一种小型水电站用频率电压紧急控制装置的制作方法

本实用新型涉及小型水电站的频率和电压的紧急控制技术领域，特别是一种小型水电站用频率电压紧急控制装置。

背景技术：

频率是衡量电能质量的重要指标之一，在系统正常运行的情况下，频率表现为一个稳态值量。小型水电站通常配备几组水力发电机，以将水能转换成电能从而实现发电并网的目的。在一些应用场合下，在小型水电站的内部，不可避免的会有一些用电负荷，或者某些工矿企业会直接建设自用水电站，来给自己企业内部的用电设备进行供电操作，并将其所发多余的电能直接传输的电网上实现并网，遵循自发自动，余量上网的原则。

对于一个小型水电站，其发出的电如果既要满足站内的本地用电系统，又要将多余电量并网时，通常会额外配备一台低频减载保护装置和一台故障解列装置，用以实现对本地用电系统的电压和频率的实时监测保护。目前使用较多的是低频减载装置，这类装置参数设置复杂，增加了现场工程人员的调试难度，降低了小型水电站的投运速度。此外，本地小型水电站并联在主系统电网上，会产生电压残压，从而使得主系统电网自动重合闸的条件无法实现，导致自动重合闸失败，因此降低了系统供电的可靠性。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种小型水电站用频率电压紧急控制装置。该装置可实现本地用电系统的低频减载以及对并网点的故障解列的功能。其具体技术方案如下：

一种小型水电站用频率电压紧急控制装置，其包括有总线板卡及连接在总线板卡上的电源板卡、CPU板卡、第一开入板卡、第二开入板卡、第一开出板卡、第二开出板卡、通信板卡、交流采样板卡、显示板卡及按键输入板卡；所述总线板卡用于提供数据传输和信息交互的传输通道；所述电源板卡与外部电源连接，实现所述控制装置的电源供给；所述第一开入板卡及第二开入板卡通过内部的I/O数据总线与所述CPU板卡进行数据交互，其用于接收被控制装置的开出信号并发送给所述CPU板卡；所述第一开出板卡及第二开出板卡通过内部的I/O数据总线与所述CPU板卡进行数据交互，其用于对被控制装置发出序列性开出信号；所述通信板卡通过内部的通信数据总线插接在所述总线板卡上，所述CPU板卡通过所述通信板卡实现与外部设备之间的数据通信；所述交流采样板卡用于采集被控制设备的三相电压、三相电流及频率信号并发送给所述CPU板卡；所述CPU板卡基于所述交流采样板卡发送的被控制设备的三相电压、三相电流及频率信号生成保护命令并将保护命令发送给所述第一开出板卡或第二开出板卡，所述第一开出板卡或第二开出板卡对所述被控制装置执行保护动作。

作为本实用新型的进一步改进，其还包括有连接在所述总线板卡上的按键输入板卡及液晶显示板卡，所述按键输入板卡通过内部的串口通信线路与所述CPU板卡进行数据交互，其用于接收用户的设置参数，并将设置参数发送给所述CPU板卡；所述液晶显示面板通过内部的串口通信线路与所述CPU板卡进行数据交互，其用于显示所述控制装置的内部菜单及控制装置当前的控制信息。

作为本实用新型的进一步改进，所述CPU板卡采用ARM+DSP双处理器架构，所述CPU板卡用于实现所述控制装置的控制逻辑。

作为本实用新型的进一步改进，所述通信板卡包括三路RS485串口和两路以太网口。

作为本实用新型的进一步改进，所述电源板卡具备宽电源输入能力，其能够实现120～250V交流电压及24～48V直流电压的输入。

作为本实用新型的进一步改进，所述第一开入板卡及所述第二开入板卡分别包括有十六路带有光电隔离功能的开入端口，所述第一开出板卡及所述第二开出板卡分别包括有十六路带有光电隔离功能的开出端口。

作为本实用新型的进一步改进，所述交流采样板卡包括两个AD7656采样芯片。

作为本实用新型的进一步改进，所述液晶显示面板上设有三个LED指示灯，分别为装置运行灯、装置自检异常指示灯及装置告警指示灯。

本实用新型提供了一种型水电站用频率电压紧急控制装置，其有益技术效果在于：其能够实现对本地用电系统的用电负荷的有效管理，实现低频减载。同时检测主系统电网侧的电压和频率值，当电压和频率急剧变化时，实现故障解列功能，以跳开并网点开关，实现主系统电网与小型水电站的分离，从而保证主系统电网在瞬时故障情况后的自动重合闸。另外在一定程度上，其有效降低了小型水电站的建设成本，也降低了现场工程人员的装置调试的复杂度，使得小型水电站项目建设的快速投运。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型提供的小型水电站用频率电压紧急控制装置的结构原理框图；

图2为本实用新型提供的一种小型水电站用频率电压紧急控制装置的应用示意图；

图3为本实用新型提供的一种小型水电站用频率电压紧急控制装置的低频减载保护功能的控制流程图；

图4本实用新型提供的一种小型水电站用频率电压紧急控制装置的频率和电压的故障解列保护功能的流程图。

具体实施方式

参见图1，其示出了在一个具体实施例中，本实用新型提供的一种小型水电站用频率电压紧急控制装置100(以下简称控制装置100)的结构原理框图，其包括总线板卡101、电源板卡102、第一开出板卡103、第二开出板卡104、CPU板卡105、第一开出板卡106、第二开处板卡107、通信板卡108、交流采样板卡109、液晶显示面板110、按键输入板卡111。

所述电源板卡102插接在所述总线板卡101上，并与外部的交流电源或直流电源连接，以实现电源供给。在一些具体实施例中，所述电源板卡102具备宽电源输入能力，其能够实现120～250V交流电压及直流24～48V直流电压的输入，所述电源板卡102能够将120～250V交流电压及直流24～48V直流电压转换成5V电源信号和3.3V电源信号提供给所述CPU板卡。

所述CPU板卡105、第一开入板卡106、第二开入板卡107、第一开出板卡103、第二开出板卡104、通信板卡108、交流采样板卡109、液晶显示面板110、按键输入板卡111都插接在所述总线板卡101上，并通过总线板卡101提供的信号传输通道进行数据交互。

所述CPU板卡105用于实现所述控制装置内部的控制逻辑，在一些具体实施例中，所述CPU板卡105采用ARM+DSP双处理器架构，其可以实现2段低频解列、2段高频解列、2段低压解列、2段过压解列、3轮低频减载逻辑。

所述第一开入板卡106及第二开入板卡107通过内部的I/O数据总线与所述CPU板卡105进行数据交互，其用于将读取的被控制装置的开入信号并将信号发送给所述CPU板卡105。所述第一开出板卡103及第二开出板卡104通过内部的I/O数据总线与所述CPU板卡105进行数据交互，其用于对被控制装置发出序列性开出信号。

本实施例中，所述第一开入板卡106及所述第二开入板卡107分别设有十六路带光电隔离功能的开入端口；所述第一开出板卡103及所述第二开出板卡104分别设有十六路带光电隔离功能的开出端口。

所述通信板卡108通过内部的通信数据总线插接在所述总线板卡101上，所述CPU板卡105通过所述通信板卡108实现与被控制装置等外部设备之间的数据通信。本实施例中，所述通信板卡108包括三路RS485串口和两路以太网口。

所述交流采样板卡109包括两个AD7656采样芯片，其能够采集被控制设备的三相电压、三相电流及频率信号，并将所述三相电压、三相电流及频率信号发送给所述CPU板卡；所述CPU板卡基于所述交流采样板卡发送的被控制设备的三相电压、三相电流及频率信号生成保护命令并将保护命令发送给所述第一开出板卡或第二开出板卡，所述第一开出板卡或第二开出板卡对所述被控制装置执行保护动作。

所述液晶显示面板110通过内部的串口通信线路与所述CPU板卡105进行数据交互，其用于显示控制装置的内部菜单及测试控制装置当前的控制信息，本实施例中，所述液晶显示面板110上设有三个LED指示灯，分别为装置运行灯、装置自检异常指示灯及装置告警指示灯。

所述按键输入板卡111通过内部的串口通信线路与所述CPU板卡105进行数据交互，其用于接收用户输入的控制参数，并将控制参数发送给所述CPU板卡105。

参见图2，其示出了本实用新型的一种小型水电站用频率电压紧急控制装置100的在一个具体应用中的应用示意图，所述控制装置100检测本地用电系统200的母线、小型水电站300的并网点的电压信号及频率信号并能够做出相应的保护控制。

一方面，用户根据本地用电负荷的重要性，通过按键输入板卡111设置低频减载的优先级参数。当本实用新型的控制装置100监测到本地用电系统200的频率降低，出现有功缺额的情况下，控制装置100根据用户设置的优先级参数，进行有顺序的切除部分用电负荷，使得本地用电系统200的频率趋于稳定值。

例如，在一个具体实施例中，本实用新型的控制装置100具有5轮优先级的低频减载功能。每一轮出口可通过内部软件配置到装置上控制装置100上的任意一个动作出口。控制装置100实时采集本地用电系统200的母线的频率值。同时，用户根据实际需要设定需要减载的轮次，以及每一轮次的减载频率定值和时间定值，以及相应的优先级序号，并将本优先级序号的轮次关联到指定的动作出口。当本地用电系统200的母线上的频率值降低到用户所设定的减载频率定值以内时，控制装置100根据内部保护逻辑计算以及定值进行相应出口跳闸操作，实现切除部分用点负荷的目的。以达到遏制本地用电系统200的母线频率进一步降低的趋势，使用母线上频率趋于正常稳定50HZ值。

另一方面，用户通过按键输入板卡111进行故障解列的电压和频率定值参数设置。当控制装置100检测到小型水电站300的并网点电压或者频率发生异常突变时，根据内部的保护逻辑实现解列的功能，将并网点开关断开，起到与主系统电网400分离的目的。这样，主系统电网400由于瞬时性故障导致的调整，在故障消失之后可以顺利的进行重合闸操作。

当主系统电网300恢复正常时，控制装置100检测到小型水电站300的并网点的电压和频率恢复正常值，此时控制装置100内部会产生一条并网点正常的事件信息上送主后台管理软件，此时小型水电站300的维护人员可以根据本事件信息，进行遥控合闸的操作，这样恢复本地小型水电站并网的目的。

可见，本实用新型能够本实用新型可实现本地用电系统的低频减载以及对并网点的故障解列的功能。

参见图3，其示出了本实用新型提供的一种小型水电站用频率电压紧急控制装置的低频减载保护功能的控制流程图。

首先，本实用新型的控制装置根据交流采样板采样值计算出本地用电系统的母线上的三相电压和三相电流以及频率值，然后查看频率是否降低到50Hz以下。果频率稳定在50HZ则继续循环计算交流采样值，如果频率低于50HZ时，首先计算出当前频率与上一次采样频率的差值计数做DeltaF，并计算出频率在单位时间内的变化率，计做df/dt。首先判断df/dt是否超过系统整定定值频率滑差闭锁值，如果大于频率闭锁滑差定值则装置直接返回到之前的计算逻辑中，不进行后续的逻辑判断，这样可以保证装置外部由于短路故障或者其他故障引起的频率急剧降低不会产生误动作减载措施，此时的情况下是交由故障解列逻辑功能去判别，将产生故障解列的信号。如果频率滑差值小于频率滑差闭锁定值，则将df/dt值与系统整定的定值FD1和FD2比较，如果大于FD1则产生加速T2时间，如果大于FD2则产生加速T3时间。然后软件开始进行第一轮的减载逻辑运算，比较当前的DeltaF是否小于F1定值，如果小于则延时T1时间，并根据用户事先整定的优先级参数切除优先级为1的用户负荷，如果DeltaF小于F2定值则延时T2减去加速T2时间后切除优先级2负荷，最后判断DeltaF是否小于F3定值，如果小于则延时T3减去加速T3时间后，切除优先级3负荷。这样做的目的是防止系统频率快速下降的同时，减少优先级2和优先级3的延时时间，尽早的制止系统频率继续降低，快速使系统频率稳定下来。

参见图4，其示出了本实用新型提供的一种小型水电站用频率电压紧急控制装置的频率和电压的故障解列保护功能的流程图。

本实用新型的控制装置根据交流采样板采样值计算出并网点处的三相电压和频率值。

首先进行过压保护判断，如果当前三相电压中的任意一相电压超过用户整定值Uzdgy，并延时时间Tu1之后，进行过压故障解列出口，跳开并网点开关，使得小型水电站和外部主系统电网分离开来。如果当前三相电压中任意一相电压小于用户整定值Uzddy，并延时时间Tu2之后，进行过压故障解列出口，跳开并网点开关，使得小型水电站和外部主系统电网分离开来。如果当前并网点处频率超过用户整定值Fgpzd，并延时时间Tf1之后，进行过压故障解列出口，跳开并网点开关，使得小型水电站和外部主系统分离开来。如果当前并网点处频率小于用户整定值Fdpzd，并延时时间Tf2之后，进行过压故障解列出口，跳开并网点开关，使得小型水电站和外部主系统分离开来。