CN201322778Y

CN201322778Y - 电力系统负荷特性测辩装置

Info

Publication number: CN201322778Y
Application number: CNU2008202175231U
Authority: CN
Inventors: 王红印; 付红军; 唐智育; 何南强; 陈涛; 胡扬宇; 鞠平; 李训铭; 吴峰; 韩敬东; 秦川; 金宇清
Original assignee: Henan Electric Power Dispatching & Communication Center; Hohai University HHU
Current assignee: Henan Electric Power Dispatching & Communication Center; Hohai University HHU
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2018-12-02

Abstract

本实用新型涉及的是一种电力系统负荷特性测辩装置。本装置由前置数据处理箱，自带CPU和共享存储器的数据采集卡和工业控制机等组成。其中前置数据处理箱的输出端与数据采集卡的输入端相接，数据采集卡中的状态命令信箱第一输出/输入端与工业控制机的第一输入/输出端相接，数据采集卡中的RAM双端口的第一输出/输入端与工业控制机的第二输入/输出端相接。主要完成对负荷母线电压的监视，以及动态情况下的负荷母线电压、负荷节点注入电流波形的记录，并进行电量计算，将电压电流的瞬时值转换为负荷所吸收的有功和无功功率。同时响应设置在调度通信中心的主机的召唤，将测辩的数据上传，以及接受指令，改变数据采集参数的设置等。

Description

电力系统负荷特性测辩装置

技术领域

本实用新型涉及的是一种电力系统负荷特性测辩装置，属于电气工程技术领域。

背景技术

电力系统在选择运行方式时，通过稳定计算来确定输电线路的安全输送功率极限，以此保证系统的安全稳定运行。电力负荷是电力系统的重要组成部分，在计算中人们发现负荷特性(如电科院综合程序中电动机所占百分比数)对暂态稳定动态计算以及功率极限的影响很大，可达25％左右。而当人们试图从实际运行经验中得到这个百分比时，又遇到很大困难。不恰当的负荷特性会使得计算结果与实际情况不一致，或偏乐观，或偏保守。对于典型的发电-受电系统，负荷特性的影响是明确的，也可以判断传统的电力负荷模型所带来的究竟是偏保守还是偏乐观。所以，以往人们经常采用某种所谓“保守型”负荷特性来进行计算。但是，对于现代大型电力系统，有时很难明确区分发电-受电地点，而且不同地点负荷特性的影响往往互相关联。由于事先很难判断某种负荷特性的结果在全局上是偏保守还是偏乐观，所以有必要对某些重要负荷点分别确定其特性。因此，负荷特性已成为目前运行方式选择计算中的主要问题，必须立足本地区系统和负荷实际情况，长期开展负荷特性实测工作，建立各主要负荷点负荷特性的数据库。根据实际负荷特性进行计算，可以避免潜在危险或造成不必要的浪费，提高系统的安全性和经济性。

此外，调度员的模拟培训系统，其中的暂态和中、长期动态仿真都与负荷特性模型有密切联系。负荷特性模型是否正确，将会直接影响到培训的效果。至于电力系统的规划计算，在临界情况下，采用不同的负荷特性模型，其计算结果可能相差一条输电线路的投资。

发明内容

本实用新型的目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，提出一种电力系统负荷特性测辩装置。

本实用新型的技术解决方案：其特征是包括前置数据处理箱，数据采集卡和工业控制机，其中前置数据处理箱的输出端与数据采集卡的输入端相接，数据采集卡中的状态命令信箱第一输出/输入端与工业控制机的第一输入/输出端相接，数据采集卡中的RAM双端口的第一输出/输入端与工业控制机的第二输入/输出端相接。

本实用新型的优点：完成对负荷母线电压的监视，以及动态情况下的负荷母线电压、负荷节点注入电流波形的记录，并进行电量计算，将电压电流的瞬时值转换为负荷所吸收的有功和无功功率。同时响应设置在调度通信中心的主机的召唤，将测辩的数据上传，以及接受指令，改变数据采集参数的设置等。

附图说明

附图1是数据采集卡硬件框图。

附图2是FIFO共享RAM与IDT7205。其中图2(a)是CMOS型FIFO双端口RAM——IDT7205，图2(b)是IDT7205引脚。

附图3是状态命令信箱。附图4是采集卡程序流程图。

附图5是工控机采集数据流程图。

具体实施方式

对照附图1，其结构是是包括前置数据处理箱，数据采集卡和工业控制机，其中前置数据处理箱的输出端与数据采集卡的输入端相接，数据采集卡中的状态命令信箱第一输出/输入端与工业控制机的第一输入/输出端相接，数据采集卡中的RAM双端口的第一输出/输入端与工业控制机的第二输入/输出端相接。

所述的前置数据处理箱包括电流、电压的二次转换器，该电流、电压的二次转换器为电流互感器和电压互感器。

所述的数据采集卡包括多路采样保持器、多路开关、A/D转换器、状态命令信箱、89C55CPU、RAM双端口，其中多路采样保持器的信号输出端与多路开关的信号输入端相接，多路开关的信号输出入端与A/D转换器的信号输入端相接，A/D转换器的信号输出端与89C55CPU的信号输入端相接，89C55CPU的第一信号输入/输出端与状态命令信箱第二输出/输入端相接，89C55CPU的第二信号输入/输出端与RAM双端口的第二输出/输入端相接，状态命令信箱第三输出/输入端与RAM双端口的第三输出/输入端相接。

前置数据处理箱中，电流、电压的二次转换由电流互感器和电压互感器实现。前置数据处理模块主要完成将被测母线上的电压、电流经一次PT，CT后的标准100V电压和5A(1A)电流作进一步的转换，变成计算机能处理的±5V小电压信号，并提供适当的过压过流限位保护。

数据采集卡是一个以89C55为CPU的单片机最小系统。数据采集的定时、处理以及与主机命令的接收、采集卡状态的回送均由89C55调度完成。其主要结构如图1所示。

该数据采集卡是动态测辨装置的主要组成部分，需要对被测母线的三相电流、电压同瞬时采样。采集卡在设计时与通用的数据采集装置不同，其电流、电压信号经小电流、电压传感器转换为-5V-5V电压信号并经前置处理后，先进入多路采样保持器，由89C55在采样时刻将多路信号在同一瞬时“冻结”——保持在各路采样保持器中。多路采样保持器中各路电压信号，接入其后的多路开关，也由89C55调度轮番送A/D转换，实现“同步保持，分时采样”，即采样在同一采样时刻，在采样周期内实施各路分别的A/D转换。

采集卡的A/D转换芯片选用了性能价格比较高的AD1674，并对AD1674的驱动电路作了改进，采用了带有两级反向器和延时环节的控制电路，以保证精度、采样速率。为了实现工控系统机对数据采集卡传送有关采样路数、采样周期的命令和及时了解采集卡的运行状态，采集卡设置了与系统主机交换命令状态信息的命令状态信箱。系统主机通过特定的I/O口向采集卡传送各种命令和获取采集卡的运行状态。

要高速采集实时信号，又要大容量地保存所采集的数据，还要尽量少地占用工业控制机CPU时间。一个数字采集系统的转换频率可以用下式计算：

Fs＝1/(Tconv+Ts+Taid)

式中，Tconv是A/D芯片的转换时间，Ts是采集时间，Taid是数据传输及相关操作的时间。由上式可知：提高Fs的途径，是减少式中三个时间常数。要达到高速，除了要求A/D转换芯片及采样/保持器采样速度快，还要求每次转换完数据输入内存、或存入磁盘、或分析处理的速度快。通常PC机或工控机在内存数据写盘过程中，CPU不能同时执行数据采集程序，从而导致了部分数据丢失；在进行各种优化运算的过程中，若不停地加入采样控制命令，既使运算的效率大大降低，又使采样的等间隔不能可靠保证。要完成实时、高速、连续的大容量数据采集工作，就必须保证在对数据处理、存盘或向上发送的同时能连续不断地等间隔采集数据，降低相关数据操作辅助时间Taid。本装置的数据采集卡采用了工控机为主机，以采集卡的89C55为子机的并行工作系统。主机与子机共享数据存储器，做到实时采集、实时处理与存储。主机在运算分析或传送数据的同时，数据采集仍在进行。对于采集系统来说，Taid仅是从A/D转换寄存器读数并送至RAM区的时间，使Taid减到最小，显著提高了数据采集频率，同时也有效地解决了大容量数据的存取问题。

本装置的数据采集卡中采用了IDT公司生产的CMOS型FIFO双端口RAM——IDT7205，由于芯片本身具有较为完善的控制逻辑，应用起来方便可靠。这种FIFO芯片内部的双端口RAM具有两套数据线，分司输入和输出功能，各自独立的写读指针分别在写、读时钟控制下顺序地从RAM中写、读数据。这种指针均为环行指针，从RAM的第一个单元开始依次增加到最后一个单元，接着又回到第一个单元。比较、控制部分能够指示数据空(写入的数据已读完)和数据满(写入的数据已存满FIFO的RAM还未读出)，该类指针可用来防止数据满写或空取。而中间指针为避免丢失数据和提高数据传送效率提供了很大的方便。其结构如图2(a)所示。

IDT7205主要引脚如图2(b)所示，基本时序及功能逻辑为：RS引脚置低时，IDT7205复位，内部读写指针都被复位到起始位置，每次上电后必须要有一个RS低电平信号后方可执行写入操作。当RS复位时R和W必须为高，直到RS变高后才能有所变化，进行读写操作。若数据满标志FF没有变低，那么每次W引脚置低，就执行一次外部数据的写入操作，内部写指针自动加一，数据顺次进入FIFO中。当缓冲区写满一半(4K)时，下一次W低电平将使半满——中间指示XO/HF置低，表示缓冲区中已填满了一半可用空间，该信号可以提前提醒系统机进行读数据操作。为了避免数据写入溢出，当最后一个W的下降沿时，内部满标志FF置低，它将禁止写入操作，FF有效期间，内部写指针不再移动，直到进行一次有效读操作后满标志FF才会被消除。若内部空标志EF没有置低，那么每当读允许R置低时，就执行一次内部数据的读出，内部读指针自动加一，数据就顺次从FIFO中读出去。为了避免数据空读，当所有的数据被读出后，内部空标志EF置低，将禁止读出操作，EF有效期间，内部读指针不再移动，读出数据总线为高阻抗，直到进行一次有效写操作后空标志EF才会被消除。IDT-7205的RT/FL是一个复用输入脚，在深度扩展时有用，在单片使用时，它是作为重传数据允许脚，负脉冲有效。一个重传操作将使内部读指针回到首地址，而不影响写指针。

采集卡设置两个寄存器来作为数据采集器和系统机之间的状态及命令信息的传递通道，状态及命令传递通道的结构如图3所示。

寄存器采用三态8D锁存器74HC373实现，两个物理寄存器对于89C55和工控机分别都共用一个逻辑地址。当89C55发命令时，其写信号和地址的译码信号经与非后使寄存器写入使能，将要写入的数据经数据口打入寄存器；工控机发出I/O读命令时，其读信号和地址的译码信号相与后允许寄存器输出，寄存器中的数据输出到工控机的数据线，实现数据采集卡的状态读入到工控机。同理，通过同一个逻辑口的另一个寄存器，实现工控机发命令，89C55读取命令的过程。

数据采集器的应用程序固化在89C55片内E²PROM中，其完成的主要功能是：

每次系统上电时，89C55复位并从头运行，这时它可以接受系统机发来的命令，设置响应的采集参数，如采样间隔在一定范围内可调，采样路数也在一定范围内可调。若系统机没有设定参数，采集卡器按默认的方式采集数据，采样间隔为1ms，路数为15路。采集卡在硬件上保证89C55发一条命令就使8个采样保持器同时处于采样或保持状态。考虑到A/D转换和89C55的数据存储都需要花费一定的时间，所以在每次A/D转换结束后数据不立即存储，而是放在临时变量中，等下次启动A/D转换后的等待时间段中把上一次的数据存入FIFO中。为了使系统机读到的数据更加明确可靠，在每次采集的八路数据后插入两位标志字，严格地把每一帧的同步数据区分开来，也相当于为后面的并行通讯提供了一个基本协议。采集卡的数据采集与控制软件流程如图4所示。

工控机主控软件由VB5.0编制，调用后台运行的C++程序来完成对数据采集卡数据读出和预处理，有扰动时，则记录扰动前，扰动时，扰动后的数据，供动态测辨程序使用。主控程序并能响应远程系统的召唤，把数据和测辨结果通过电话线传送到调度中心。主控程序流程图如图5。

主控程序完成定时监视和数据通信。在工控机启动时启动主控程序，并由它调用数据采集监视程序，进行实时数据的监视，主程序的定时器事件每隔一秒钟检查是否有扰动产生并且数据记录结束，若有，则重新调用数据采集监视程序，进行实时数据的监视，把刚才产生的数据以时间命名做备份，并把文件名存入要发送的文件名数组队列。当中调发远程命令时，工控机产生串行口中断，便接收中调发来的远程命令，分辨出是远端要求数据发送，还是远端要对现场工控机重新进行参数设置，从而完成数据文件的发送或命令参数的重置。

Claims

1、电力系统负荷特性测辩装置，其特征是包括前置数据处理箱，数据采集卡和工业控制机，其中前置数据处理箱的输出端与数据采集卡的输入端相接，数据采集卡中的状态命令信箱第一输出/输入端与工业控制机的第一输入/输出端相接，数据采集卡中的RAM双端口的第一输出/输入端与工业控制机的第二输入/输出端相接。

2、根据权利要求1所述的电力系统负荷特性测辩装置，其特征是所述的前置数据处理箱包括电流、电压的二次转换器，该电流、电压的二次转换器为电流互感器和电压互感器。

3、根据权利要求1所述的电力系统负荷特性测辩装置，其特征是所述的数据采集卡包括多路采样保持器、多路开关、A/D转换器、状态命令信箱、89C55CPU、RAM双端口，其中多路采样保持器的信号输出端与多路开关的信号输入端相接，多路开关的信号输出入端与A/D转换器的信号输入端相接，A/D转换器的信号输出端与89C55CPU的信号输入端相接，89C55CPU的第一信号输入/输出端与状态命令信箱第二输出/输入端相接，89C55CPU的第二信号输入/输出端与RAM双端口的第二输出/输入端相接，状态命令信箱第三输出/输入端与RAM双端口的第三输出/输入端相接。