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