專利名稱：微機電壓無功綜合控制裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及變電站的電壓及無功功率的控制，屬電力系統(tǒng)自動控制領域。
目前變電站的自動調(diào)壓設備有兩類，一類是晶體管型，其缺點是工作不穩(wěn)定，可靠性不高；控制規(guī)律比較固定，不能進行優(yōu)化控制，常造成調(diào)功率因素與調(diào)電壓的矛盾，以致造成頻繁調(diào)節(jié)，影響變壓器分接開關和電容器開關的壽命和安全，因此較少應用。另一類是微機型自動調(diào)壓裝置，這類裝置由微機控制，克服了晶體管型的缺點。但目前的微機型自動調(diào)壓裝置對電流、電壓、功率的測量多采用直流采樣，需要有變送器，現(xiàn)場調(diào)試時必須對變送器的精度進行校驗，增加調(diào)試工作量，其次是只有當?shù)氐目刂乒δ?，缺乏串行通訊功能，不能與上級調(diào)度主站通訊，更不能接受統(tǒng)一的調(diào)度命令，其三是沒有監(jiān)視由于投入電容后引起的諧波放大和對諧波的控制功能，其四目前微機自動調(diào)控裝置多數(shù)只能控制二臺主變壓器，目前我國變電站不少已擴建成三臺變壓器，所以現(xiàn)有的微機自動調(diào)控裝置已不能滿足電力工業(yè)發(fā)展的需要。
本發(fā)明的目的是提供一種可用于220KV及以上電壓等級的變電站，可調(diào)控1-3臺主變壓器的分接頭位置和1～12組無功補償電容器，具有諧波監(jiān)視和控制功能及有串行通訊，能實現(xiàn)大區(qū)調(diào)度關聯(lián)控制，并有打印記錄功能的微機自動電壓無功調(diào)控裝置。
本發(fā)明微機電壓無功綜合控制裝置由模擬量輸入電路，輸入電路、輸出電路、人機接口電路、主機模塊和打印機六部分組成。模擬量輸入電路又由電壓形成電路和模數(shù)轉換電路組成；輸入電路由輸入繼電器隔離電路和開關量輸入電路組成；輸出電路由出口繼電器電路和開關量輸出電路組成。
說明附圖如下圖1為本發(fā)明微機電壓無功綜合控制裝置原理框圖。
圖2為電壓形成電路原理圖。
圖3為模數(shù)轉換電路原理圖。
圖4為輸入繼電器隔離電路圖。
圖5為開關量輸入電路原理圖。
圖6為46路開關量輸出電路原理圖。
圖7為出口繼電器電路原理圖。
圖8為人機接口電路圖。
圖9為主程序框圖。
圖10為通訊程序框圖。
結合


實施例如下本發(fā)明微機電壓無功綜合控制裝置(見圖1)由模擬量輸入電路(I)，輸入電路(II)，輸出電路(III)、人機接口電路(IV)，主機模塊(V)和打印機(VI)六部分組成。
模擬量輸入電路模擬量輸入電路(I)包括電壓形成電路(圖2)和模數(shù)轉換電路(圖3)。模擬量輸入電路是把三臺變壓器的電壓、電流等有關信號采樣后，送給主機模塊進行分析、計算以判斷運行狀況是否正常。每臺變壓器要采入的模擬量有6個，分別為高壓側VAB、VBC、IA、IC和中壓側VAC，低壓側VAC(見圖2)，這些量均是強電信號分別取自變電站相應的電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)，然后經(jīng)過電壓形成回路變成弱電壓信號(幅值為-10伏～+10伏的交流信號)，再輸入至模數(shù)轉換電路。
電壓形成電路包括變壓器電壓的電壓形成電路及電流的電壓形成電路(圖2)。變壓器電壓的電壓形成電路(VII)由電壓互感器(小PT)、穩(wěn)壓管DW、電組R、電容C組成。要采入的電壓經(jīng)本電路的小PT降壓后，經(jīng)RC濾波，濾去高頻分量，送給模數(shù)轉換電路。兩個穩(wěn)壓管DW的作用是限幅以保護模數(shù)轉換電路的安全。電流的電壓形成電路(VIII)由電流互感器小CT、穩(wěn)壓管DW、標準電阻RU、電阻R、電容C所組成。要采入的電流經(jīng)過本電路的小CT，變?yōu)樾‰娏鳎?jīng)過RU變成電壓信號，再經(jīng)RC濾波，濾去高頻分量，送至模數(shù)轉換電路。兩個穩(wěn)壓管DW的作用是限幅以保護模數(shù)轉換電路。
模數(shù)轉換電路(圖3)為雙24路模數(shù)轉換，該電路主要由4片16路的多路模擬開關(AD7506)和2片采樣保持AD583KD、2片12位的模數(shù)轉換芯片AD574以及5片八同相三態(tài)收發(fā)器74LS245和二片8D鎖存器74LS273與比較器74LS688譯碼器74LS139和GAL16V8等芯片組成，構成兩個獨立的24路的A/D轉換通道，其中單24路的原理結構框圖如圖3。
模數(shù)轉換電路簡單的工作原理如下由電壓形成電路來的模擬量，分別由多路模擬開關AD7506選通后，經(jīng)采樣保持器AD583KD保持后輸入給AD574進行A/D轉換，轉換后的12位數(shù)字量的高4位由74LS245②經(jīng)過74LS245①讀入至CPU，而低8位由74LS245③經(jīng)過74LS245①讀入至CPU。多路開關的通道選通由8D鎖存器74LS273控制。AD574的片選由比較器74LS688和GAL16V8譯碼決定。而A/D轉換后高4位與低8位緩沖器(74LS245)的端口地址和AD574的轉換控制R/C由譯碼器74LS139決定。該電路設計成雙24路的原因是因為對P、Q的計算必須保證相應的U、i采樣的同時性。
輸入電路輸入電路包括輸入繼電器隔離電路和開關量輸入電路兩部分。本發(fā)明可控制三臺主變和12組電容器，需引入三類開關量，(A)分頭位置、(B)電容器開關位置、(C)與二臺主變運行方式有關的開關和刀閘的位置。這三類開關量均處于強電磁環(huán)境，為保證裝置能安全、可靠運行，在這些開關量引到開關量輸入電路之前，先使其經(jīng)過輸入繼電器隔離電路隔離(圖4)。
輸入繼電器隔離電路由繼電器和分壓電阻R組成。
其工作原理如下當變電站現(xiàn)場來的開關觸點Ki閉合時，則相關的繼電器線圈通電，繼電器動作，繼電器的常開觸點iJ閉合，則由開關量輸入電路讀入相應的信號為高電平，便可知道此開關狀態(tài)為合上，反之，便為打開狀態(tài)。繼電器采用DC48伏的小型繼電器。
現(xiàn)場的開關量經(jīng)過繼電器隔離電路后，送入48路開關量輸入電路(圖5)。
開關量輸入電路由光電耦合器TLP521-4，限流電阻R1及八同相三態(tài)收發(fā)器74LS245和邏輯可編程陣列GAL16V8和比較器74LS688等芯片組成。由比較器74LS688和GAL16V8決定各片74LS245的端口地址。
其工作原理如下(以K1開關為例)a.當開關K1打開時，相對應的光電耦合器TLP521不導通，則CPU由74LS245(2)經(jīng)74LS245(1)讀入的D0位為低電平。
b.當開關K1合下時，使相對應的TLP521導通，則CPU從74LS245(2)經(jīng)74LS245(1)讀入的D0為高電平。故可以根據(jù)CPU從開入板讀入的各位的電平高低，判斷開關是否合上。
輸出電路輸出電路(III)包括開關量輸出電路和出口繼電器電路兩部分。輸出信號包括對三臺主變分接頭升、降和12組電容器開關投、切的控制，以及受控系統(tǒng)異常報警信號。這些輸出信號均由46路開關量輸出電路輸出，然后再經(jīng)過出口繼電器電路去轉換為驅動跳、合閘繼電器的出口信號。
46路開關量輸出電路(圖6)由74LS245和8D鎖存器74LS273、六反相器74LS06、光電耦合器TLP521-4和三極管D667以及比較器74LS688、邏輯可編程陣列GAL16V8等組成。
其工作原理如下由74LS688和GAL16V8決定本電路板的地址和各端口的地址。
如果要輸出某路命令或信號時，則CPU將該路相應的位輸出為高電平，則經(jīng)74LS273鎖存后，經(jīng)74LS06反相為低電平，使相應的光電耦合器TLP521導通，經(jīng)三極管D667放大后，輸出可驅動繼電器的命令。
輸出繼電器電路(圖7)中，繼電器采用DC24V的繼電器。如果有命令輸出時，由開關量輸出電路發(fā)出命令，使三極管D667導通(圖6)，輸出24伏驅動信號，使輸出繼電器nJ動作(圖7)，其觸點閉合，需升、降分頭或投、切電容等命令便可輸出。
人機接口電路人機接口包括鍵盤控制，CRT顯示及打印輸出。其中CRT顯示器為一體化工作站上配有的7″CRT顯示器；打印機采用EPSON150K80列打印機和小鍵盤。它的控制是由人機接口電路實現(xiàn)的，同時人機接口電路還提供了擴展E2PROM，用于實現(xiàn)定值的修改。
人機接口電路(圖8)主要由鍵盤/顯示接口芯片Intel8279、E2PROM28C17、鎖存器74LS273，總線緩沖器74LS245、比較器74LS688、光隔TLP521-4、邏輯可編程陣列GAL16V8、74LS14及4位二進制計數(shù)器74LS93組成。其結構與功能，可以分成兩部分鍵盤管理鍵盤陣列經(jīng)過TLP521-4光電隔離后與8279芯片的SL0～2和2L0～7相連。由于PC主機系統(tǒng)時鐘過高，經(jīng)過74LS93四分頻后再與8279的時鐘相連。當有鍵按下時，8279發(fā)出的IRQ信號送至PC總線的IRQ9，觸發(fā)中斷，由中斷服務程序進行相應處理。74LS14提供74LS273的復位信號。
E2PROM讀寫由兩片74LS273鎖存28C17的地址，由74LS245提供寫入或讀出的數(shù)據(jù)。由74LS688和GAL16V8提供28C17的讀、寫和片選信號。
主機模塊采用IPC486(工業(yè)控制機)主機板，主要技術性能如下.CPU 486DX2-66.RAM 4MB.EPROM 27CO4O(共512KB)，全部程序固化在EPROM中。
.RS 232 串口 2個.并口 1個打印機配有80列打印機，有六種打印功能。
①召喚打印，可打印三臺主變的實時參數(shù)及分頭位置和電容器狀態(tài)，電壓合格率等。
②電壓不合格自動打?、垭妷夯謴驼Ｗ詣哟蛴?
④諧波越限打?、菸缫菇y(tǒng)計打?、拊陆y(tǒng)計打印系統(tǒng)的軟件結構本裝置除上述硬件外，還有軟件配合運行，軟件按功能可分為三大部分主程序、管理程序和通訊程序。
(1)主程序(圖9)主程序的功能歸納如下1.進行必要的初始化，以使各模塊正常工作；2.對交流電壓，電流定時進行采樣和數(shù)據(jù)處理，對某些必要的量進行諧波分析，正常值采樣用每周波16點，諧波分析采樣，用每周波64點；3.自動判斷變電站的運行方式；4.進行邏輯判斷，確定應采取的調(diào)控措施；5.發(fā)出控制命令并對命令執(zhí)行情況進行反饋；6.檢測異常情況并輸出報警信號；7.電壓合格率的計算；8.打印；9.管理(2)管理程序管理程序的任務是管理本裝置的鍵盤，處理由鍵盤下達的命令，以完成人機交互功能。管理程序是通過鍵盤中斷實現(xiàn)的。
(3)通訊程序(圖10)通訊程序的任務是完成與調(diào)度之間的串行通訊，將調(diào)控結果送至調(diào)度，并接受調(diào)度下達的命令。
本發(fā)明微機電壓無功綜合控制系統(tǒng)的工作過程根據(jù)圖1的系統(tǒng)原理結構，當主機模塊的微型計算機通過電壓形成電路和模數(shù)轉換電路，采集主變高、中、低壓側的電壓及高壓側電流，然后計算出主變高壓側P、Q。再由輸入繼電器隔離電路和開關量輸入電路，輸入分頭位置和電容器狀態(tài)以及與運行方式有關的開關和刀閘位置。然后根據(jù)計算出來的U、Q和所判斷出來的運行方式以及分頭位置和電容器開關狀態(tài)及其投、切歷史，進行綜合決策，選擇最優(yōu)的調(diào)控決策并通過開關量輸出電路和出口繼電器去完成調(diào)控任務。
諧波監(jiān)視和控制功能的實現(xiàn)本裝置采用交流采樣，對電容器安裝處的母線電壓進行每周波64點采樣，對采樣結果利用富氏算法，計算出2，3，5，7，9次諧波，并對各次諧波進行越限比較，如果發(fā)現(xiàn)某次諧波越限，則發(fā)出報警信號，如果在投入某組電容器后，引起某次諧波放大造成越限則立即將該組電容切除，保證電容器的安全和系統(tǒng)的安全，這是本系統(tǒng)在完成電壓無功控制過程中對電力系統(tǒng)安全運行的又一貢獻。
遠方通訊功能本裝置對電壓和無功的控制除了本身能自動執(zhí)行優(yōu)化控制功能外，還具有串行通訊的硬件接口和通訊軟件，可以將所檢測、計算和調(diào)控的結果送上級調(diào)度，也可接受由調(diào)度下達的調(diào)控命令。
電壓合格率的計算當微計算機檢測到受控母線電壓(對于220KV的變電站，取110KV側電壓為受控電壓)，連續(xù)2分鐘超過規(guī)定的標準范圍，則開始統(tǒng)計電壓不合格的時間，并自動啟動打印機打印不合格發(fā)生的初始時刻和此時的運行工況。等到電壓恢復合格時，又自動打印電壓恢復合格的時間和運行工況。
電壓不合格的時間，以分鐘為統(tǒng)計單位，一天的電壓合格率的計算公式如下電壓合格率(％)＝100％-(tnon(分)/T(分))*100％tnon當天電壓不合格的累計時間(以分鐘為單位)。
T一天運行的總分鐘數(shù)。
為了解決高峰期電壓偏低，低谷期電壓偏高的現(xiàn)象，采取了下面的措施把一天劃為三個高峰和三個低谷，起止時間由用戶設定，在高峰期采取較高的定值UH，在低谷期取較低的定值UL。這樣就在一定程度上滿足了逆調(diào)壓的要求。
權利要求
1.一種微機電壓無功綜合控制裝置，其特征是由模擬量輸入電路，輸入電路，輸出電路、人機接口電路，主機模塊和打印機六部分組成，模擬量輸入電路包括電壓形成電路和模數(shù)轉換電路，電壓形成電路包括變壓器電壓的電壓形成電路及電流的電壓形成電路，變壓器電壓的電壓形成電路由互感器(小PT)、穩(wěn)壓管DW、電組R、電容C組成，要采入的電壓經(jīng)本電路的小PT降壓后，經(jīng)RC濾波，濾去高頻分量，送給模數(shù)轉換電路，電流的電壓形成電路由互感器小CT、穩(wěn)壓管DW、電阻RU、R、電容C所組成，要采入的電流經(jīng)過本電路的小CT，變?yōu)樾‰娏鳎?jīng)過RU變成電壓信號，再經(jīng)RC濾波，濾去高頻分量，送至模數(shù)轉換電路，模數(shù)轉換電路為雙24路模數(shù)轉換，該電路主要由4片16路的多路模擬開關(AD7506)和2片采樣保持AD583KD、2片12位的模數(shù)轉換芯片AD574以及5片八同相三態(tài)收發(fā)器74LS245和二片8D鎖存器74LS273與譯碼器74LS139和GAL16V8等芯片組成，由電壓形成電路來的模擬量，分別由多路模擬開關AD7506選通后，經(jīng)采樣保持器AD583KD保持后輸入給AD574進行A/D轉換，轉換后的12位數(shù)字量的高4位由74LS245②經(jīng)過74LS245①讀入至CPU，而低8位由74LS245③經(jīng)過74LS245①讀入CPU。多路開關的通道選通由8D鎖存器74LS273控制。AD574的片選由比較器74LS688和GAL16V8決定，而A/D轉換后高4位與低8位緩沖器(74LS245)的端口地址和AD574的轉換控制R/C由譯碼器74LS139決定，輸入電路包括輸入繼電器隔離電路和開關量輸入電路兩部分，輸入繼電器隔離電路由繼電器和分壓電阻組成，開關量輸入電路由光電耦合器TLP521-4，八同相三態(tài)收發(fā)器74LS245和邏輯可編程陳列GAL16V8和74LS688比較器等芯片組成，輸出電路包括開關量輸出電路和出口繼電器電路兩部分，開關量輸出電路由74LS245和8D鎖存器74LS273、六反相器74LS06、光電耦合器TLP521-4和三極管D667以及比較器74LS688、邏輯可編程陣列GAL16V8等組成，如果要輸出某路命令或信號時，則CPU將該路相應的位輸出為高電平，則經(jīng)74LS273鎖存后，經(jīng)74LS06反相為低電平，使光電耦合器TLP521導通，經(jīng)三極管D667放大后，輸出可驅動繼電器的命令，輸出繼電器電路中，繼電器采用DC24V的繼電器，如果有命令輸出時，由開關量輸出電路發(fā)出命令，使三極管D667導通，輸出24伏，使輸出繼電器nJ導通，其觸點閉合，需升、降分頭或投、切電容等命令便輸出，人機接口包括鍵盤控制，CRT顯示及打印輸出。其中CRT顯示為一體化工作站上配有的7″CRT顯示器；打印機采用EPSON150K80列打印機，人機接口電路主要由鍵盤/顯示接口芯片Intel8279、E2PROM28C17、鎖存器74LS273，總線緩沖器74LS245、比較器74LS688、光隔TLP521-4、邏輯可編程陣列GAL16V8、74LS14及4位二進制計數(shù)器74LS93組成，鍵盤陣列經(jīng)過TLP521光電隔離與8279芯片的SL0～2和RL0～7相連，由于PC主機系統(tǒng)時鐘過高，經(jīng)過74LS93四分頻后再與8279的時鐘相連，當有鍵按下時，8279發(fā)出的IRQ信號送至PC總線的IRQ9，觸發(fā)中斷，由中斷服務程序進行相應處理，74LS14提供74LS273的復位信號，E2PROM讀寫由兩片74LS273鎖存28C17的地址，由74LS245提供寫入或讀出的數(shù)據(jù)，由74LS688和GAL16V8提供28C17的讀、寫和片選信號，主機模塊采用IPC486(工業(yè)控制機)主機板。
全文摘要
一種微機電壓無功綜合控制裝置，屬電力系統(tǒng)自動控制領域。該裝置由模擬量輸入電路，輸入電路，輸出電路、人機接口電路，主機模塊和打印機六部分組成，模擬量輸入電路包括電壓形成電路和模數(shù)轉換電路，輸入電路包括輸入繼電器隔離電路和開關量輸入電路兩部分，輸出電路包括開關量輸出電路和出口繼電器電路兩部分，人機接口包括鍵盤控制，CRT顯示及打印輸出。本裝置可用于220KV及以上電壓等級的變電站，可調(diào)控1-3臺主變和1-12組電容器。
文檔編號G05B15/02GK1167289SQ9710362
公開日1997年12月10日 申請日期1997年3月21日 優(yōu)先權日1997年3月21日
發(fā)明者黃益莊, 王蕾 申請人:清華大學