CN204615705U - 脉冲发电机保护测控一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种适用于脉冲发电机的保护测控一体化装置，设计了硬件快速频率跟踪电路，保证了频率大范围快速变化情况下的计算精度，并支持可视化配置。包含CPU插件、DSP插件、电源插件、AC输入插件、智能I/O插件。其中CPU插件集成了32位的微处理器、以太网控制器等，DSP插件集成了16位的高速DSP和高精度AD、频率跟踪电路等，智能I/O插件包括开关量输入、输出和操作回路，AC插件包括交流模拟量输入。开关量输入和输出、操作回路信号，模拟量信号通过内部总线相连，进行数据的采集、运算处理、逻辑判别和控制输出；上位机通过站控层网络与装置相连。
Description
技术领域
本实用新型涉及保护测控领域，尤其涉及脉冲发电机保护测控一体化的装置。
背景技术
脉冲发电机工作模式：发电机为脉冲放电，孤网运行，每次放电约10-15秒，每次放电时间间隔为8-12分钟，每天机组间隙式发电大约40次左右。放电过程中由于电动机转速的下降，发电机输出电压频率在从50Hz下降到40Hz(对于基准频率100Hz的机组，发电机输出频率由100Hz下降到80Hz)，输出电压频率是连续快速变化的。其电流电压波形如附图1所示，波形特征为频率大范围快速变化，波形畸变，谐波含量高。
常规的发电机，其电气频率多基于工频，且不会发生剧烈的变化；脉冲发电机放电过程中频率会发生剧烈的大范围波动，频率变化速度最快可以达到8Hz每秒。
常规的发电机保护装置算法基于工频，在频率变化时会出现计算误差；即使某些具有频率跟踪功能，也只针对频率缓慢变化情况，无法实现快速频率跟踪。常规发电机的测量和控制功能，通常由专门的测控装置来完成，算法基于工频50Hz；脉冲发电机，一般用于需要大功率脉冲电源的场合，如核聚变设备的试验电源等，为便于集中监控操作，通常将保护、测量、控制集成于一个平台；其电气量频率变化范围广，变化速度快，因此需要实现大范围的快速频率跟踪。
实用新型内容
本实用新型的目的是：为解决上述提出的脉冲发电机大范围快速频率变化过程中保护测控精度的要求，设计了一种集保护、测控功能于一体的装置，采用硬件实时大范围频率跟踪电路，可就地安装。
本实用新型的技术方案是：脉冲发电机保护测控一体化的装置，包括电源插件，CPU插件、DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件和人机接口插件；CPU插件，DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件之间通过总线进行数据连接；其中CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入、开关量输出、操作回路、AC输入插件包含模拟量输入端口，智能I/O插件采集的数据CAN总线传输至CPU插件，完成I/O数据采集；AC输入插件将模拟量信号接入DSP插件，运算结果通过总线送至CPU插件；CPU插件的运算结果经内部总线连接至智能I/O插件的开关量输出插件；上位机通过网络连接到以太网控制器和CPU插件的物理层芯片，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU插件的物理层芯片，CPU插件的物理层芯片处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机，实现装置与上位机之间的通信。
上述方案中：为实现频率快速变化时的准确测量，其DSP板卡设计了快速频率跟踪电路。
上述方案中，配置有多个自定义智能I/O插件槽位，通过可视化的配置，提供多种自定义I/O插件组合，任一槽位配置或不配置I/O插件。
上述方案中，为同时满足保护和测量、控制的需求，配置保护用和测量用两类AC插件，和/或配置开关操作回路插件。
本实用新型的有益效果：
1.通过对脉冲发电机放电过程的电气特征的分析，设计了具备硬件实时大范围频率跟踪电路的DSP板卡，实现了大范围的快速频率跟踪，为脉冲发电机提供继电保护和测控功能，保证了机组的安全可靠运行。
2.根据实际采集、控制信号的数量和类型，可灵活配置板卡数量及种类，并根据不同的设备控制要求，进行灵活的控制逻辑组态，适应各种不同场合下变频发电机、电动机保护和测控系统的需求。
3.具备有网络通信能力。支持电力行业通信标准DL/T667-1999(IEC60870-5-103)和新一代变电站通信标准IEC61850，能与监控及自动化系统配合使用，实现全站智能“互操作”。
附图说明
图1为脉冲发电机某次加速过程的电气量波形图
图2为本实用新型保护、测控一体化装置的系统背板端子图
图3为本实用新型保护、测控一体化装置的系统原理框图
图4为本实用新型使用的实时大范围频率跟踪电路原理图
具体实施方式
本装置包括电源插件，CPU插件、DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件和人机接口插件；CPU插件，DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件之间通过总线进行数据连接；其中CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入、开关量输出、操作回路、AC输入插件包含模拟量输入端口，智能I/O插件采集的数据CAN总线传输至CPU插件，完成I/O数据采集；AC输入插件将模拟量信号接入DSP插件，运算结果通过总线送至CPU插件；CPU插件的运算结果经内部总线连接至智能I/O插件的开关量输出插件；上位机通过网络连接到以太网控制器和CPU插件的物理层芯片，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU插件的物理层芯片，CPU插件的物理层芯片处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机，实现装置与上位机之间的通信。
脉冲发电机保护测控一体化装置背板框图和系统原理图分别见图2、图3。
装置还设计了具备大范围快速频率跟踪硬件电路的DSP板卡。为实现大范围快速频率跟踪，装置的DSP插件设计了硬件跟踪电路。输入信号分别进入测频模块和ADC采样模块，测频模块实时测量输入信号的频率，将测频结果输出给FPGA控制模块，FPGA模块根据测频结果实时调整采样间隔，输出控制信号到ADC采样模块，获得与输入信号频率匹配的波形，以保证脉冲发电机放电过程中电气量的精确测量和计算。
该装置智能I/O插件配置有多个自定义智能I/O插件槽位，可通过可视化的配置，提供多种自定义I/O插件组合，任一槽位可配置或不配置I/O插件。为同时支持保护和测量的需要，可以配置不同类型的AC插件；为满足操作开关的需要，可配置单跳圈和双跳圈的操作回路插件。
装置还配有以太网通信(100Mbps、超五类线或光纤通信)接口，可接入站控层网络，支持IEC-61850通信规约，实现装置描述的远方查看、装置配置的远方查看、控制定值远方查看修改功能。装置输入输出信号的远方查看、装置运行状态(包括动作元件的状态、运行告警和装置自检信息)的远方查看。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明：
本实用新型的保护测控一体化装置，包括电源插件，CPU插件、DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件和人机接口插件；CPU插件，DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件之间通过总线进行数据连接；其中CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层(PHY)芯片，智能I/O插件包括开关量输入、开关量输出、操作回路、AC输入插件包含模拟量输入端口，智能I/O插件采集的数据CAN总线传输至CPU插件，完成I/O数据采集；AC输入插件将模拟量信号接入DSP插件，运算结果通过总线送至CPU插件；CPU插件的运算结果经内部总线连接至智能I/O插件的开关量输出插件；上位机通过网络连接到以太网控制器和CPU插件的物理层芯片，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU插件的物理层芯片，CPU插件的物理层芯片处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机，实现装置与上位机之间的通信。
装置配置B00～B15共16个插件插槽，如图2所示。
B00，电源插件。
B01：CPU插件提供最多四路以太网口(两路光纤以太网、两路双绞线以太网)，串行打印口。
B02～B03，DSP插件，双重化配置，负责对输入模拟量进行计算和逻辑判别。
B04～B07，AC输入插件，负责模拟量的输入。
B08槽，备用。
B09～B15，智能I/O插件，可以根据实际应用要求，选用不同类型和数量的
IO插件。
图2中装置B04～B15插件分别采集现场设备的模拟量输入(AI)、开关量输入(DI)信号，并输出开关量输出(DO)信号到现场设备进行控制。
如图3所示，CPU插件通过内部总线与智能IO插件和DSP插件进行交互，实现数据的采集和控制。通过人机接口插件实现对装置的人工操作。监控后台通过CPU插件的以太网口与装置相连，实现测控一体化。
如图4所示，DSP插件设计有频率大范围快速跟踪的硬件电路，在脉冲发电机脉冲放电过程中，可实时跟踪电气频率的变化，准确测量和计算脉冲发电机各电气量，保证设备的长期安全可靠运行。
现场工程应用中，根据需要保护和控制设备的种类、数量，确定需要的I/O插件数量，并选用相关插件，确定装置的硬件配置。然后通过可视化的硬件组态工具，配置装置的硬件组成。硬件配置结束后，根据被控对象保护控制逻辑的要求，通过可视化的软件组态，确定装置的保护和控制逻辑。
Claims (4)
1.脉冲发电机保护测控一体化的装置，其特征是：包括电源插件，CPU插件、DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件和人机接口插件；CPU插件，DSP插件、AC输入插件、智能I/O插件之间通过总线进行数据连接；其中CPU插件包含微处理器CPU芯片、以太网控制器和物理层芯片，智能I/O插件包括开关量输入、开关量输出、操作回路、AC输入插件包含模拟量输入端口，智能I/O插件采集的数据CAN总线传输至CPU插件，完成I/O数据采集；AC输入插件将模拟量信号接入DSP插件，运算结果通过总线送至CPU插件；CPU插件的运算结果经内部总线连接至智能I/O插件的开关量输出插件；上位机通过网络连接到以太网控制器和CPU插件的物理层芯片，以太网控制器将解析的报文连接送给CPU插件的物理层芯片，CPU插件的物理层芯片处理报文数据请求，将结果经以太网控制器反馈回上位机，实现装置与上位机之间的通信。
2.如权利要求1所述的脉冲发电机保护测控一体化的装置，其特征是：为实现频率快速变化时的准确测量，其DSP板卡设计了快速频率跟踪电路；所述快速频率跟踪电路包括测频模块、ADC采样模块和FPGA控制模块；输入信号分别进入测频模块和ADC采样模块，测频模块实时测量输入信号的频率，将测频结果输出给FPGA控制模块，FPGA模块根据测频结果实时调整采样间隔，输出控制信号到ADC采样模块，获得与输入信号频率匹配的波形，以保证脉冲发电机放电过程中电气量的精确测量和计算。
3.如权利要求1所述的脉冲发电机保护测控一体化的装置，其特征是：配置有多个自定义智能I/O插件槽位，通过可视化的配置，提供多种自定义I/O插件组合，任一槽位配置或不配置I/O插件。
4.如权利要求1所述的脉冲发电机保护测控一体化的装置，其特征是：为同时满足保护和测量、控制的需求，配置保护用和测量用两类AC插件，和/或配置开关操作回路插件。
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|---|---|---|---|---|
| CN107664963A (zh) * | 2016-07-28 | 2018-02-06 | 全球能源互联网研究院 | 一种分布式数字量测控设备 |
| CN108011354A (zh) * | 2017-12-14 | 2018-05-08 | 中国恩菲工程技术有限公司 | 电动机智能保护装置 |
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