专利名称：一种低频减载控制系统及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种负载控制系统，尤其是一种低频减载控制系统及其工作方法。
(二)
背景技术：
当系统发生严重事故，旋转备用容量不足以弥补系统功率缺额时，就应该有选择
地切掉一部分负荷，从而，阻止频率下降，这一方案称为低频减载控制(UFLS)。由于现代电
网经济运行的要求系统的备用容量偏低，低频减载成为严守第三道防线。 UFLS装置作为防止电力系统频率在事故状态下大幅度下降、保证系统安全运行的
重要措施已有数十年的应用历史并积累了丰富的经验，对UFLS方案的设计也形成了一些
实用的方法。但随着电力系统的发展，系统频率动态过程出现了一些新的特点，旧的UFLS
设计方法及其设计的级差大、级数少的方案在实际应用中暴露出种种不足之处。主要体现
在不能很好地适应系统中出现的各种过负荷现象，不能有效的防止系统频率的持续下降并
恢复频率，常常造成频率的超调或悬停等现象。因此近十多年来由于大电力系统频率崩溃
的危险性加大，UFLS措施的重要性进一步突出，其方案设计和动作效果分析等问题也再一
次引起国内外研究者的关注。 好的低频切负荷方案应满足如下要求 (1)动作快，要在危险情况出现前阻止频率下降； (2)避免误动作和多余的动作； (3)保护系统应该准确、按时动作，因为它的一个小故障将导致全系统的大故障甚 至崩溃； (4)应该在保证恢复系统稳定性和不越过系统安全运行频率点的前提下切负荷量 最小。 针对以上要求，低频减载方案的整定成为研究重点，其中切负荷量和切负荷点以 及动作时间的选择是衡量减载方案的关键。同时，研究的重心偏向于进一步提高低频减载 的动作速度和减载量的准确性，并考虑工程上实施的可能性。 微机技术的迅速发展特别是计算速度的提高，为改进低频减载技术创造了极为利 的条件。
(三)
发明内容
本发明的发明目的在于设计一种低频减载控制系统及其工作方法，它可以克服现
有技术的不足，不但可以满足现代电力系统发展的需求，而且是一种快速、准确、易操作的 控制系统。 本发明的技术方案一种低频减载控制系统，其特征在于它是由存储单元、DSP总 线、计算功能模块CPU1、管理功能模块CPU2、数据采集模块、看门狗、光电隔离模块、开关量 输入输出模块、双口 RAM模块、RS232接口单元、键盘、指示灯和液晶屏构成；其中，所说的存 储单元与DSP总线呈双向连接；所说的计算功能模块CPU1分别与DSP总线和光电隔离模块
3呈双向连接，且其输入端还与数据采集模块的输出端以及看门狗的输出端连接；所说的光 电隔离模块又与开关量输入输出模块呈双向连接；所说的计算功能模块CPUl通过双口 RAM 模块与管理功能模块CPU2连接；所说的管理功能模块CPU2的输入端连接键盘，其输入端连 接液晶屏和指示灯，同时又与RS232接口单元呈双向连接。 上述所说的计算功能模块CPU1是由DSP芯片构成；所说的DSP芯片采用美国德州 仪器公司第三代数字信号处理器的新产品TMS320C32芯片。 上述所说的存储单元、DSP总线以及计算功能模块CPU1之间的连接为常规连接。
上述所说的数据采集模块由隔离变换模块、低通滤波器和A/D转换器构成；其中， 所说的隔离变换模块接收模拟量信号，其输出端与低通滤波器的输入端连接；所说的低通 滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接；所说的A/D转换器的输出端与计算功能模块 CPU1的输入端连接。 上述所说的低通滤波器由一个一阶有源低通滤波器和RC低通滤波电路组成，其 连接为常规连接；其中A/D转换器采用MAX125芯片，其与DSP采用常规连接方法。
上述所说的开关量输入输出模块由开关量输入单元和开关量输出单元构成，且所 说的开关量输入单元和开关量输出单元分别经过光电隔离模块与计算功能模块CPU1的输 入端连接。 上述所说的管理功能模块CPU2采用AT80C51单片机。 —种低频减载控制系统的工作方法，其特征在于它是由以下步骤构成 ①当系统出现功率缺额时，发生频率下降事故时，中央控制与信息管理计算机来
不及提供确定的计算结果用以确定切负荷的位置和数量，此时分布在各地的减负荷装置可
采用"紧急轮+基本轮+后备轮"的低频减载模式及时动作； ②动作后再次判断系统中是否出现功率缺额若是，则重新设定基本轮的动作频 率，然后作用于控制单元再次进行减载动作；若否，则减负荷任务结束； ③首次检测到发生功率缺额的同时，中央控制与信息管理计算机根据从EMS系统 服务器中获取相应的数据进行总减负荷功率计算，根据计算结果确定减负荷范围，在计算 各节点减负荷量之后，向该地区相关节点下达减负荷命令，告知切负荷的数量。
本发明的工作原理根据"地区减负荷+系统减负荷"模式设计了一种新型低频 减载控制系统，且采用"紧急轮+基本轮+后备轮"模式设计。数据采集模块采集模拟量交 流电压信号经过PT变换为二次信号后，通过低通滤波器滤去高次谐波，通过MAX125A/D转 换器将此电压信号转换成数字信号后交于TMS320C32CPU处理，其对采集通过内部软件部 分设定的算法来判断是否发生低频事故或其它故障，若是，则作用于输出开关量信号，其经 过锁存、光电隔离后，控制继电器动作，达到减负荷活切除故障的目的。80C51单片机设有 RS232串行口。管理功能模块完成装置的定值整定，数据上传，液晶显示。装置运行时，管理 功能模块通过循环查询采集计算功能模块将实时采集的数据通过液晶屏显示，并将状态数 据上传至数据采集计算机，参见图1。 本发明的优越性在于①多层硬件结构体系设计，保证系统具有强大的数据处理 能力、灵活的功能可扩充性及可配置能力；②14位高精度A/D、模拟通道高速同步控制采样 技术、模拟量通道的自动校正技术等保证系统数据采集、处理的精度和准确性；③配有液晶 屏显示，采用菜单式工作方式，具有丰富直观的数据分析处理能力，键盘操作简单、方便； 自检及自恢复功能，具备软件和硬件WATCH-D0G，受到干扰时，都能使系统复位，避免死机。
(四)
图1为本发明所涉一种低频减载控制系统的工作流程示意图。
图2为本发明所涉一种低频减载控制系统的结构框图。 图3为本发明所涉一种低频减载控制系统中计算功能模块的DSP芯片TMS320C32 与存储单元的接口电路图。 图4为本发明所涉所涉一种低频减载控制系统中的数据采集模块的结构框图。
图5为本发明所涉一种低频减载控制系统中的一阶低通滤波电路的电路示意图。
图6为本所涉一种低频减载控制系统中A/D转换器MAX125芯片引脚图。
图7为本发明所涉一种低频减载控制系统中的光电隔离电路的电路示意图。
图8为本发明所涉一种低频减载控制系统中管理功能模块的单片机AT80C51的引 脚图。
(五)
具体实施例方式
实施例一种低频减载控制系统(见图2)，其特征在于它是由存储单元、DSP总线、 计算功能模块CPU1、管理功能模块CPU2、数据采集模块、看门狗、光电隔离模块、开关量输 入输出模块、双口 RAM模块、RS232接口单元、键盘、指示灯和液晶屏构成；其中，所说的存储 单元与DSP总线呈双向连接；所说的计算功能模块CPU1分别与DSP总线和光电隔离模块呈 双向连接，且其输入端还与数据采集模块的输出端以及看门狗的输出端连接；所说的光电 隔离模块又与开关量输入输出模块呈双向连接；所说的计算功能模块CPU1通过双口 RAM模 块与管理功能模块CPU2连接；所说的管理功能模块CPU2的输入端连接键盘，其输入端连接 液晶屏和指示灯，同时又与RS232接口单元呈双向连接。 上述所说的计算功能模块CPU1是由DSP芯片构成；所说的DSP芯片采用美国德州 仪器公司第三代数字信号处理器的新产品TMS320C32芯片。 上述所说的存储单元、DSP总线以及计算功能模块CPU1之间的连接为常规连接 (见图3)。 上述所说的数据采集模块(见图4)由隔离变换模块、低通滤波器和A/D转换器构 成；其中，所说的隔离变换模块接收模拟量信号，其输出端与低通滤波器的输入端连接；所 说的低通滤波器的输出端与A/D转换器的输入端连接；所说的A/D转换器的输出端与计算 功能模块CPU1的输入端连接。 上述所说的低通滤波器(见图5)由一个一阶有源低通滤波器和RC低通滤波电路 组成，其连接为常规连接；其中A/D转换器采用MAX125芯片(见图6)，其与DSP采用常规 连接方法。 上述所说的开关量输入输出模块由开关量输入单元和开关量输出单元构成，且所 说的开关量输入单元和开关量输出单元分别经过光电隔离模块与计算功能模块CPU1的输 入端连接(见图7)。 上述所说的管理功能模块CPU2 (见图8)采用AT80C51单片机。 —种低频减载控制系统的工作方法(见图1)，其特征在于它是由以下步骤构成
①当系统出现功率缺额时，发生频率下降事故时，中央控制与信息管理计算机来 不及提供确定的计算结果用以确定切负荷的位置和数量，此时分布在各地的减负荷装置可 采用"紧急轮+基本轮+后备轮"的低频减载模式及时动作； ②动作后再次判断系统中是否出现功率缺额若是，则重新设定基本轮的动作频 率，然后作用于控制单元再次进行减载动作；若否，则减负荷任务结束； ③首次检测到发生功率缺额的同时，中央控制与信息管理计算机根据从EMS系统 服务器中获取相应的数据进行总减负荷功率计算，根据计算结果确定减负荷范围，在计算 各节点减负荷量之后，向该地区相关节点下达减负荷命令，告知切负荷的数量。
权利要求
一种低频减载控制系统，其特征在于它是由存储单元、DSP总线、计算功能模块CPU1、管理功能模块CPU2、数据采集模块、看门狗、光电隔离模块、开关量输入输出模块、双口RAM模块、RS232接口单元、键盘、指示灯和液晶屏构成；其中，所说的存储单元与DSP总线呈双向连接；所说的计算功能模块CPU1分别与DSP总线和光电隔离模块呈双向连接，且其输入端还与数据采集模块的输出端以及看门狗的输出端连接；所说的光电隔离模块又与开关量输入输出模块呈双向连接；所说的计算功能模块CPU1通过双口RAM模块与管理功能模块CPU2连接；所说的管理功能模块CPU2的输入端连接键盘，其输入端连接液晶屏和指示灯，同时又与RS232接口单元呈双向连接。
2. 根据权利要求l中所述一种低频减载控制系统，其特征在于所说的计算功能模块 CPU1是由DSP芯片构成；所说的DSP芯片采用美国德州仪器公司第三代数字信号处理器的 新产品TMS320C32芯片。
3. 根据权利要求l中所述一种低频减载控制系统，其特征在于所说的数据采集模块 由隔离变换模块、低通滤波器和A/D转换器构成；其中，所说的隔离变换模块接收模拟量信 号，其输出端与低通滤波器的输入端连接；所说的低通滤波器的输出端与A/D转换器的输 入端连接；所说的A/D转换器的输出端与计算功能模块CPU1的输入端连接。
4. 根据权利要求1中所述一种低频减载控制系统，其特征在于所说的开关量输入输出 模块由开关量输入单元和开关量输出单元构成，且所说的开关量输入单元和开关量输出单 元分别经过光电隔离模块与计算功能模块CPU1的输入端连接。
5. 根据权利要求l中所述一种低频减载控制系统，其特征在于所说的管理功能模块 CPU2采用AT80C51单片机。
6. —种低频减载控制系统的工作方法，其特征在于它是由以下步骤构成① 当系统出现功率缺额时，发生频率下降事故时，中央控制与信息管理计算机来不及 提供确定的计算结果用以确定切负荷的位置和数量，此时分布在各地的减负荷装置可采用 "紧急轮+基本轮+后备轮"的低频减载模式及时动作；② 动作后再次判断系统中是否出现功率缺额若是，则重新设定基本轮的动作频率，然 后作用于控制单元再次进行减载动作；若否，则减负荷任务结束；③ 首次检测到发生功率缺额的同时，中央控制与信息管理计算机根据从EMS系统服务 器中获取相应的数据进行总减负荷功率计算，根据计算结果确定减负荷范围，在计算各节 点减负荷量之后，向该地区相关节点下达减负荷命令，告知切负荷的数量。
全文摘要
一种低频减载控制系统，它是由存储单元、DSP总线、计算功能模块CPU1、管理功能模块CPU2、数据采集模块、看门狗、光电隔离模块、开关量输入输出模块、双口RAM模块、RS232接口单元、键盘、指示灯和液晶屏构成。其工作方法为①采用“紧急轮+基本轮+后备轮”的低频减载模式及时动作；②再次判断系统中是否出现功率缺额；③确定减负荷范围。其优越性在于①数据处理能力强；②精度和准确性高；③操作简单；④具备自检及自恢复功能。
文档编号H02J3/14GK101752868SQ20091022807
公开日2010年6月23日 申请日期2009年11月9日 优先权日2009年11月9日
发明者刘欣, 周宣征, 周雪松, 张海涛, 朱毅然, 谷海青, 马幼婕, 齐鸣 申请人:天津理工大学