CN209624682U - 一种电力系统一次调频系统测频装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种电力系统一次调频系统测频装置，包括第一测频单元、第二测频单元、电源模块、主控模块、信号传输模块、模式设置模块；所述主控模块将第一测频单元、第二测频单元采集频率方波信号转换为频率信号，进一步求取平均值，并将该频率平均值利用信号传输模块传输至DCS系统，同时主控模块根据模式设置模块输入信号，选取第一测频单元或第二测频单元作为频率信号源；本实用新型能够实时测量电力系统一次调频所需的频率值，且能够长时间稳定运行，进一步将频率信号传输至DCS系统，实现一次调频系统机组调整和电网考核信号同源，降低机组运行成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统调频技术领域，具体为一种电力系统一次调频系统测频装置。
背景技术
我国电力系统频率通常为50Hz，但是全网负荷动态、随机变化导致频率偏离50Hz，此时需要机组固有的调频系统调节机组出力，维持发电和用电平衡，使频率重新调整在50Hz。目前常见的调频技术手段分为一次调频和二次调频，一次调频利用固有的负荷特性和电源的调速器实现调频；二次调频是调度系统利用计算机控制技术，统筹全网源荷分配，调整电源机组频率特性曲线，改变所辖区域内各个电源的有功，实现频率恢复到允许范围。总体来看，现有电力系统利用一次调频的有差调节和二次调频的无差调节实现电网频率调整至预期、允许的范围内。一次调频测频装置作为整个调频系统的重要反馈环节，其测频可靠性、连贯性、数据真实性直接影响调频系统的决策，目前国内已经发生过多起由于测频装置可靠性导致机组跳机的事件，同时由于测频精度不高导致机组频繁受到电网考核，在当前电力系统下滑的形势下，进一步加大电源侧的运行成本。现有电力系统测频装置存在以下缺陷和不足：(1)测频装置性价比不高，复杂的电路结构导致其成本一直高居不下；(2)采用机械式齿盘测频装置，导致调频系统接收的频率信号波动大，难以为调频系统提供准确真实的信号，同时测频精度有待进一步提升。
实用新型内容
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供种电力系统一次调频系统测频装置，能够实时测量电力系统一次调频所需的频率值，且能够长时间稳定运行，进一步将频率信号传输至DCS系统，实现一次调频系统机组调整和电网考核信号同源，降低机组运行成本。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
一种电力系统一次调频系统测频装置，包括第一测频单元、第二测频单元、电源模块、主控模块、信号传输模块、模式设置模块；
所述第一测频单元输入端设置有一路交流电压测量接口，输出端连接至所述主控模块第一外部中断端口，所述第一测频单元用于将第一电压互感器交流电压信号转换为幅值大于0的方波信号，并将该方波信号传输至所述主控模块；
所述第二测频单元输入端设置有一路交流电压测量接口，输出端连接至所述主控模块第二外部中断端口；所述第二测频单元用于将第二电压互感器交流电压信号转换为幅值大于0的方波信号，并将该方波信号传输至所述主控模块；
所述信号传输模块通信端口与所述主控模块通信端口相连，所述信号传输模块用于将所述主控模块输出的频率信号传输至DCS系统；
所述模式设置模块输出端连接至所述主控模块数字输入、输出端口，所述模式设置模块用于选取所述第一测频单元或第二测频单元作为测频装置频率信号源；
所述主控模块根据所述第一测频单元或第二测频单元提供的方波信号，进一步分析、计算出调频系统频率值，并将该频率值通过所述信号传输模块传输至DCS系统，所述主控模块根据所述模式设置模块输入信号确定测频装置工作模式；
所述电源模块的输入端与外接+12V电源相连，所述电源模块用于将+12V电源转换为+5V电源，并分别为所述第一测频单元、第二测频单元、主控模块、信号传输模块和模式设置模块提供直流工作电源。
优选的，所述第一测频单元和第二测频单元输入端分别选取不同组三相电压互感器A、B、C相中的一相作为交流电压信号频率源，该三相电压互感器二次侧额定值为100V、50Hz，所述第一测频单元和第二测频单元均包括依次相接的整流单元和光电隔离电路；所述整流单元用于将输入的交流信号转换为直流脉动信号，所述光电隔离电路用于将所述整流单元输出的直流脉动信号转换为幅值大于0的方波信号，并输出至所述主控模块。
进一步，所述主控模块包括时钟系统、复位系统和处理器模块，所述时钟系统为所述处理器模块提供时钟信号，所述复位系统包括手动复位和上电复位功能，用于重置所述处理器模块，所述处理器模块用于分析、计算、还原出被测系统频率值，并将该频率值传输至信号传输模块。
进一步，所述信号传输模块包括电平转换电路，用于将TTL信号转换为RS232信号，所述信号传输模块用于将主控模块采集频率信号传输至DCS系统。
进一步，所述模式设置模块包括按键单元，所述主控模块通过按键单元输出的电平信号选取1路或2路频率信号源。
进一步，所述电源模块包括依次相接的输入滤波模块、稳压模块和输出滤波模块，所述输入滤波模块用于滤除外接输入电源的高频信号，并输出至稳压模块，所述稳压模块将外接电源转换为+5V，通过所述输出滤波模块为一次调频系统测频装置各个模块提供+5V电源。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
本实用新型通过第一测频单元和第二测评单元对电压互感器交流信号进行调理、变换为方波信号，利用光电隔离单元实现测量侧和信号处理侧的信号隔离，提升整个系统的稳定性及抗干扰能力，整个测频单元基于硬件电路实现，缩短测频响应时间，解决现有测频装置响应时间慢难以满足一次调频快速性的需求。实现了频率信号采集、处理、传输至DCS系统，为机组调速系统提供精确、可靠的频率信号。
进一步的，本实用新型电路结构简单，采用全波二极管整流和光电隔离方式调理电压互感器输出的交流电压信号，大大简化了整个电路的复杂程度，间接降低了装置的运行及维护成本。本实用新型各个环节符合电力系统标准规范，实用性强，同时可在其他测频领域使用，应用范围广。
进一步的，本实用新型可替换原有的机械测频装置，实现机组调频和电网考核频率信号同源，降低机组被考核的几率，降低机组的生产运维成本。
进一步的，本实用新型第一测频单元和第二测频单元使用时互为备用，同时主控模块可根据两路频率信号计算出最终频率信号，降低频率采样环节的误差，同时在一路测频单元出现故障的情况下，可利用另一路测频单元继续工作，在电路设计角度上，提升整个装置连续运行的连贯性。
附图说明
图1为本实用新型的装置原理框图。
图2为本实用新型实例中所述的第一测频模块电路图。
图3为本实用新型实例中所述的第二测频模块电路图。
图4为本实用新型实例中所述的主控模块电路图。
图5为本实用新型实例中所述的信号传输模块电路图。
图6为本实用新型实例中所述的模式设置模块电路图。
图7为本实用新型实例中所述的电源模块电路图。
图中：1—第一测频单元；2—第二测频单元；3—电源模块；4—主控模块；5-信号传输模块；6-模式设置模块。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。
本实用新型能够解决现有机组调频系统和电网考核系统频率信号不同源问题，两路测频单元一用一备，提升测频装置的稳定性。
本实用新型一种电力系统一次调频系统测频装置，如图1所示，包括第一测频单元1、第二测频单元2、电源模块3、主控模块4、信号传输模块5、模式设置模块6；所述第一测频单元1输入端设置有一路交流电压测量接口，输出端连接至所述主控模块4第一外部中断端口，所述第一测频单元1用于将第一电压互感器交流电压信号转换为幅值大于0的方波信号，并将该方波信号传输至所述主控模块4；所述第二测频单元2输入端设置有一路交流电压测量接口，输出端连接至所述主控模块4第二外部中断端口；所述第二测频单元2用于将第二电压互感器交流电压信号转换为幅值大于0的方波信号，并将该方波信号传输至所述主控模块4；所述信号传输模块5通信端口与所述主控模块4通信端口相连，所述信号传输模块5用于将所述主控模块4输出的频率信号传输至DCS系统；所述模式设置模块6输出端连接至所述主控模块4数字输入、输出端口，所述模式设置模块6用于选取所述第一测频单元1或第二测频单元2作为测频装置频率信号源；所述主控模块4根据所述第一测频单元1或第二测频单元2提供的方波信号，进一步分析、计算出调频系统频率值，并将该频率值通过所述信号传输模块5传输至DCS系统，所述主控模块4根据所述模式设置模块6输入信号确定测频装置工作模式；所述电源模块3的输入端与外接+12V电源相连，所述电源模块3用于将+12V电源转换为+5V电源，并分别为所述第一测频单元1、第二测频单元2、主控模块4、信号传输模块5和模式设置模块6提供直流工作电源。
如图2所示和图3所示，所述第一测频单元1和第二测频单元2 输入端分别选取不同组三相电压互感器A、B、C相中的一相作为交流电压信号频率源，该三相电压互感器二次侧额定值为100V、50Hz，所述第一测频单元1和第二测频单元2均包括依次相接的整流单元和光电隔离电路；所述整流单元用于将输入的交流信号转换为直流脉动信号，所述光电隔离电路用于将所述整流单元输出的直流脉动信号转换为幅值大于0的方波信号，并输出至所述主控模块4；所述第一测频单元1整流单元包括插件PT2、电阻R9、电阻R12、整流桥D3，所述第一测频单元1光电隔离电路包括光电隔离芯片U3、电阻R10，所述光电隔离芯片的第3引脚经电阻R10连接至+5V电源，同时所述光电隔离芯片的第3引脚连接至所述主控模块；所述第二测频单元 2整流单元包括插件PT1、电阻R7、电阻R11、整流桥D2，所述第二测频单元2光电隔离电路包括光电隔离芯片U2、电阻R8，所述光电隔离芯片的第3引脚经电阻R8连接至+5V电源，同时所述光电隔离芯片的第3引脚连接至所述主控模块。
如图4所示，所述主控模块4包括时钟系统、复位系统和处理器模块，所述时钟系统为所述处理器模块提供时钟信号，所述复位系统包括手动复位和上电复位功能，用于重置所述处理器模块，所述处理器模块用于分析、计算、还原出被测系统频率值，并将该频率值传输至信号传输模块5；所述时钟系统包括晶体振荡器Y1、电容C6、电容C7；所述复位系统包括电容C12、电阻R5、按键K0、电阻R6；所述处理器模块选用AT89C51单片机。
如图5所示，所述信号传输模块5包括电平转换电路，用于将 TTL信号转换为RS232信号，所述信号传输模块5用于将主控模块4 采集频率信号传输至DCS系统；所述平转换电路包括电容C8、电容 C9、电容C10、电容C11、MAX232转换芯片。
如图6所示，所述模式设置模块6包括按键单元，所述主控模块 4通过按键单元输出的电平信号选取1路或2路频率信号源；所述按键单元包括按键K1、按键K2、按键K3、电阻R1、电阻R3、电阻 R4。
如图7所示，所述电源模块3包括依次相接的输入滤波模块、稳压模块和输出滤波模块，所述输入滤波模块用于滤除外接输入电源的高频信号，并输出至稳压模块，所述稳压模块将外接电源转换为+5V，通过所述输出滤波模块为一次调频系统测频装置各个模块提供+5V 电源；所述输入滤波模块包括电容C1、电容C2，所述稳压模块为7805 稳压芯片，所述输出滤波模块包括电容C3、电容C4，电阻R2和发光二极管D1用于指示电源的工作状态。
以上所述，仅是本实用新型专利的较佳实施例，并非对本实用新型专利作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (6)
1.一种电力系统一次调频系统测频装置，其特征在于，包括第一测频单元（1）、第二测频单元（2）、电源模块（3）、主控模块（4）、信号传输模块（5）、模式设置模块（6）；
所述第一测频单元（1）输入端设置有一路交流电压测量接口，输出端连接至所述主控模块（4）第一外部中断端口，所述第一测频单元（1）用于将第一电压互感器交流电压信号转换为幅值大于0的方波信号，并将该方波信号传输至所述主控模块（4）；
所述第二测频单元（2）输入端设置有一路交流电压测量接口，输出端连接至所述主控模块（4）第二外部中断端口；所述第二测频单元（2）用于将第二电压互感器交流电压信号转换为幅值大于0的方波信号，并将该方波信号传输至所述主控模块（4）；
所述信号传输模块（5）通信端口与所述主控模块（4）通信端口相连，所述信号传输模块（5）用于将所述主控模块（4）输出的频率信号传输至DCS系统；
所述模式设置模块（6）输出端连接至所述主控模块（4）数字输入、输出端口，所述模式设置模块（6）用于选取所述第一测频单元（1）或第二测频单元（2）作为测频装置频率信号源；
所述主控模块（4）根据所述第一测频单元（1）或第二测频单元（2）提供的方波信号，进一步分析、计算出调频系统频率值，并将该频率值通过所述信号传输模块（5）传输至DCS系统，所述主控模块（4）根据所述模式设置模块（6）输入信号确定测频装置工作模式；
所述电源模块（3）的输入端与外接+12V电源相连，所述电源模块（3）用于将+12V电源转换为+5V电源，并分别为所述第一测频单元（1）、第二测频单元（2）、主控模块（4）、信号传输模块（5）和模式设置模块（6）提供直流工作电源。
2.根据权利要求1所述的一种电力系统一次调频系统测频装置，其特征在于，所述第一测频单元（1）和第二测频单元（2）输入端分别选取不同组三相电压互感器A、B、C相中的一相作为交流电压信号频率源，该三相电压互感器二次侧额定值为100V、50Hz，所述第一测频单元（1）和第二测频单元（2）均包括依次相接的整流单元和光电隔离电路；所述整流单元用于将输入的交流信号转换为直流脉动信号，所述光电隔离电路用于将所述整流单元输出的直流脉动信号转换为幅值大于0的方波信号，并输出至所述主控模块（4）。
3.根据权利要求2所述的一种电力系统一次调频系统测频装置，其特征在于，所述主控模块（4）包括时钟系统、复位系统和处理器模块，所述时钟系统为所述处理器模块提供时钟信号，所述复位系统包括手动复位和上电复位功能，用于重置所述处理器模块，所述处理器模块用于分析、计算、还原出被测系统频率值，并将该频率值传输至信号传输模块（5）。
4.根据权利要求3所述的一种电力系统一次调频系统测频装置，其特征在于，所述信号传输模块（5）包括电平转换电路，用于将TTL信号转换为RS232信号，所述信号传输模块（5）用于将主控模块（4）采集频率信号传输至DCS系统。
5.根据权利要求4所述的一种电力系统一次调频系统测频装置，其特征在于，所述模式设置模块（6）包括按键单元，所述主控模块（4）通过按键单元输出的电平信号选取1路或2路频率信号源。
6.根据权利要求5所述的一种电力系统一次调频系统测频装置，其特征在于，所述电源模块（3）包括依次相接的输入滤波模块、稳压模块和输出滤波模块，所述输入滤波模块用于滤除外接输入电源的高频信号，并输出至稳压模块，所述稳压模块将外接电源转换为+5V，通过所述输出滤波模块为一次调频系统测频装置各个模块提供+5V电源。
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| CN112269056A (zh) * | 2020-10-10 | 2021-01-26 | 许继电气股份有限公司 | 一种高压变频继电保护装置的硬件测频电路 |
| CN112327075A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-02-05 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种新能源机组调频测试平台功率模块的调试方法 |
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| CN112269056B (zh) * | 2020-10-10 | 2024-04-12 | 许继电气股份有限公司 | 一种高压变频继电保护装置的硬件测频电路 |
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