机模块采用工业控制机主机板。

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