專利名稱：發(fā)電機(jī)負(fù)荷微機(jī)自動控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電力系統(tǒng)自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于自動調(diào)整發(fā)電機(jī)組的有功負(fù)荷的控制裝置。
目前，國內(nèi)電力系統(tǒng)中運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組，其大多數(shù)機(jī)組的有功負(fù)荷的調(diào)整是由值班人員手動操作的，這種負(fù)荷調(diào)整方式，往往由于系統(tǒng)的波動，值班人員難以及時(shí)進(jìn)行跟隨調(diào)整，并且由于調(diào)整過程中的監(jiān)視誤差或調(diào)整誤差等原因，而使發(fā)電機(jī)的有功負(fù)荷偏離給定值，有較大波動，很不利于電力系統(tǒng)和電廠熱力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，國內(nèi)電力系統(tǒng)中引進(jìn)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，解決發(fā)電機(jī)負(fù)荷自動穩(wěn)定控制問題，但由于耗資大，與我國目前生產(chǎn)技術(shù)不相適應(yīng)，難于廣泛應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種簡便的利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組有功負(fù)荷的實(shí)時(shí)自動穩(wěn)定控制裝置。
本實(shí)用新型采用單片微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)。附

圖1給出了控制裝置的結(jié)構(gòu)原理。本裝置由被控發(fā)電機(jī)的電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)分別取得測功電壓和電流，并經(jīng)霍爾效應(yīng)功率變送器〔1〕，進(jìn)行發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷的P－V變換；所測發(fā)電機(jī)有功功率模擬電壓量，由模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路〔2〕，進(jìn)行A／D變換；然后由I／O擴(kuò)展接口〔3〕，送至單片微機(jī)控制系統(tǒng)〔4〕；該控制系統(tǒng)對發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)有功功率PF及由鍵盤〔5〕設(shè)定的給定功率PG，進(jìn)行運(yùn)算、比較和判別，并通過驅(qū)動電路〔6〕給出相應(yīng)的調(diào)荷控制信息，以控制發(fā)電機(jī)組的有功負(fù)荷，在給定值上穩(wěn)定運(yùn)行；裝置的閉鎖報(bào)警信息，由控制系統(tǒng)〔4〕給出；裝置的顯示電路〔7〕，可實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)頻率f、發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)有功功率PF和鍵盤給定功率PG等運(yùn)行參數(shù)，以便于運(yùn)行監(jiān)視。
裝置的系統(tǒng)軟件，由參數(shù)給定顯示、裝置自檢、比例調(diào)荷、閉鎖和報(bào)警、發(fā)電機(jī)容量比例變換及功率偏差計(jì)算、時(shí)間控制等軟件模塊組成。其主要技術(shù)功能當(dāng)發(fā)電機(jī)的實(shí)發(fā)有功功率PF，等于裝置整定的給定功率PG，其功率差△P為零值時(shí)，或△P小于裝置的調(diào)荷啟動功差△PQ時(shí)，裝置不下達(dá)任何調(diào)荷命令。當(dāng)△P等于或大于△PQ時(shí)，裝置給出相應(yīng)的調(diào)荷命令，且其調(diào)荷命令具有單一性。在裝置調(diào)荷過程中，單位時(shí)間內(nèi)的調(diào)荷次數(shù)，與功率差△P的大小成正比。在故障情況下，裝置具有自動閉鎖和報(bào)警功能。當(dāng)發(fā)電機(jī)的實(shí)發(fā)有功功率PF，超出其最大允許出力時(shí)，或發(fā)電機(jī)的有功負(fù)荷突然變化，其突變功差△P超出規(guī)定值時(shí)，裝置實(shí)現(xiàn)功率閉鎖和報(bào)警。當(dāng)電力系統(tǒng)的頻率發(fā)生波動，其變化范圍超出50±0.2HZ時(shí)，裝置自動實(shí)現(xiàn)頻率閉鎖和報(bào)警。裝置采用調(diào)荷脈沖寬度閉鎖，防止由于裝置自身器件故障而長期誤發(fā)調(diào)荷命令，避免發(fā)電機(jī)負(fù)荷過調(diào)或完全卸載的危險(xiǎn)。該裝置具有正確的調(diào)荷行為和理想的穩(wěn)荷特性顯著提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。
下面結(jié)合實(shí)施例對本裝置再作進(jìn)一步說明。附圖2給出了本裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖；附圖3給出了功率變送器電路圖；附圖4給出了裝置的系統(tǒng)軟件框圖。
本實(shí)用新型采用MCS－48系列的8039單片機(jī)〔8〕、2716(或2732)EPROM〔10〕和74LS273地址鎖存器〔9〕構(gòu)成裝置的最小控制系統(tǒng)。系統(tǒng)中利用P2口的P24～P27和BUS口的DB4～DB7，分別作為鍵盤〔5〕的行線和列線，構(gòu)成16鍵的4×4陣列鍵盤。按鍵的判別，由CPU掃描方式進(jìn)行，采用中斷方式，每隔10ms對鍵盤掃描一次。另外，裝置的顯示電路〔7〕，采用軟件譯碼方式設(shè)計(jì)，并分別由BUS口和P1口控制顯示電路的位碼和段碼。為提高顯示亮度，顯示電路與驅(qū)動器〔11〕連接。
為克服最小系統(tǒng)接口的不足，本裝置采用8255芯片擴(kuò)展接口〔3〕進(jìn)行擴(kuò)展。該芯片有PA、BB和PC三個(gè)擴(kuò)展接口，其中PA口與ADC0809芯片相連，用作A／D轉(zhuǎn)換接口；PB口作為控制口，用以分別控制裝置的增荷、減荷、閉鎖等電路，并給出相應(yīng)的信號指示。
本裝置采用霍爾效應(yīng)功率變送器，進(jìn)行發(fā)電機(jī)有功功率的P－V變換，如圖3所示?；魻栃?yīng)功率變送器〔1〕主要由霍爾電勢乘法器BDH〔12〕、放大器〔13〕和雙T選頻濾波器〔14〕構(gòu)成。
根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)霍爾元件H在磁場B和控制電流ICG作用下，霍爾電勢乘法器BDH輸出的霍爾電勢eH，正比于B與ICG的乘積，即eH＝KH·ICG·B (1)式中KH——霍爾電勢系數(shù)當(dāng)霍爾電勢變換器的控制電流ICG及磁通密度B，分別由發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流i和負(fù)荷電壓u產(chǎn)生，并和它們成正比時(shí)，BDH輸出的霍爾電勢eH，為eH＝eH(0)－eH(2)(2)式中eH(0)——霍爾電勢直流分量；eH(2)——霍爾電勢倍頻交流分量。
式(2)所示霍爾電勢eH，經(jīng)放大器〔13〕放大，并由雙T選頻濾波器〔14〕將其倍頻交流分量eH(2)濾掉后，所得霍爾電壓平均值UH(0)，即為發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷PF的模擬電壓值，即PF＝UH(0)＝K·Im·Vm·COSφ (3)裝置的系統(tǒng)軟件，采用模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖4所示。整個(gè)程序由初始化子程序、鍵掃描、時(shí)間控制、偏差值計(jì)算、比例調(diào)荷、功率及頻率和脈寬閉鎖、功率顯示和系統(tǒng)自檢等子程序構(gòu)成。
本裝置系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，其主要技術(shù)要點(diǎn)在于1.裝置控制系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件，采用內(nèi)部中斷方式設(shè)計(jì)。10ms中斷一次，保護(hù)現(xiàn)場，掃描鍵盤和顯示電路。從而使裝置在調(diào)荷、延時(shí)、功率及頻率和脈寬閉鎖過程中，仍然正常顯示功率值并執(zhí)行鍵盤命令。
2.為保證裝置調(diào)荷命令的單一性，在程序設(shè)計(jì)中，對裝置的增荷和減荷回路采取了軟件互鎖技術(shù)。
3.比例調(diào)節(jié)子程序，根據(jù)測量功差△P的大小，可由軟件隨機(jī)實(shí)時(shí)確定調(diào)荷脈沖間距的大小。
4.閉鎖子程序，由三個(gè)程序段組成，分別用以實(shí)現(xiàn)上述功率、頻率及脈寬閉鎖和報(bào)警。
5.頻率閉鎖回路，采用軟件累計(jì)計(jì)數(shù)測頻技術(shù)測量發(fā)電機(jī)的頻率f。
6.考慮到發(fā)電廠中強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境，裝置除在硬件電路方面采取了相應(yīng)的抗干擾措施之外，還在軟件設(shè)計(jì)中，采取了數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)重復(fù)檢測技術(shù)，提高裝置的抗干擾性能。
7.裝置的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，采用了軟件變換發(fā)電機(jī)容量比例的方法，使本裝置具有適用于各種容量發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，保證了裝置的通用性。另外，裝置的調(diào)荷脈沖寬度(0.01″～0.99″)、調(diào)荷脈沖間隔(1″～9″)、調(diào)荷功差啟動值(1％～9％額定功率)和返回功差值(1％～9％)，均可由鍵盤任意隨機(jī)實(shí)時(shí)設(shè)定，保證了裝置使用的靈活性。
本裝置適用于汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、柴油發(fā)電機(jī)等各種容量的發(fā)電機(jī)組。對被控發(fā)電機(jī)組的有功負(fù)荷，具有正確的自動調(diào)荷行為和理想的穩(wěn)荷特性，顯著提高了發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，從而有利于電廠熱力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，有利于省煤節(jié)電。該裝置抗干擾性能強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作方便，使用靈活，通用性強(qiáng)，并且結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，與我國目前電力系統(tǒng)技術(shù)水平相適應(yīng)，便于推廣應(yīng)用。
權(quán)利要求1.一種發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷的自動穩(wěn)定控制裝置，由功率P-V轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、I/O接口擴(kuò)展、鍵盤顯示電路、出口執(zhí)行電路及軟件組成，其特征在于a)該裝置的微機(jī)控制系統(tǒng)[4]，由單片微型計(jì)算機(jī)構(gòu)成；b)裝置采用霍爾效應(yīng)乘法器，構(gòu)成霍爾效應(yīng)功率變送器[1]；c)裝置的系統(tǒng)軟件，由參數(shù)給定顯示、裝置自檢、比例調(diào)荷、閉鎖和報(bào)警、發(fā)電機(jī)容量比例變換及功率差計(jì)算、時(shí)間控制等軟件模塊組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于控制系統(tǒng)采用MCS－48系列的8039單片機(jī)〔8〕、2716(或2732)EPROM〔9〕和74LS273地址鎖存器〔10〕構(gòu)成最小計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于霍爾效應(yīng)功率變送器由霍爾電勢乘法器BDH〔12〕、放大器〔13〕和雙T選頻濾波器〔14〕構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于系統(tǒng)軟件采用軟件累計(jì)計(jì)數(shù)測頻技術(shù)，測量發(fā)電機(jī)的頻率f；采用軟件互鎖技術(shù)和軟件超限判別方法，分別實(shí)現(xiàn)裝置調(diào)荷命令的單一性和閉鎖功能；并根據(jù)測量功差△P的大小，采用由軟件隨機(jī)實(shí)時(shí)確定調(diào)荷脈沖間距。
專利摘要本實(shí)用新型是一種發(fā)電機(jī)有功負(fù)荷單片微機(jī)自動穩(wěn)定控制裝置。該裝置采用霍爾效應(yīng)乘法器原理構(gòu)成發(fā)電機(jī)有功功率變送器，并具有自動判別和執(zhí)行功率閉鎖、頻率閉鎖和脈寬閉鎖功能，對被控發(fā)電機(jī)組的有功負(fù)荷，具有正確的自動調(diào)荷行為和理想的穩(wěn)荷特性，顯著提高了發(fā)電機(jī)及電廠熱力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，有利于省煤節(jié)電。該裝置抗干擾性能強(qiáng)，工作穩(wěn)定可靠，操作方便，使用靈活，通用性強(qiáng)，具有較大推廣應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號H02H7/06GK2035939SQ88219738
公開日1989年4月12日 申請日期1988年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月27日
發(fā)明者陳宏志, 孫瑩, 馬會亭, 徐建政, 魏佃杰 申請人:山東工業(yè)大學(xué)