CN202230365U - 大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统 - Google Patents

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罗
徐亚军
吴玮
王贵峰
乔树通
左东升
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Abstract

一种大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统，涉及电力机组技术领域，所解决的现有系统通用性差，不利于后期运行及维护的技术问题。该系统包括通过VME总线互联的CPU板、模拟信号接口板、数字信号接口板、反射内存板、Profibus通讯板、显示板、双口RAM，及连接双口RAM的数字信号处理器，连接数字信号处理器的驱动信号调制板；所述CPU板连接一上位机；所述模拟信号接口板用于采集抽水蓄能机组的模拟信号；所述数字信号接口板用于采集执行机构的数字信号，及输出开关量执行信号给执行机构。本实用新型提供的系统，通用性好，利于后期运行及维护。

Description

大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统
技术领域
本实用新型涉及电力机组技术，特别是涉及一种大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统的技术。
背景技术
随着工业用电水平的提高及新能源发电的大力建设，人们对于调峰用抽水蓄能电站的需求越来越迫切。抽水蓄能电站在电网处于高峰负载时可作为发电机运行，向电网提供电能；在电网处于低谷负载时作为电动机运行，驱动水泵，把下游水库的水抽回上游水库，将电能转换成势能以作备用。抽水蓄能电站能够发挥调峰填谷、调频、调相、事故备用和黑起动等多重功能，可以有效减少火电机组参与调峰启停的次数，火电机组可以少担负甚至不担负调峰填谷的任务，从而实现高效平稳运行，保证电网供电可靠性。因此，抽水蓄能电站合理有效的利用，可减少常规火电调峰电源建设和火电机组排放污染气体，对改善电力系统的运行条件及保护环境具有重要意义。
大功率抽水蓄能机组(单机容量300MW以上)在水泵工况下的启动是其运行的关键问题，而启动用变频调速控制系统则是大功率抽水蓄能机组实现启动的中枢。目前的大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统有多种，这些现有变频调速控制系统虽然能很好的解决大功率抽水蓄能机组在水泵工况下的启动问题，但是这些现有变频调速控制系统所采用的技术都各不相同，具有通用性差的缺点，不利于后期运行及维护。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种通用性好，利于后期运行及维护的大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型所提供的一种大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统，包括抽水蓄能机组及多个执行机构，所述抽水蓄能机组中设有电压传感器、电流传感器及增量式编码器，每个执行机构均设有开关量执行信号输入口，并设有串行通讯接口和/或Profibus通讯接口；
该系统包括数字信号处理器、驱动信号调制板，及通过VME总线互联的CPU板、模拟信号接口板、数字信号接口板、反射内存板、Profibus通讯板、显示板、双口RAM；
所述CPU板设有数据交换接口；
所述模拟信号接口板设有多个信号采集口，其各个信号采集口分别连接抽水蓄能机组的电压传感器、电流传感器及增量式编码器；
所述数字信号接口板设有多个开关量执行信号输出口、多个串行通讯接口，其各个开关量执行信号输出口分别连接各执行机构的开关量执行信号输入口，其各个串行通讯接口分别连接各执行机构的串行通讯接口；
所述Profibus通讯板设有数据交换接口及多个Profibus通讯接口，其数据交换接口连接一控制器，其各个Profibus通讯接口分别连接各执行机构的Profibus通讯接口；
所述显示板设有一视频输出口，并设有多个指令按键，及连接各指令按键的键盘电路，其视频输出口连接一显示屏；
所述双口RAM和数字信号处理器均设有数据交换接口，并通过数据交换接口互联；
所述驱动信号调制板设有数据接口及脉冲驱动信号输出端，其数据接口连接数字信号处理器的数据交换接口，其脉冲驱动信号输出端连接抽水蓄能机组的启动主回路功率器件。
本实用新型提供的大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统，利用模拟信号接口板采集抽水蓄能机组的模拟信号，利用数字信号接口板采集执行机构的数字信号，及输出开关量执行信号给执行机构，利用反射内存板连接外部控制系统，利用Profibus通讯板与执行机构实现Profibus通讯，且各板件之间通过VME总线进行数据交换、信息传输，具有良好的通用性，便于控制系统的扩展，且利于后期运行及维护。
附图说明
图1是本实用新型实施例的大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本实用新型的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本实用新型，凡是采用本实用新型的相似结构及其相似变化，均应列入本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型实施例所提供的一种大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统，包括抽水蓄能机组(图中未示)，及用于控制抽水蓄能机组运行的多个执行机构(图中未示)，所述抽水蓄能机组中设有用于监测其电压的电压传感器，及用于监测其电流的电流传感器，用于监测其运行速度的增量式编码器，每个执行机构均设有开关量执行信号输入口，并设有串行通讯接口和/或Profibus通讯接口；
其特征在于：该系统包括数字信号处理器(DSP)9、驱动信号调制板10，及通过VME总线1互联的CPU板2、模拟信号接口板3、数字信号接口板4、反射内存板5、Profibus通讯板6、显示板7、双口RAM8；
所述CPU板2设有数据交换接口，其数据交换接口连接一上位机11；
所述模拟信号接口板3设有多个信号采集口，其各个信号采集口分别连接抽水蓄能机组的电压传感器、电流传感器及增量式编码器；
所述数字信号接口板4设有多个开关量执行信号输出口、多个串行通讯接口及四个数字信号备用输入口，其各个开关量执行信号输出口分别连接各执行机构的开关量执行信号输入口，其各个串行通讯接口分别连接各执行机构的串行通讯接口；
所述反射内存板5经光纤连接至外部控制系统12，用于与外部控制系统之间的远程通讯，可以满足相距10km的控制系统之间的通讯，且通讯速度最高可达174Mbyte/s，可以实现系统之间的实时控制；
所述Profibus通讯板6设有数据交换接口及多个Profibus通讯接口，其数据交换接口连接一控制器13，该控制器13为现有技术，可采用PLC或上位机，Profibus通讯板6的各个Profibus通讯接口分别连接各执行机构的Profibus通讯接口，Profibus通讯速度最高可达12Mbit/s，可以满足实时性要求不高的通讯和控制要求；
所述显示板7设有一视频输出口，并设有多个指令按键，及连接各指令按键的键盘电路，其视频输出口连接一显示屏14，所述键盘电路为现有技术；
所述双口RAM8和数字信号处理器9均设有数据交换接口，并通过数据交换接口互联；
所述驱动信号调制板10设有数据接口及脉冲驱动信号输出端，其数据接口连接数字信号处理器9的数据交换接口，其脉冲驱动信号输出端连接抽水蓄能机组的启动主回路功率器件。
本实用新型实施例所提供的抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统的具体控制方法如下：
CPU板2实时接收来自上位机11的控制指令，并通过VME总线1与模拟信号接口板3、数字信号接口板4、双口RAM8进行通讯，接收模拟信号接口板3和数字信号接口板4上传的数据，及读取双口RAM8中的数据，CPU板2根据接收到的来自上位机11的控制指令，通过矢量控制算法对接收到的数据进行计算，并根据计算结果，通过VME总线1下发对应指令或对应数据给数字信号接口板4，或下发对应数据至双口RAM8；
模拟信号接口板3通过抽水蓄能机组的电压传感器、电流传感器及增量式编码器实时采集抽水蓄能机组的电压、电流及运行速度的模拟信号，并将所采集的电压、电流及运行速度的模拟信号转换成数字信号后通过VME总线1上传给CPU板2；
模拟信号接口板3将所采集的抽水蓄能机组启动过程中的输入电流、运行速度等数字信号转换成模拟信号通过VME总线1输出至显示板7，显示板7将接收到的信号转换为视频信号后实时输出至显示屏14，方便工作人员进行观测；
数字信号接口板4通过串行通讯接口实时采集各执行机构的数字信号，并将所采集的数字信号通过VME总线1上传给CPU板2，数字信号接口板4所采集的各执行机构的数字信号包括远程起动信号、远程停止信号、远程复位信号、远程急停信号、上级高压辅助信号；
数字信号接口板4通过VME总线1实时接收CPU板2下发的数据或指令，并将CPU板2下发的数据或指令通过其开关量执行信号输出口转出至对应的执行机构，CPU板2下发的数据或指令包括SFC运行指令、SFC就绪指令、SFC故障指令、SFC报警指令；
反射内存板5经光纤实时接收外部控制系统12的发送来的外部信号，并将接收到的外部信号通过VME总线1转发给CPU板2，CPU板2实时处理所接收到的来自反射内存板5的外部信号，并根据处理结果输出对应数据给上位机11，操作人员可通过上位机11处理CPU板2上传的数据，并可通过上位机11发送返回给外部控制系统12的返回信号给CPU板2，CPU板2收到上位机11下发的返回给外部控制系统12的返回信号后，即通过VME总线1返回给反射内存板5；
反射内存板5通过VME总线1实时接收CPU板2返回给外部控制系统12的返回信号，并通过光纤将接收到的返回信号转发给外部控制系统12，实现异地系统之间的实时控制；
Profibus通讯板6实时接收执行机构输出的故障信号、反馈信号和命令信号，并按照Profibus通讯协议对所接收到的信号进行处理，然后将处理过的信号通过VME总线1上传给CPU板2；
显示板7通过VME总线1实时接收各板件输出的本系统工作状态信息，并输出至显示屏14显示；
显示板7对由其指令按键输入的指令实时处理，并根据处理结果输出对应数据至显示屏14显示；
双口RAM8实时接收并存储CPU板2和数字信号处理器9发送来的数据；
数字信号处理器9实时读取CPU板2发送给双口RAM8的数据，并根据所读取的数据完成采样及转矩闭环、矢量计算等控制计算，再根据计算结果返回相应数据给CPU板2，并生成电压矢量给定值传递给驱动信号调制板10，驱动信号调制板10根据收到的电压矢量给定值，通过SVPWM算法生成PWM调制波发送至抽水蓄能机组的启动主回路功率器件，驱动抽水蓄能机组的启动主回路功率器件动作。
本实用新型实施例中，数字信号处理器9完成采样及转矩闭环、矢量计算等控制计算，最后生成电压矢量给定值，及驱动信号调制板10通过SVPWM算法生成PWM调制波均为现有技术。
本实用新型实施例中，所述CPU板2、模拟信号接口板3、数字信号接口板4、反射内存板5、Profibus通讯板6均采用GE(通用电气)公司现有产品，其中CPU板2的型号为VMIVME-7807RC，模拟信号接口板3的型号为VMIVME-3123或VMIVME-4140，数字信号接口板4的型号为VMIVME-2536，反射内存板5的型号为VMIVME-5565，Profibus通讯板6的型号为SST_PB3_VME。
本实用新型实施例中，所述双口RAM8采用Altera公司生产的Cyclone III系列FPGA芯片。
本实用新型实施例中，CPU板2分析数据的矢量控制算法为现有技术，具体为按气隙磁场定向的同步电机矢量控制算法。

Claims (1)

1.一种大功率抽水蓄能机组启动用变频调速控制系统，包括抽水蓄能机组及多个执行机构，所述抽水蓄能机组中设有电压传感器、电流传感器及增量式编码器，每个执行机构均设有开关量执行信号输入口，并设有串行通讯接口和/或Profibus通讯接口；
其特征在于：该系统包括数字信号处理器、驱动信号调制板，及通过VME总线互联的CPU板、模拟信号接口板、数字信号接口板、反射内存板、Profibus通讯板、显示板、双口RAM；
所述CPU板设有数据交换接口；
所述模拟信号接口板设有多个信号采集口，其各个信号采集口分别连接抽水蓄能机组的电压传感器、电流传感器及增量式编码器；
所述数字信号接口板设有多个开关量执行信号输出口、多个串行通讯接口，其各个开关量执行信号输出口分别连接各执行机构的开关量执行信号输入口，其各个串行通讯接口分别连接各执行机构的串行通讯接口；
所述Profibus通讯板设有数据交换接口及多个Profibus通讯接口，其数据交换接口连接一控制器，其各个Profibus通讯接口分别连接各执行机构的Profibus通讯接口；
所述显示板设有一视频输出口，并设有多个指令按键，及连接各指令按键的键盘电路，其视频输出口连接一显示屏；
所述双口RAM和数字信号处理器均设有数据交换接口，并通过数据交换接口互联；
所述驱动信号调制板设有数据接口及脉冲驱动信号输出端，其数据接口连接数字信号处理器的数据交换接口，其脉冲驱动信号输出端连接抽水蓄能机组的启动主回路功率器件。
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