專利名稱：微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，屬小水電發(fā)電并網(wǎng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在國外，發(fā)達(dá)國家在小水電站自動化控制技術(shù)研究開發(fā)方面起步早，技術(shù)成熟。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)發(fā)展也快，也較先進(jìn)。自20世紀(jì)80年代以來，國外在水電站監(jiān)控系統(tǒng)上普遍采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)，水電站自動化控制水平及自動控制功能、性能得到極大提高，許多水電站實(shí)現(xiàn)了無人值班。這種管理模式提高了水電站動力設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低了水電站的運(yùn)行費(fèi)用。另外，由于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成度高，減少了控制系統(tǒng)的占地面積及外部電纜數(shù)量，因而降低了水電站的建設(shè)成本。目前，我國4萬多座小水電站主要以常規(guī)控制設(shè)備為主，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在小水電站的應(yīng)用尚屬研發(fā)完善階段。大多數(shù)小型水電站或已運(yùn)行的許多老水電站則采用常規(guī)控制。我國小水電站自動化系統(tǒng)目前基本上沿用大中型水電站模式，即采用“集成型”模式。以可編程控制器(PLC)為核心的現(xiàn)地控制單元、同期裝置、調(diào)速器、勵磁裝置、保護(hù)等二次設(shè)備都是按功能劃分的微機(jī)型單元，再加上油、氣、水、廠用電等輔助設(shè)備的自動控制，系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)多種設(shè)備的接口與通信，缺乏標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范，導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)雜程度與大型水電站相差無幾，這樣既增加了用戶的投資，也增加了小水電站的運(yùn)行和維護(hù)的復(fù)雜性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，根據(jù)農(nóng)村小水電并網(wǎng)存在的諸多問題，公開一種適合農(nóng)村小水電使用的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是，所述系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集微機(jī)調(diào)頻調(diào)功，微機(jī)全自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)，微機(jī)過速保護(hù)，微機(jī)低速保護(hù)，微機(jī)自動經(jīng)濟(jì)發(fā)電控制，微機(jī)發(fā)電時(shí)間自動統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)動作次數(shù)統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)性能測試，微機(jī)數(shù)字儀表等多種功能于一體；所述系統(tǒng)用一塊芯片完成水輪發(fā)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速、水位、開關(guān)狀態(tài)的采樣，通過內(nèi)部編程運(yùn)算控制加電壓、減電壓、加速、減速、過速、低速等繼電器輸出；僅用一組變壓器完成測量和控制電源的功能。本發(fā)明微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)包括電網(wǎng)電壓波形變換電路、發(fā)電機(jī)端電壓波形變換電路、硬件同期判別電路、繼電器輸出電路、帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)電路、串口通訊電路、角差旋轉(zhuǎn)指示燈電路、漢字液晶顯示電路、其余顯示指示燈電路、按鍵電路、輸入接口電路。電路結(jié)構(gòu)原理如附圖所示。本系統(tǒng)與外部電路的聯(lián)系全部采用光耦隔離或電磁隔離或光電加電磁雙重隔離， 使外部干擾盡可能降至最低水平；在電源和電磁式電壓互感器(PT)強(qiáng)電回路中，加裝濾波器、壓敏電阻、瞬變電壓抑制二極管(TVS管)以削弱高頻高壓的電磁干擾。嵌入式系統(tǒng)中設(shè)置軟硬件看門狗，當(dāng)不可預(yù)見的干擾使程序跑飛時(shí)，能糾正到原有的運(yùn)行工作點(diǎn)。本系統(tǒng)輸出部分具有自動跟蹤電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓的加、減勵磁，加、減轉(zhuǎn)速的四個繼電器輸出接口，另外帶兩個繼電器輸出接口，可設(shè)置過速保護(hù)動作頻率和低速制動動作頻率出口 ；單獨(dú)的合閘繼電器輸出接口，可直接驅(qū)動自動空氣開關(guān)合閘線圈。本系統(tǒng)的顯示部分漢字液晶屏顯示電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓、發(fā)電機(jī)頻率、發(fā)電機(jī)電壓、輸入接口狀態(tài)；
本系統(tǒng)角差旋轉(zhuǎn)指示燈電路設(shè)置有八個同期角差旋轉(zhuǎn)指示燈，直觀顯示頻差速度和方向，相當(dāng)于一臺同期信號儀；另有同期指示、合閘脈沖指示、主開關(guān)位置信號燈，加勵、減勵、 加速、減速四個指示操作指示燈；
本系統(tǒng)按鍵電路設(shè)置允許頻差、允許壓差、導(dǎo)前時(shí)間、加減勵磁速度係數(shù)、加減轉(zhuǎn)速速度係數(shù)、超速頻率、制動頻率、系統(tǒng)地址。按鍵設(shè)置采用漢字提示，直觀易懂。本系統(tǒng)采用RS-485串行通信接口電路，可選擇屏上按鍵開機(jī)或上位機(jī)指令開機(jī)； 可上位機(jī)讀取電參數(shù)、輸入口狀態(tài)及控制各繼電器動作。本系統(tǒng)具有部分PLC功能，可將發(fā)電機(jī)組主要狀態(tài)信息傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)可下達(dá)各項(xiàng)命令操作系統(tǒng)出口的繼電器，實(shí)現(xiàn)后臺監(jiān)控功能。本系統(tǒng)通訊協(xié)議巧妙地采用INTEL公司51系列的9位主從通訊方式，其地址碼和數(shù)據(jù)碼靠第9位置“ 1，，或“0”來區(qū)分，提高了單片機(jī)的工作效率，簡化了串口硬件設(shè)計(jì)，降低了成本，提高了可靠性。本系統(tǒng)硬件同期判別電路可實(shí)現(xiàn)當(dāng)兩電壓(水力發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓)差值較小時(shí)，說明角差很小，允許并網(wǎng)輸出；
本系統(tǒng)內(nèi)置模擬電子相位表，士30°開放微機(jī)出口，確保系統(tǒng)無大角差誤動。所述系統(tǒng)具有按水位發(fā)電功能，高水位多發(fā)有功，低水位少發(fā)或不發(fā)有功，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較的有益效果是，本發(fā)明微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)是一款集微機(jī)調(diào)頻調(diào)功，微機(jī)全自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)，微機(jī)過速保護(hù)，微機(jī)低速保護(hù)，微機(jī)自動經(jīng)濟(jì)發(fā)電控制，微機(jī)發(fā)電時(shí)間自動統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)動作次數(shù)統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)性能測試，微機(jī)數(shù)字儀表等多種功能于一體的微機(jī)綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)。它是為中小型水輪發(fā)電機(jī)組量身定做的。它具有與上位機(jī)接口，可以選擇遠(yuǎn)方監(jiān)控或現(xiàn)地監(jiān)控。一臺發(fā)電機(jī)組配上一臺本系統(tǒng)， 就能實(shí)現(xiàn)簡單實(shí)用的電站自動發(fā)電系統(tǒng)。大大節(jié)省投資并能取得非?？捎^的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明適用于小水電全自動并網(wǎng)控制。
圖1是本發(fā)明微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)方框圖2是本發(fā)明系統(tǒng)發(fā)電機(jī)端電壓及電網(wǎng)電壓波形變換電路圖3是本發(fā)明系統(tǒng)單片機(jī)電路、串口通訊電路及角差旋轉(zhuǎn)指示燈電路；
圖4是本發(fā)明系統(tǒng)顯示電路；
圖5是本發(fā)明系統(tǒng)按鍵及指示燈、輸入接口電路；
圖6是本發(fā)明系統(tǒng)繼電器輸出電路；
圖中圖號表示1接主開關(guān)；2接備用；3接備用；4接備用；5接備用；6接備用；7接備用；8接備用；9接備用；10接備用；11接備用；12指計(jì)算機(jī)COMl接口 ； 13接增加勵磁；14 接減小勵磁；15加速；16減速；17過速；18低速；19接備用；20接計(jì)算機(jī)COM2接口 ；21電網(wǎng)電壓；22水輪發(fā)電機(jī)電壓；101是發(fā)電機(jī)端電壓波形變換電路；102是電網(wǎng)電壓波形變換電路；103是硬件同期判別電路；104是串口通訊電路；105是帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)電路；106是角差旋轉(zhuǎn)指示燈電路；107是顯示指示燈電路；108是漢字液晶顯示電路；109是按鍵電路。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如圖1-圖6所示。本發(fā)明實(shí)施例微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)包括電網(wǎng)電壓波形變換電路、發(fā)電機(jī)端電壓波形變換電路、硬件同期判別電路、繼電器輸出電路、帶A/D轉(zhuǎn)換的單片機(jī)電路、串口通訊電路、角差旋轉(zhuǎn)指示燈電路、漢字液晶顯示電路、其余顯示指示燈電路、按鍵電路、輸入接口電路。水輪發(fā)電機(jī)電壓和電網(wǎng)電壓分別接入系統(tǒng)，并經(jīng)波形整形和A/D轉(zhuǎn)換至單片機(jī)。本實(shí)施例系統(tǒng)與外部電路的聯(lián)系全部采用光耦隔離電加電磁隔離雙重隔離，使外部干擾盡可能降至最低水平；在電源和電磁式電壓互感器強(qiáng)電回路中，加裝濾波器、壓敏電阻、瞬變電壓抑制二極管以削弱高頻高壓的電磁干擾。嵌入式系統(tǒng)中設(shè)置軟硬件看門狗，當(dāng)不可預(yù)見的干擾使程序跑飛時(shí)，能糾正到原有的運(yùn)行工作點(diǎn)。本實(shí)施例系統(tǒng)輸出部分具有自動跟蹤電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓的加、減勵磁，加、減轉(zhuǎn)速的四個繼電器輸出接口，另外帶兩個繼電器輸出接口，可設(shè)置過速保護(hù)動作頻率和低速制動動作頻率出口 ；單獨(dú)的合閘繼電器輸出接口，可直接驅(qū)動自動空氣開關(guān)合閘線圈。為了適應(yīng)農(nóng)村水電站操作人員技術(shù)水平，本實(shí)施例系統(tǒng)的顯示部分漢字液晶屏顯示電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓、發(fā)電機(jī)頻率、發(fā)電機(jī)電壓、輸入接口狀態(tài)；由于顯示全部采用液晶漢字顯示，顯示內(nèi)容直觀易懂，無須培訓(xùn)。本實(shí)施例系統(tǒng)角差旋轉(zhuǎn)指示燈電路設(shè)置有八個同期角差旋轉(zhuǎn)指示燈，直觀顯示頻差速度和方向，相當(dāng)于一臺同期信號儀；另有同期指示、合閘脈沖指示、主開關(guān)位置信號燈， 加勵、減勵、加速、減速四個指示操作指示燈；
本實(shí)施例系統(tǒng)按鍵電路設(shè)置允許頻差、允許壓差、導(dǎo)前時(shí)間、加減勵磁速度係數(shù)、加減轉(zhuǎn)速速度係數(shù)、超速頻率、制動頻率、系統(tǒng)地址。按鍵設(shè)置采用漢字提示，直觀易懂。本實(shí)施例系統(tǒng)采用RS-485串行通信接口電路，可選擇屏上按鍵開機(jī)或上位機(jī)指令開機(jī)；可上位機(jī)讀取電參數(shù)、輸入口狀態(tài)及控制各繼電器動作。本系統(tǒng)具有部分PLC功能，可將發(fā)電機(jī)組主要狀態(tài)信息傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)可下達(dá)各項(xiàng)命令操作系統(tǒng)出口的繼電器，實(shí)現(xiàn)后臺監(jiān)控功能。本系統(tǒng)通訊協(xié)議巧妙地采用INTEL公司51系列的9位主從通訊方式，其地址碼和數(shù)據(jù)碼靠第9位置“ 1”或“0”來區(qū)分，提高了單片機(jī)的工作效率，簡化了串口硬件設(shè)計(jì)，降低了成本，提高了可靠性。本實(shí)施例系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)使運(yùn)行操作簡便，維護(hù)容易，只需按“開機(jī)”按鈕，機(jī)組可自動加速至50HZ附近。并自動調(diào)節(jié)電壓和轉(zhuǎn)速無沖擊并上電網(wǎng)，然后根據(jù)水位自動調(diào)節(jié)機(jī)組出力，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)發(fā)電之目的。本實(shí)施例系統(tǒng)的工作環(huán)境和主要技術(shù)指標(biāo)為
1、輸入信號電源電壓低壓400V士20%，高壓100V士20%；
2、工作環(huán)境溫度-10°C—55°C濕度<90%;
3、頻率測量精度0.OlHz ；
4、電壓測量精度0.5%;
5、毫秒計(jì)精度2us ；6、系統(tǒng)具備以下功能
(1)保證第一時(shí)間并網(wǎng)，理論上無相角誤差，快速無沖擊，且無需調(diào)試；
(2)具有測量檢修后三相開關(guān)主觸頭不同步合間及分間時(shí)差功能；
(3)具有數(shù)字毫秒計(jì)功能；
(4)具有開關(guān)合閘總次數(shù)和運(yùn)行總小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)功能，以作為開關(guān)檢修依據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，包括單片機(jī)、電路、輸入輸出接口、顯示裝置，其特征在于，所述系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集微機(jī)調(diào)頻調(diào)功，微機(jī)全自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)，微機(jī)過速保護(hù)，微機(jī)低速保護(hù)，微機(jī)自動經(jīng)濟(jì)發(fā)電控制，微機(jī)發(fā)電時(shí)間自動統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)動作次數(shù)統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)性能測試，微機(jī)數(shù)字儀表功能于一體；所述系統(tǒng)用一塊芯片完成水輪發(fā)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速、水位、開關(guān)狀態(tài)的采樣，通過內(nèi)部編程運(yùn)算控制加電壓、減電壓、加速、減速、過速、低速等繼電器輸出；用一組變壓器完成測量和控制電源的功能；所述系統(tǒng)全部采用光耦隔離或電磁隔離或光電加電磁雙重隔離方法，使外部干擾盡可能降至最低水平，在電源和PT強(qiáng)電回路中，加裝濾波器、壓敏電阻、TVS管以削弱高頻高壓的電磁干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)輸出部分具有自動跟蹤電網(wǎng)頻率、電網(wǎng)電壓的加、減勵磁，加、減轉(zhuǎn)速的四個繼電器輸出接口，另外帶兩個繼電器輸出接口，可設(shè)置過速保護(hù)動作頻率和低速制動動作頻率出口 ；單獨(dú)的合閘繼電器輸出接口，可直接驅(qū)動自動空氣開關(guān)合閘線圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)角差旋轉(zhuǎn)指示燈電路設(shè)置有八個同期角差旋轉(zhuǎn)指示燈，直觀顯示頻差速度和方向，相當(dāng)于一臺同期信號儀；另有同期指示、合間脈沖指示、主開關(guān)位置信號燈，加勵、減勵、加速、減速四個指示操作指示燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)按鍵電路設(shè)置允許頻差、允許壓差、導(dǎo)前時(shí)間、加減勵磁速度係數(shù)、加減轉(zhuǎn)速速度係數(shù)、超速頻率、 制動頻率、裝置地址；按鍵設(shè)置采用漢字提示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)采用 RS-485串行通信接口電路，可選擇屏上按鍵開機(jī)或上位機(jī)指令開機(jī)；可上位機(jī)讀取電參數(shù)、輸入口狀態(tài)及控制各繼電器動作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)硬件同期判別電路可實(shí)現(xiàn)當(dāng)水力發(fā)電機(jī)電壓與電網(wǎng)電壓差值較小時(shí)，允許并網(wǎng)輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)內(nèi)置模擬電子相位表，士30°開放微機(jī)出口，確保裝置無大角差誤動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)具有按水位發(fā)電功能，高水位多發(fā)有功，低水位少發(fā)或不發(fā)有功，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
全文摘要
一種微機(jī)多功能全自動并網(wǎng)系統(tǒng)，包括單片機(jī)、電路、輸入輸出接口、顯示裝置，所述系統(tǒng)采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，集微機(jī)調(diào)頻調(diào)功，微機(jī)全自動準(zhǔn)同期并網(wǎng)，微機(jī)過速保護(hù)，微機(jī)低速保護(hù)，微機(jī)自動經(jīng)濟(jì)發(fā)電控制，微機(jī)發(fā)電時(shí)間自動統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)動作次數(shù)統(tǒng)計(jì)，微機(jī)開關(guān)性能測試，微機(jī)數(shù)字儀表功能于一體。所述系統(tǒng)用一塊芯片完成水輪發(fā)電機(jī)的電壓、轉(zhuǎn)速、水位、開關(guān)狀態(tài)的采樣，通過內(nèi)部編程運(yùn)算控制加電壓、減電壓、加速、減速、過速、低速等繼電器輸出；用一組變壓器完成測量和控制電源的功能。所述系統(tǒng)全部采用光耦隔離或電磁隔離或光電加電磁雙重隔離方法，使外部干擾盡可能降至最低水平。本發(fā)明適用于小水電全自動并網(wǎng)控制。
文檔編號H02J3/38GK102214933SQ201110158518
公開日2011年10月12日 申請日期2011年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月14日
發(fā)明者萬偉, 萬友鵬, 吳小囡, 李崇權(quán), 楊典保, 歐陽群, 王潤根, 陳善基 申請人:江西吉安電機(jī)制造有限責(zé)任公司