專利名稱：大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力機組技術(shù)，特別是涉及一種大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)用電水平的提高及新能源發(fā)電的大力建設(shè)，人們對于調(diào)峰用抽水蓄能電站的需求越來越迫切。抽水蓄能電站在電網(wǎng)處于高峰負載時可作為發(fā)電機運行，向電網(wǎng)提供電能；在電網(wǎng)處于低谷負載時作為電動機運行，驅(qū)動水泵，把下游水庫的水抽回上游水庫，將電能轉(zhuǎn)換成勢能以作備用。抽水蓄能電站能夠發(fā)揮調(diào)峰填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和黑起動等多重功能，可以有效減少火電機組參與調(diào)峰啟停的次數(shù)，火電機組可以少擔負甚至不擔負調(diào)峰填谷的任務(wù)，從而實現(xiàn)高效平穩(wěn)運行，保證電網(wǎng)供電可靠性。因此，抽水蓄能電站合理有效的利用，可減少常規(guī)火電調(diào)峰電源建設(shè)和火電機組排放污染氣體，對改善電力系統(tǒng)的運行條件及保護環(huán)境具有重要意義。大功率抽水蓄能機組(單機容量300MW以上)在水泵工況下的啟動是其運行的關(guān)鍵問題，而啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)則是大功率抽水蓄能機組實現(xiàn)啟動的中樞。目前的大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)有多種，這些現(xiàn)有變頻調(diào)速控制系統(tǒng)雖然能很好的解決大功率抽水蓄能機組在水泵工況下的啟動問題，但是這些現(xiàn)有變頻調(diào)速控制系統(tǒng)所采用的技術(shù)都各不相同，具有通用性差的缺點，不利于后期運行及維護。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種通用性好，利于后期運行及維護的大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所提供的一種大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，包括抽水蓄能機組，及用于控制抽水蓄能機組運行的多個執(zhí)行機構(gòu)，所述抽水蓄能機組中設(shè)有用于監(jiān)測其電壓的電壓傳感器，及用于監(jiān)測其電流的電流傳感器，用于監(jiān)測其運行速度的增量式編碼器，每個執(zhí)行機構(gòu)均設(shè)有開關(guān)量執(zhí)行信號輸入口，并設(shè)有串行通訊接口和/或I^rof ibus通訊接口 ；其特征在于該系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理器、驅(qū)動信號調(diào)制板，及通過VME總線互聯(lián)的CPU板、模擬信號接口板、數(shù)字信號接口板、反射內(nèi)存板、ftOfibus通訊板、顯示板、雙口 RAM模塊；所述CPU板設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口，其數(shù)據(jù)交換接口連接一上位機；所述模擬信號接口板設(shè)有多個信號采集口，其各個信號采集口分別連接抽水蓄能機組的電壓傳感器、電流傳感器及增量式編碼器；所述數(shù)字信號接口板設(shè)有多個開關(guān)量執(zhí)行信號輸出口、多個串行通訊接口，其各個開關(guān)量執(zhí)行信號輸出口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)量執(zhí)行信號輸入口，其各個串行通訊接口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的串行通訊接口；
所述反射內(nèi)存板經(jīng)光纖連接至外部控制系統(tǒng)；所述ftOfibus通訊板設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口及多個ftOfibus通訊接口，其數(shù)據(jù)交換接口連接一控制器，其各個ftOfibus通訊接口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的ftOfibus通訊接 Π ；所述顯示板設(shè)有一視頻輸出口，并設(shè)有多個指令按鍵，及連接各指令按鍵的鍵盤電路，其視頻輸出口連接一顯示屏；所述雙口 RAM模塊和數(shù)字信號處理器均設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口，并通過數(shù)據(jù)交換接口互聯(lián)；所述驅(qū)動信號調(diào)制板設(shè)有數(shù)據(jù)接口及脈沖驅(qū)動信號輸出端，其數(shù)據(jù)接口連接數(shù)字信號處理器的數(shù)據(jù)交換接口，其脈沖驅(qū)動信號輸出端連接抽水蓄能機組的啟動主回路功率器件。本發(fā)明提供的大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，利用模擬信號接口板采集抽水蓄能機組的模擬信號，利用數(shù)字信號接口板采集執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)字信號，及輸出開關(guān)量執(zhí)行信號給執(zhí)行機構(gòu)，利用反射內(nèi)存板連接外部控制系統(tǒng)，利用ftOfibus通訊板與執(zhí)行機構(gòu)實現(xiàn)ibus通訊，且各板件之間通過VME總線進行數(shù)據(jù)交換、信息傳輸，具有良好的通用性，便于控制系統(tǒng)的擴展，且利于后期運行及維護。


圖1是本發(fā)明實施例的大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合

對本發(fā)明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護范圍。如圖1所示，本發(fā)明實施例所提供的一種大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，包括抽水蓄能機組(圖中未示)，及用于控制抽水蓄能機組運行的多個執(zhí)行機構(gòu) (圖中未示)，所述抽水蓄能機組中設(shè)有用于監(jiān)測其電壓的電壓傳感器，及用于監(jiān)測其電流的電流傳感器，用于監(jiān)測其運行速度的增量式編碼器，每個執(zhí)行機構(gòu)均設(shè)有開關(guān)量執(zhí)行信號輸入口，并設(shè)有串行通訊接口和/或ftOfibus通訊接口 ；其特征在于該系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理器(DSP) 9、驅(qū)動信號調(diào)制板10，及通過VME 總線1互聯(lián)的CPU板2、模擬信號接口板3、數(shù)字信號接口板4、反射內(nèi)存板5、Profibus通訊板6、顯示板7、雙口 RAM模塊8 ；所述CPU板2設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口，其數(shù)據(jù)交換接口連接一上位機11 ；所述模擬信號接口板3設(shè)有多個信號采集口，其各個信號采集口分別連接抽水蓄能機組的電壓傳感器、電流傳感器及增量式編碼器；所述數(shù)字信號接口板4設(shè)有多個開關(guān)量執(zhí)行信號輸出口、多個串行通訊接口及四個數(shù)字信號備用輸入口，其各個開關(guān)量執(zhí)行信號輸出口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)量執(zhí)行信號輸入口，其各個串行通訊接口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的串行通訊接口 ；所述反射內(nèi)存板5經(jīng)光纖連接至外部控制系統(tǒng)12，用于與外部控制系統(tǒng)之間的遠程通訊，可以滿足相距IOkm的控制系統(tǒng)之間的通訊，且通訊速度最高可達174Mbyte/s，可以實現(xiàn)系統(tǒng)之間的實時控制；所述ibus通訊板6設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口及多個ibus通訊接口，其數(shù)據(jù)交換接口連接一控制器13，該控制器13為現(xiàn)有技術(shù)，可采用PLC或上位機，ftOfibus通訊板 6的各個ftOfibuS通訊接口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的ftOfibuS通訊接口，ftOfibuS通訊速度最高可達12Mbit/S，可以滿足實時性要求不高的通訊和控制要求；所述顯示板7設(shè)有一視頻輸出口，并設(shè)有多個指令按鍵，及連接各指令按鍵的鍵盤電路，其視頻輸出口連接一顯示屏14，所述鍵盤電路為現(xiàn)有技術(shù)；所述雙口 RAM模塊8和數(shù)字信號處理器9均設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口，并通過數(shù)據(jù)交換接口互聯(lián)；所述驅(qū)動信號調(diào)制板10設(shè)有數(shù)據(jù)接口及脈沖驅(qū)動信號輸出端，其數(shù)據(jù)接口連接數(shù)字信號處理器9的數(shù)據(jù)交換接口，其脈沖驅(qū)動信號輸出端連接抽水蓄能機組的啟動主回路功率器件。本發(fā)明實施例所提供的抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)的具體控制方法如下CPU板2實時接收來自上位機11的控制指令，并通過VME總線1與模擬信號接口板3、數(shù)字信號接口板4、雙口 RAM模塊8進行通訊，接收模擬信號接口板3和數(shù)字信號接口板4上傳的數(shù)據(jù)，及讀取雙口 RAM模塊8中的數(shù)據(jù)，CPU板2根據(jù)接收到的來自上位機11 的控制指令，通過矢量控制算法對接收到的數(shù)據(jù)進行計算，并根據(jù)計算結(jié)果，通過VME總線 1下發(fā)對應(yīng)指令或?qū)?yīng)數(shù)據(jù)給數(shù)字信號接口板4，或下發(fā)對應(yīng)數(shù)據(jù)至雙口 RAM模塊8 ；模擬信號接口板3通過抽水蓄能機組的電壓傳感器、電流傳感器及增量式編碼器實時采集抽水蓄能機組的電壓、電流及運行速度的模擬信號，并將所采集的電壓、電流及運行速度的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過VME總線1上傳給CPU板2 ；模擬信號接口板3將所采集的抽水蓄能機組啟動過程中的輸入電流、運行速度等數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號通過VME總線1輸出至顯示板7，顯示板7將接收到的信號轉(zhuǎn)換為視頻信號后實時輸出至顯示屏14，方便工作人員進行觀測；數(shù)字信號接口板4通過串行通訊接口實時采集各執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)字信號，并將所采集的數(shù)字信號通過VME總線1上傳給CPU板2，數(shù)字信號接口板4所采集的各執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)字信號包括遠程起動信號、遠程停止信號、遠程復位信號、遠程急停信號、上級高壓輔助信號；數(shù)字信號接口板4通過VME總線1實時接收CPU板2下發(fā)的數(shù)據(jù)或指令，并將CPU 板2下發(fā)的數(shù)據(jù)或指令通過其開關(guān)量執(zhí)行信號輸出口轉(zhuǎn)出至對應(yīng)的執(zhí)行機構(gòu)，CPU板2下發(fā)的數(shù)據(jù)或指令包括SFC運行指令、SFC就緒指令、SFC故障指令、SFC報警指令；反射內(nèi)存板5經(jīng)光纖實時接收外部控制系統(tǒng)12的發(fā)送來的外部信號，并將接收到的外部信號通過VME總線1轉(zhuǎn)發(fā)給CPU板2，CPU板2實時處理所接收到的來自反射內(nèi)存板 5的外部信號，并根據(jù)處理結(jié)果輸出對應(yīng)數(shù)據(jù)給上位機11，操作人員可通過上位機11處理 CPU板2上傳的數(shù)據(jù)，并可通過上位機11發(fā)送返回給外部控制系統(tǒng)12的返回信號給CPU板 2，CPU板2收到上位機11下發(fā)的返回給外部控制系統(tǒng)12的返回信號后，即通過VME總線1 返回給反射內(nèi)存板5;
反射內(nèi)存板5通過VME總線1實時接收CPU板2返回給外部控制系統(tǒng)12的返回信號，并通過光纖將接收到的返回信號轉(zhuǎn)發(fā)給外部控制系統(tǒng)12，實現(xiàn)異地系統(tǒng)之間的實時控制；ftOfibus通訊板6實時接收執(zhí)行機構(gòu)輸出的故障信號、反饋信號和命令信號，并按照ftOfibus通訊協(xié)議對所接收到的信號進行處理，然后將處理過的信號通過VME總線1 上傳給CPU板2 ；顯示板7通過VME總線1實時接收各板件輸出的本系統(tǒng)工作狀態(tài)信息，并輸出至顯示屏14顯示；顯示板7對由其指令按鍵輸入的指令實時處理，并根據(jù)處理結(jié)果輸出對應(yīng)數(shù)據(jù)至顯示屏14顯示；雙口 RAM模塊8實時接收并存儲CPU板2和數(shù)字信號處理器9發(fā)送來的數(shù)據(jù)；數(shù)字信號處理器9實時讀取CPU板2發(fā)送給雙口 RAM模塊8的數(shù)據(jù)，并根據(jù)所讀取的數(shù)據(jù)完成采樣及轉(zhuǎn)矩閉環(huán)、矢量計算等控制計算，再根據(jù)計算結(jié)果返回相應(yīng)數(shù)據(jù)給CPU 板2，并生成電壓矢量給定值傳遞給驅(qū)動信號調(diào)制板10，驅(qū)動信號調(diào)制板10根據(jù)收到的電壓矢量給定值，通過SVPWM算法生成PWM調(diào)制波發(fā)送至抽水蓄能機組的啟動主回路功率器件，驅(qū)動抽水蓄能機組的啟動主回路功率器件動作。 本發(fā)明實施例中，數(shù)字信號處理器9完成采樣及轉(zhuǎn)矩閉環(huán)、矢量計算等控制計算， 最后生成電壓矢量給定值，及驅(qū)動信號調(diào)制板10通過SVPWM算法生成PWM調(diào)制波均為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明實施例中，所述CPU板2、模擬信號接口板3、數(shù)字信號接口板4、反射內(nèi)存板5、Profibus通訊板6均采用GE(通用電氣)公司現(xiàn)有產(chǎn)品，其中CPU板2的型號為 VMIVME-7807RC,模擬信號接口板3的型號為VMIVME-3123或VMIVME-4140，數(shù)字信號接口板 4的型號為VMIVME-2536，反射內(nèi)存板5的型號為VMIVME-5565，Profibus通訊板6的型號為 SST_PB3_VME。本發(fā)明實施例中，所述雙口 RAM模塊8采用Altera公司生產(chǎn)的Cyclone III系列 FPGA芯片。本發(fā)明實施例中，CPU板2分析數(shù)據(jù)的矢量控制算法為現(xiàn)有技術(shù)，具體為按氣隙磁場定向的同步電機矢量控制算法。
權(quán)利要求
1. 一種大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，包括抽水蓄能機組，及用于控制抽水蓄能機組運行的多個執(zhí)行機構(gòu)，所述抽水蓄能機組中設(shè)有用于監(jiān)測其電壓的電壓傳感器，及用于監(jiān)測其電流的電流傳感器，用于監(jiān)測其運行速度的增量式編碼器，每個執(zhí)行機構(gòu)均設(shè)有開關(guān)量執(zhí)行信號輸入口，并設(shè)有串行通訊接口和/或ftOfibus通訊接口 ；其特征在于該系統(tǒng)包括數(shù)字信號處理器、驅(qū)動信號調(diào)制板，及通過VME總線互聯(lián)的 CPU板、模擬信號接口板、數(shù)字信號接口板、反射內(nèi)存板、Profibus通訊板、顯示板、雙口 RAM 模塊；所述CPU板設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口，其數(shù)據(jù)交換接口連接一上位機； 所述模擬信號接口板設(shè)有多個信號采集口，其各個信號采集口分別連接抽水蓄能機組的電壓傳感器、電流傳感器及增量式編碼器；所述數(shù)字信號接口板設(shè)有多個開關(guān)量執(zhí)行信號輸出口、多個串行通訊接口，其各個開關(guān)量執(zhí)行信號輸出口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的開關(guān)量執(zhí)行信號輸入口，其各個串行通訊接口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的串行通訊接口；所述反射內(nèi)存板經(jīng)光纖連接至外部控制系統(tǒng)；所述ftOfibus通訊板設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口及多個ftOfibus通訊接口，其數(shù)據(jù)交換接口連接一控制器，其各個ftx)fibUS通訊接口分別連接各執(zhí)行機構(gòu)的ftOfibus通訊接口 ；所述顯示板設(shè)有一視頻輸出口，并設(shè)有多個指令按鍵，及連接各指令按鍵的鍵盤電路， 其視頻輸出口連接一顯示屏；所述雙口 RAM模塊和數(shù)字信號處理器均設(shè)有數(shù)據(jù)交換接口，并通過數(shù)據(jù)交換接口互聯(lián)；所述驅(qū)動信號調(diào)制板設(shè)有數(shù)據(jù)接口及脈沖驅(qū)動信號輸出端，其數(shù)據(jù)接口連接數(shù)字信號處理器的數(shù)據(jù)交換接口，其脈沖驅(qū)動信號輸出端連接抽水蓄能機組的啟動主回路功率器件。
全文摘要
一種大功率抽水蓄能機組啟動用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)，涉及電力機組技術(shù)領(lǐng)域，所解決的現(xiàn)有系統(tǒng)通用性差，不利于后期運行及維護的技術(shù)問題。該系統(tǒng)包括通過VME總線互聯(lián)的CPU板、模擬信號接口板、數(shù)字信號接口板、反射內(nèi)存板、Profibus通訊板、顯示板、雙口RAM模塊，及連接雙口RAM模塊的數(shù)字信號處理器，連接數(shù)字信號處理器的驅(qū)動信號調(diào)制板；所述CPU板連接一上位機；所述模擬信號接口板用于采集抽水蓄能機組的模擬信號；所述數(shù)字信號接口板用于采集執(zhí)行機構(gòu)的數(shù)字信號，及輸出開關(guān)量執(zhí)行信號給執(zhí)行機構(gòu)。本發(fā)明提供的系統(tǒng)，通用性好，利于后期運行及維護。
文檔編號H02P1/54GK102332852SQ20111025330
公開日2012年1月25日 申請日期2011年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月30日
發(fā)明者喬樹通, 吳瑋, 姜建國, 左東升, 徐亞軍, 王貴峰, 羅* 申請人:上海交通大學