中小型水輪發(fā)電機(jī)組dspic綜合控制器的制造方法
【專利說明】中小型水輪發(fā)電機(jī)組DSPIC綜合控制器
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002 ]本發(fā)明涉及一種中小型水輪發(fā)電機(jī)組DSPIC綜合控制器。
【背景技術(shù)】
[0003]
水輪發(fā)電機(jī)組由水力、水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)組成，是水電站與電力系統(tǒng)重要組成部分，是一個(gè)多變量、時(shí)變、非線性系統(tǒng)，水輪發(fā)電機(jī)組控制聯(lián)接水力測(cè)控、水輪機(jī)測(cè)控、發(fā)電機(jī)測(cè)控，一般是通過調(diào)速器控制進(jìn)水量調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的有功功率及頻率，通過勵(lì)磁控制器控制發(fā)電機(jī)端電壓與輸出的無功功率，根據(jù)水位測(cè)控對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)電與負(fù)荷控制，在正常運(yùn)行狀態(tài)下保證負(fù)荷的要求、電能質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)電與靜態(tài)穩(wěn)定性，在事故狀態(tài)下提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性、動(dòng)態(tài)與暫態(tài)穩(wěn)定性。主要控制單元有:勵(lì)磁控制、轉(zhuǎn)速控制、同期合閘控制、過程控制、水位測(cè)控、溫度巡檢、機(jī)組保護(hù)和通信，其中勵(lì)磁控制、轉(zhuǎn)速控制和同期合閘控制是水電廠中最基本的控制，它對(duì)于保證水電站與電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行、電能質(zhì)量起著關(guān)鍵性作用。傳統(tǒng)的控制方式是:勵(lì)磁控制、轉(zhuǎn)速控制、同期控制、過程控制、水位測(cè)控、溫度巡檢和機(jī)組保護(hù)都是從自身的目標(biāo)出發(fā)，各自構(gòu)成獨(dú)立的工作系統(tǒng)，分開設(shè)置控制器，對(duì)不同的目標(biāo)進(jìn)行控制，其體積龐大、設(shè)備分散、響應(yīng)速度慢、價(jià)格高、安裝維修不便、不能進(jìn)行資源共享、不便進(jìn)行調(diào)速、勵(lì)磁、同期之間的協(xié)調(diào)控制及實(shí)現(xiàn)最佳控制。
[0004]鑒于水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁控制、轉(zhuǎn)速控制和同期控制是一個(gè)密切關(guān)聯(lián)的整體，其耦合性強(qiáng)，忽略或簡(jiǎn)化它們之間互相影響與關(guān)聯(lián)，不但會(huì)影響其控制質(zhì)量，而且會(huì)影響發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性，甚至?xí)绊戨娏ο到y(tǒng)運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性與供電質(zhì)量。為此，應(yīng)將水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、轉(zhuǎn)速、同期合閘作為個(gè)整體進(jìn)行綜合協(xié)調(diào)控制。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)永電站綜合自動(dòng)化與無人值守，還必須將水輪發(fā)電機(jī)組的過程控制、水位測(cè)控、溫度巡檢和機(jī)組保護(hù)同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種基于DSPIC30F6014A單片機(jī)(簡(jiǎn)稱為DSPIC單片機(jī))集水電站的水力、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)和通信功能于一體的高度集成化、一體化、智能化的綜合控制器。本發(fā)明的任務(wù)是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明的中小型水輪發(fā)電機(jī)組DSPIC綜合控制器，包括水力測(cè)控、水輪機(jī)測(cè)控、發(fā)電機(jī)測(cè)控，所述的DSPIC綜合控制器的集勵(lì)磁控制單元、轉(zhuǎn)速控制單元、同期控制單元、過程控制單元、水位測(cè)控單元、溫度巡檢單元、機(jī)組保護(hù)單元、通信單元于一體，采用DSPIC單片機(jī)為主控制機(jī)，DSPIC單片機(jī)一端與采樣單元聯(lián)接，另一端與輸出系統(tǒng)聯(lián)接，還有一端通過通信口與觸摸屏聯(lián)接，一端與電源單元聯(lián)接，并可通過以太網(wǎng)與上位機(jī)系統(tǒng)聯(lián)接;所述的勵(lì)磁控制、轉(zhuǎn)速控制、同期控制、過程控制、水位測(cè)控和機(jī)組保護(hù)分別與采樣單元聯(lián)接，共享采樣單元采集的數(shù)據(jù)信息。
[0006]本發(fā)明的中小型水輪發(fā)電機(jī)組DSPIC綜合控制器，它是利用一臺(tái)DSPIC單片機(jī)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁、轉(zhuǎn)速、同期、水位、溫度巡檢、生產(chǎn)過程及機(jī)組保護(hù)進(jìn)行綜合控制。本發(fā)明的中小型水輪發(fā)電機(jī)組DSPIC綜合控制器綜合控制器可以實(shí)現(xiàn)中小型水輪發(fā)電機(jī)組二次設(shè)備高度集成化、一體化、模塊化、小型化、智能化，配上外圍設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)低壓發(fā)電機(jī)組I機(jī)I柜、一個(gè)指令開停機(jī)、故障診斷、自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓、自動(dòng)調(diào)節(jié)有功無功、并根據(jù)水位變化自動(dòng)調(diào)整負(fù)荷、進(jìn)行經(jīng)濟(jì)發(fā)電，實(shí)現(xiàn)無人值守，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性及調(diào)節(jié)性能，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化接線、共享資源、減少重復(fù)設(shè)備、降低成本。綜合控制器用于小型水電站，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)指令開停機(jī)、故障診斷、自動(dòng)停機(jī)、自動(dòng)調(diào)頻調(diào)壓、自動(dòng)調(diào)節(jié)有功無功功率、經(jīng)濟(jì)發(fā)電、實(shí)現(xiàn)無人值守，實(shí)現(xiàn)低壓發(fā)電機(jī)組一、二次設(shè)備I機(jī)I柜。DSPIC綜合控制器具有協(xié)調(diào)控制、跟蹤系統(tǒng)電壓、頻率功能，提高了調(diào)節(jié)性能及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，同時(shí)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、簡(jiǎn)化接線、共享資源、減少重復(fù)設(shè)備、縮小體積、降低成本，采用模塊化結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功能可靈活擴(kuò)充。
【附圖說明】
[0007]
圖1是DSPIC綜合控制器原理結(jié)構(gòu)圖，
圖中:(A)為采樣單元，(B)為DSPIC單片機(jī)，(C)為輸出單元，(D)為電源單元；(E)為觸膜屏；
(I)為勵(lì)磁控制單元；(2)為轉(zhuǎn)速控制單元；(3)為同期控制單元；(4)為過程控制單元；(5)為水位測(cè)控單元；(6)為溫度巡檢單元；(7)為機(jī)組保護(hù)單元；(8)為通信單元；
Al為模擬量輸入，輸入模擬量有發(fā)電機(jī)相電流(la、Ib、Ic)、發(fā)電機(jī)端線電壓(Uab、Ubc)、系統(tǒng)電壓(Ux)、系統(tǒng)頻率(Fx)、系統(tǒng)電壓與發(fā)電機(jī)電壓的相位差()、機(jī)組的轉(zhuǎn)速(N)、勵(lì)磁電壓(UL)、勵(lì)磁電流(IL);
DI為開關(guān)量輸入，輸入開關(guān)量有導(dǎo)水葉開放度(Dw)、水位測(cè)量V、斷路器位置信號(hào)DL、控制命令L和測(cè)速信號(hào)輸入到主控制系統(tǒng)一(A);
MI為數(shù)字量輸入，輸入數(shù)字量有轉(zhuǎn)速測(cè)量N、給定值GD。
[0008]AO為模擬量輸出，輸出模擬量有勵(lì)磁控制信號(hào)至勵(lì)磁功率單元、轉(zhuǎn)速控制信號(hào)至調(diào)速電動(dòng)機(jī)或電液轉(zhuǎn)換器Il;
DO為開關(guān)量輸出，輸出的開關(guān)量有斷路器合閘信號(hào)HZ;導(dǎo)水葉開度(Dw);
MO為數(shù)字量輸出，輸出的數(shù)字量有故障報(bào)警信號(hào)輸出至報(bào)警器BZ。
[0009]圖2是DSPIC綜合控制器的外形結(jié)構(gòu)圖，
圖中:a為采樣模塊;_b為勵(lì)磁控制模塊;-c為轉(zhuǎn)速同期與過程控制模塊;d為輔助控制保護(hù)與通信模塊;e為輸出模塊;f為電源模塊；(E)為觸膜屏。
[0010]圖3為DSPIC綜合控制器與水電站監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)接圖，
圖中:(A)為采樣單元，(B)為DSPIC單片機(jī)，(C)為輸出單元，(D)為電源單元；(E)為觸膜屏；(G)為以太網(wǎng)，(H)為上位機(jī)系統(tǒng)；
(I)為勵(lì)磁控制單元；(2)為轉(zhuǎn)速控制單元；(3)為同期控制單元；(4)為過程控制單元；(5)為水位測(cè)控單元；(6)為溫度巡檢單元；(7)為機(jī)組保護(hù)單元；(8)為通信單元。
【具體實(shí)施方式】
[0011]以下結(jié)合附圖的具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。(但不是對(duì)本發(fā)明的限制)
本發(fā)明的中小型水輪發(fā)電機(jī)組DSPIC綜合控制器，包括水力測(cè)控、水輪機(jī)測(cè)控、發(fā)電機(jī)測(cè)控，其特征在于:所述的DSPIC綜合控制器的集勵(lì)磁控制單元(I)、轉(zhuǎn)速控制單元(2)、同期控制單元(3)、過程控制單元(4)、水位測(cè)控單元(5)、溫度巡檢單元(6)、機(jī)組保護(hù)單元
(7)、通信單元(8)于一體，采用DSPIC單片機(jī)(B)為主控制機(jī)，DSPIC單片機(jī)(B)—端與采樣單元(A)聯(lián)接，另一端與輸出系統(tǒng)(C)聯(lián)接，還有一端通過通信口與觸摸屏(E)聯(lián)接(見圖1所示)，一端與電源單元(D)聯(lián)接，并可通過以太網(wǎng)(G)與上位機(jī)系統(tǒng)(H)聯(lián)接(見圖3所示);所述的勵(lì)磁控制一(I)、轉(zhuǎn)速控制一(2)、同期控制一(3)、過程控制一(4)、水位測(cè)控一(5)和機(jī)組保護(hù)一-(6)分別與采樣單元一(A)聯(lián)接，共享采樣單元一(A)采集的數(shù)據(jù)信息。
[0012]圖2是DSPIC綜合控制器的外形結(jié)構(gòu)圖，DSPIC綜合控制器各單元用插板式模塊結(jié)構(gòu)插入4U機(jī)箱內(nèi)，其中采樣模塊一a排列在勵(lì)磁控制模塊一b前、勵(lì)磁控制模塊一b排列在轉(zhuǎn)速同期過程控制模塊--C前、轉(zhuǎn)速同期過程控制模塊--C排列在輔助控制保護(hù)與通信模塊一d前、輔助控制保護(hù)與通信模塊一d排列在輸出模塊一e前、輸出模塊一e排列在電源模塊一f前，觸摸屏一(E)嵌入面板內(nèi)，(見圖2所示)。
[0013]DSPIC綜合控制器采樣單元一(A) —端接至Al—模擬量輸入，Al分別聯(lián)接發(fā)電機(jī)相電流(1&、113、1(:)、發(fā)電機(jī)端線電壓(1^13、1]1^)、系統(tǒng)電壓--(1^)、系統(tǒng)頻率--卬1)、系統(tǒng)電壓與發(fā)電機(jī)電壓的相位差一0)、機(jī)組的轉(zhuǎn)速--(N)、勵(lì)磁電壓--(UL)、勵(lì)磁電流一(IL)，其采樣單元一(A)另一端接至D 1-開關(guān)量輸入，D I分別聯(lián)接到導(dǎo)水葉開放度一-(Dw)、水位測(cè)量一V、斷路器位置信號(hào)__DL、控制命令一L，采樣單元--(A)還有一端接至MI數(shù)字量輸入，MI—端聯(lián)接轉(zhuǎn)速測(cè)量N、另一端聯(lián)接給定值⑶，采樣單元一(A)聯(lián)接到DSPIC單片機(jī)一(B)(見圖1所示XDSPIC綜合控制器輸出單元——(C)一端接至A0--模擬量輸出，AO—端聯(lián)接勵(lì)磁控制信號(hào)、另一端聯(lián)接轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，輸出單元一(C)另一端接至D O開關(guān)量輸出，D O—端聯(lián)接斷路器合閘信號(hào)HZ，另一端聯(lián)接導(dǎo)水葉開度(Dw)，輸出單元--(C)還有一端接至MO數(shù)字量輸出，MO聯(lián)接故障報(bào)警信號(hào)BZ，輸出單元一(C)與DSPIC單片機(jī)一(B)聯(lián)接(見圖1所示)。
[0014]圖3為DSPIC綜合控制器與水電站監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)接圖，DSPIC單片機(jī)(B)分別與采樣單元(A)、輸出單元(C)、電源單元(D)、觸膜屏(E)、以太網(wǎng)(G)聯(lián)接，上位機(jī)系統(tǒng)(H)接于以太網(wǎng)(G)，勵(lì)磁控制單元(1)、轉(zhuǎn)速控制單元(2)、同期控制單元(3)、過程控制單元(4)、水位測(cè)控單元(5)、溫度巡檢單元(6)、機(jī)組保護(hù)單元(7)、通信單元(8)分別與DSPIC單片機(jī)(B)聯(lián)接。
[0015]綜合控制器各單元采用插板式模塊結(jié)構(gòu)插入4U機(jī)箱內(nèi)。其目的旨在協(xié)調(diào)勵(lì)磁控制、轉(zhuǎn)速控制和同期合閘控制、跟蹤系統(tǒng)電壓頻率控制、共享資源、減少重復(fù)設(shè)備、簡(jiǎn)化接線、簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、縮小體積、降低成本，在正常狀態(tài)下提高可靠性、調(diào)節(jié)精度、合理分配無功功率、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限，事故狀態(tài)下提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性和電壓穩(wěn)定性，在事故后進(jìn)行恢復(fù)控制迅速恢復(fù)供電，提高機(jī)組自動(dòng)化水平和全站的綜合自動(dòng)化水平，提高電站運(yùn)行的可靠性、經(jīng)濟(jì)性及運(yùn)行管理水平，實(shí)現(xiàn)中小型水電站機(jī)組一鍵開停機(jī)、故障診斷、自動(dòng)停機(jī)，實(shí)現(xiàn)中小型水輪發(fā)電機(jī)組綜合自動(dòng)化和無人值守，更好實(shí)現(xiàn)小型水輪發(fā)電機(jī)組一次二次設(shè)備I機(jī)I柜。DSPIC綜合控制器可工作在單機(jī)運(yùn)行、并大電網(wǎng)或并小電網(wǎng)下運(yùn)行，在正常狀態(tài)、事故狀態(tài)及事故后恢復(fù)狀態(tài)下能進(jìn)行協(xié)調(diào)控制:
對(duì)于孤立電站不帶負(fù)載，勵(lì)磁與轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)分開獨(dú)立控制；當(dāng)發(fā)電機(jī)組單機(jī)帶負(fù)載時(shí)，綜合控制器不僅要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電壓，而且要根據(jù)系統(tǒng)功率變化調(diào)節(jié)水門開度，維持頻率動(dòng)態(tài)平衡；當(dāng)