一種低頻減載裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)穩(wěn)定性控制的技術(shù)領(lǐng)域,具體的來說,是一種低頻減載裝置 和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 頻率是電能質(zhì)量指標(biāo)之一,在電力工業(yè)高度發(fā)展的今天,維持頻率穩(wěn)定保證電能 頻率質(zhì)量不僅對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有著極為重要的意義,而且對電力用戶也是有著 非常重要的意義,而隨著電力工業(yè)的日益發(fā)展,系統(tǒng)的大擾動下維持頻率穩(wěn)定的能力在不 斷惡化,為了防止事故狀態(tài)下頻率大幅度下降,保持系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定,通過采用低頻減載措 施作為保證電力系統(tǒng)安全的最后一道防線來避免了大量惡性事故的發(fā)生,但是目前的低頻 減載裝置的低頻減載方案沒有充分考慮負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng),因而還存在著效果不佳的問 題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 基于現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明提出一種低頻減載裝置和低頻減載方法。
[0004] 低頻減載裝置由采樣計算模塊、邏輯處理模塊和監(jiān)控模塊組成。
[0005] 采樣計算模塊負(fù)責(zé)交流數(shù)據(jù)采集和計算,并把數(shù)據(jù)通過雙端口 RAM傳遞給邏輯處 理模塊。
[0006] 邏輯處理模塊主要負(fù)責(zé)開關(guān)量輸入(簡稱開入)、與采樣計算模塊和監(jiān)控模塊的 數(shù)據(jù)交換、少量的計算、控制的邏輯判斷、開關(guān)量輸出(簡稱開出)等功能。
[0007] 監(jiān)控模塊主要負(fù)責(zé)人機界面的處理、外部通信等功能。這種結(jié)構(gòu),利用DSP計算速 度快的優(yōu)點,把交流數(shù)據(jù)采集和大量的計算這項繁重的任務(wù)交給DSP完成,而邏輯處理模 塊的MCU則集中精力完成邏輯判斷任務(wù),也避免了單CPU系統(tǒng)時采樣與通信的沖突。將人 機界面和外部通信功能由監(jiān)控模塊完成,邏輯處理模塊MCU僅僅負(fù)責(zé)與其的數(shù)據(jù)交換,減 輕了 MCU的負(fù)擔(dān),同時人機界面和外部通信可以實現(xiàn)更為復(fù)雜和豐富的功能。這種結(jié)構(gòu)下 監(jiān)控模塊具有很高的獨立性,便于采用統(tǒng)一的監(jiān)控平臺軟件,具有良好的擴展性和靈活性。
[0008] 采樣計算模塊包括采樣單元、DSP處理單元和雙口 RAM單元。
[0009] 采樣單元由三部分組成:模擬量輸入變換部分、模擬低通濾波部分、AD變換部分。 模擬量交流電壓信號經(jīng)過PT變換為二次信號。交流通道具有二階低通濾波和電壓跟隨電 路。
[0010] DSP處理單元主要完成模擬量的采集和各種算法。
[0011] 雙口 RAM的作用是將DSP計算和采樣的數(shù)據(jù)送入MCU。
[0012] 邏輯處理模塊包括MCU單元、開入開出單元、通信單元和復(fù)位單元。
[0013] MCU采用具有很高的抗干擾能力及工作可靠性的芯片,內(nèi)核采用CPU32且具有強 大的外圍子系統(tǒng),如定時處理單元、對列串行模塊、系統(tǒng)集成模塊等。MCU外圍配置有SRAM 和ROM,用來存放數(shù)據(jù)和貯存程序。保存定值、系數(shù)、報告。
[0014] 開入開出單元,開關(guān)量輸入由開關(guān)量的輔助接點取得,經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動后,送 入MOJ。開入回路中設(shè)置RC-階濾波器防止開入抖動,TVS防止浪涌。輸出開關(guān)量信號經(jīng) 過鎖存、光電隔離后,控制繼電器。用繼電器控制斷路器、信號等。
[0015] 通信單元完成邏輯處理模塊與監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)交換。通信單元由高速鏈路控制器 和編碼器組成。
[0016] 復(fù)位單元復(fù)位采樣計算功能模塊和邏輯處理模塊,而且在復(fù)位期間閉鎖所有開 出。MCU內(nèi)部產(chǎn)生復(fù)位信號/ RST,復(fù)位源包括軟件看門狗復(fù)位、雙總線故障復(fù)位、時鐘丟 失復(fù)位和RESET指令等,其中軟件看門狗可由系統(tǒng)保護控制寄存器設(shè)定,它能監(jiān)視MCU的主 程序死、中斷服務(wù)程序死;另外,MCU通過DRAM監(jiān)視DSP是否死機,如果死機則由MCU復(fù)位 DSP〇
[0017]復(fù)位單元具有電源監(jiān)視、硬件看門狗定時和備用電源切換等功能,其中電源監(jiān)視 可以同時復(fù)位采樣計算模塊和邏輯處理模塊。
[0018] 監(jiān)控模塊提供人機接口并與外部進(jìn)行通信,包括CPU單元、時鐘單元、人機接口單 元和通信單元。
[0019] CPU單元采用具有很高的抗干擾能力及工作可靠性的芯片,內(nèi)核采用CPU32且具 有強大的外圍子接口能力等,具有串行通信控制器,串行管理控制器,串行外圍接口。
[0020] 時鐘單元由實時時鐘芯片構(gòu)成。芯片電源由電池提供,裝置掉電后時鐘不會丟失。 實時時鐘芯片與單片機進(jìn)行通訊,單片機接收GPS對時信號并與CPU通訊進(jìn)行對時。
[0021] 人機接口單元包括液晶顯示器和薄膜鍵盤,并在面板上提供一個RS232維護口。
[0022] 通信單元通過可編程邏輯完成外部的串行通訊。
式中為電壓峰值,S(n)為非基波分量,f為當(dāng)前頻率,?為初相角,fs(k)為第k個測 量周期的采樣頻率
[0023] 低頻減載裝置首先需要獲取電力系統(tǒng)的實時頻率信息,來判斷是否滿足減載條件 輸入電壓信號為 其離散表達(dá)式為: 式中:N是一個周期的采樣點數(shù) 頻率偏差 $(k)為第k個采樣周期的相角
當(dāng)前頻率1
電力系統(tǒng)中負(fù)荷與頻率的關(guān)系為 式中:
為額定頻率 p@-為系統(tǒng)頻率為額定值時,系統(tǒng)的有功功率 II為系統(tǒng)的頻率為f時,系統(tǒng)的有功負(fù)荷 a0.a^a2?….3&為與系統(tǒng)頻率的〇, 1,2, ???!!次方成正比的負(fù)荷占額定負(fù)荷的百分比 以和^為基準(zhǔn),則上式可表示為
a VK.1 _ 1 一丄 對頻率進(jìn)行微分,并略去與高階次頻率對應(yīng)的負(fù)荷的影響,可得
K即為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) 根據(jù)線路的負(fù)載量進(jìn)行實行低頻減載的具體方法如下: 步驟一,將測量得到的內(nèi)部負(fù)荷組成情況與每級負(fù)荷量的大小實時的上傳給調(diào)度中 心; 步驟二,設(shè)定減載線路門檻值,以滿足每一輪減載量為目標(biāo),根據(jù)在線測得的線路實際 負(fù)荷大小有無達(dá)到門檻值來確定是否減載該線路。
[0024] LI, L2,…Lm, Lm+1,…Ln為其負(fù)載線路,Ln為重要負(fù)荷,LI, L2,…Lm, Lm+1,…Ln_l 為一般負(fù)荷。各線路的負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)系數(shù)為:KL1,KL2,???KLm,KLm+l-KLn。
[0025] 減載線路門檻值確定方法為:令PR=KMPe,Pe為某條線路Lm的額定負(fù)荷量,KM為 線路容量門檻值系數(shù)。測得該線路實際負(fù)荷量為Pm,當(dāng)Pm 3 PR時,說明該線路的實際負(fù)荷 量滿足條件,可以參與減載;若Pm〈PR,說明該線路實際負(fù)荷量不滿足減載條件,切除該線 路對系統(tǒng)的影響不大,跳過該線路,進(jìn)入下一條線路的減載判定。對實際負(fù)荷量小于門檻值 的線路不予切除,減少了切除線路的數(shù)量,增加了供電的可靠性。其取值范圍可以根據(jù)系統(tǒng) 可切負(fù)荷的總量等實際情況來設(shè)定。
[0026] 步驟三,從調(diào)度中心傳來或者事先制定的第x輪減載量為A Z,當(dāng)測得頻率值 下降到第x輪啟動值時,選擇一定數(shù)量的線路在tXs內(nèi)予以切除。切除線路為Lm,Lm+l,…, Ls,需滿足條件如下-
式中,你也+7,…,A為所切除負(fù)載線路的實際負(fù)荷值。PRi=KMPei,Pei為線路 Lm,Lm+1,…,Ls的額定容量。即所切線路的實際負(fù)載量應(yīng)滿足減載線路容量門檻值,之和 應(yīng)等于該輪所要求的切負(fù)荷總量。切負(fù)荷時實時檢測線路負(fù)荷是否滿足門檻值,如果不滿 足,則迅速跳過該線路,計算下一線路,以滿足低頻減載快速性的要求。如果線路滿足減載 門檻值,迅速切掉該線路并計算當(dāng)前所減載線路減載量之和,若沒達(dá)到該輪減載量的要求, 則繼續(xù)減載,進(jìn)入下一條線路的判斷;若滿足該輪減載量,該輪減載完畢。
[0027] 步驟四,減載完畢后,將本輪實際切除線路的負(fù)荷量之和、減載后各級負(fù)荷的組成 情況與大小上傳給調(diào)度中心,以便調(diào)度中心進(jìn)行下一輪減載量的分配。
[0028] 本發(fā)明通過低頻減載裝置對頻率進(jìn)行測量,并根據(jù)負(fù)荷的變化與頻率調(diào)整之間的 關(guān)系,通過具體的線路操作來進(jìn)行低頻減載的實現(xiàn),即根據(jù)負(fù)荷的大小、重要性等逐步判定 負(fù)荷切除的效果,從而尋求最優(yōu)低頻減載的效果。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的低頻減載方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 低頻減載裝置由采樣計算模塊、邏輯處理模塊和監(jiān)控模塊組成。
[0031] 采樣計算模塊負(fù)責(zé)交流數(shù)據(jù)采集和計算,并把數(shù)據(jù)通過雙端口 RAM傳遞給邏輯處 理模塊。
[0032] 邏輯處理模塊主要負(fù)責(zé)開關(guān)量輸入(簡稱開入)、與采樣計算模塊和監(jiān)控模塊的 數(shù)據(jù)交換、少量的計算、控制的邏輯判斷、開關(guān)量輸出(簡稱開出)等功能。
[0033] 監(jiān)控模塊主要負(fù)責(zé)人機界面的處理、外部通信等功能。這種結(jié)構(gòu),利用DSP計算速 度快的優(yōu)點,把交流數(shù)據(jù)采集和大量的計算這項繁重的任務(wù)交給DSP完成,而邏輯處理模 塊的MCU則集中精力完成邏輯判斷任務(wù),也避免了單CPU系統(tǒng)時采樣與通信的沖突。將人 機界面和外部通信功能由監(jiān)控模塊完成,邏輯處理模塊MCU僅僅負(fù)責(zé)與其的數(shù)據(jù)交換,減 輕了 MCU的負(fù)擔(dān),同時人機界面和外部通信可以實現(xiàn)更為復(fù)雜和豐富的功能。這種結(jié)構(gòu)下 監(jiān)控模塊具有很高的獨立性,便于采用統(tǒng)一的監(jiān)控平臺軟件,具有良好的擴展性和靈活性。
[0034] 采樣計算模塊包括采樣單元、DSP處理單元和雙口 RAM單元。
[0035] 采樣單元由三部分組成:模擬量輸入變換部分、模擬低通濾波部分、AD變換部分。 模擬量交流電壓信號經(jīng)過PT變換為二次信號。交流通道具有二階低通濾波和電壓跟隨電 路。
[0036] DSP處理單元主要完成模擬量的采集和各種算法。
[0037] 雙口 RAM的作用是將DSP計算和采樣的數(shù)據(jù)送入MCU。
[0038] 邏輯處理模塊包括MCU單元、開入開出單元、通信單元和復(fù)位單元。
[0039] MCU采用具有很高的抗干擾能力及工作可靠性的芯片,內(nèi)核采用CPU32且具有強 大的外圍子系統(tǒng),如定時處理單元、對列串行模塊、系統(tǒng)集成模塊等。MCU外圍配置有SRAM 和ROM,用來存放數(shù)據(jù)和貯存程序。保存定值、系數(shù)、報告。
[0040] 開入開出單元,開關(guān)量輸入由開關(guān)量的輔助接點取得,經(jīng)過光電隔離和驅(qū)動后,送 入MOJ。開入回路中設(shè)置RC-階濾波器防止開入抖動,TVS防止浪涌。輸出開關(guān)量信號經(jīng) 過鎖存、光電隔離后,控制繼電器。用繼電器控制斷路器、信號等。
[0041] 通信單元完成邏輯處理模塊與監(jiān)控模塊的數(shù)據(jù)交換。通信單元由高速鏈路控制器 和編碼器組成。
[0042] 復(fù)位單元復(fù)位采樣計算功能模塊和邏輯處理模塊,而且在復(fù)位期間閉鎖所有開 出。MCU