基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置，包括電源電路、交流采樣電路、主CPU、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路；所述電源電路、交流采樣電路、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路分別連接到所述主CPU；所述電源電路包括電源模塊電路和機端電源電路；所述機端電源電路包括整流濾波電路和直流穩(wěn)壓輸出電路，所述整流濾波電路連接到所述直流穩(wěn)壓輸出電路。本實用新型提供一種調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定、安全性能高，操作方便的基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置。
【專利說明】基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置
【【技術領域】】
[0001]本實用新型屬于電力系統(tǒng)自動化【技術領域】，具體涉及一種基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置。
【【背景技術】】
[0002]基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)適用于低壓機組自動化電站及無人或少人值守電站。目前市場上中小型機組勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)技術相對落后，存在一定的安全隱患，許多陳舊的勵磁裝置，還是使用最早期的手動調(diào)壓器勵磁裝置和普通簡單勵磁裝置，這種勵磁裝置的主要缺點有:1、不能實現(xiàn)勵磁的自動調(diào)節(jié)需要人工進行調(diào)節(jié)，頻繁進行無功調(diào)節(jié)工人勞動強度比較大。2、穩(wěn)定性不好，手動調(diào)壓器經(jīng)過幾年運行后，普遍存在被電火花氧化的情況，這種情況下調(diào)節(jié)會出現(xiàn)無功大幅波動的情況。3、沒有預留自動化接口，無法進行自動化連接。4、無功調(diào)節(jié)的精確度不高。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0003]本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定、安全性能高，操作方便的基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置。
[0004]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:
[0005]基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置，包括電源電路、交流采樣電路、主CPU、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路；
[0006]所述電源電路、交流采樣電路、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路分別連接到所述主CPU ；
[0007]所述電源電路包括電源模塊電路和機端電源電路；所述機端電源電路包括整流濾波電路和直流穩(wěn)壓輸出電路，所述整流濾波電路連接到所述直流穩(wěn)壓輸出電路；
[0008]所述交流采樣電路包括機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路、勵磁75mv采樣電路、機端測頻電路、機端采樣AD芯片、調(diào)差采樣電路；所述機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路、勵磁75mv采樣電路分別連接到所述機端采樣AD芯片；所述機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路分別連接到所述調(diào)差采樣電路。
[0009]進一步地，所述電源模塊電路包括DC24V電源模塊、AC220V電源模塊；所述DC24V電源模塊包括電源輸入過壓過流保護電路、第一 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接到所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述AC220V電源模塊包括AC/DC轉(zhuǎn)換電路、第二 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路連接到所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換電路。
[0010]進一步地，所述CPU接口電路包括開入電路、開出電路、存儲電路、CPU看門狗電路。
[0011]進一步地，所述通訊電路為RS485接口。
[0012]本實用新型的優(yōu)點在于:1、較高的功能集成性:包含了發(fā)電機勵磁控制和機組轉(zhuǎn)速信號測量，兩種功能。2、通用性強:專門針對中小水電站勵磁系統(tǒng)應用，能通過簡單的軟件配置，就可以分別在無刷勵磁系統(tǒng)和可控硅勵磁系統(tǒng)中使用。3、通信接口方便、控制靈活、操作簡單:設備可以通過通信接口連接到上位機，通過上位機檢測到多個相關電站的發(fā)電實時情況，管理人員進行合理調(diào)度機組的開停機以及增減負荷，在保障整個水電站安全穩(wěn)定運行的同時也大大減小了現(xiàn)場人員勞動強度。4、運行控制方式靈活:有恒電壓運行方式和恒電流運行方式兩種運行方式，在無系統(tǒng)電網(wǎng)情況下，勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)可控制發(fā)電機進行獨立小電網(wǎng)運行。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0013]下面參照附圖結(jié)合實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0014]圖1是本實用新型硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2是本實用新型外部接線圖。
[0016]圖3是本實用新型通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【【具體實施方式】】
[0017]請參閱圖1所示，對本實用新型勵磁調(diào)節(jié)裝置硬件結(jié)構(gòu)進行詳細的說明。
[0018]基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置，包括電源電路、交流采樣電路、主CPU、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路；
[0019]所述電源電路、交流采樣電路、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路分別連接到所述主CPU ；
[0020]所述電源電路包括電源模塊電路和機端電源電路；所述機端電源電路包括整流濾波電路和直流穩(wěn)壓輸出電路，所述整流濾波電路連接到所述直流穩(wěn)壓輸出電路；
[0021]所述交流采樣電路包括機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路、勵磁75mv采樣電路、機端測頻電路、機端采樣AD芯片、調(diào)差采樣電路；所述機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路、勵磁75mv采樣電路分別連接到所述機端采樣AD芯片；所述機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路分別連接到所述調(diào)差采樣電路。
[0022]所述電源模塊電路包括DC24V電源模塊、AC220V電源模塊；所述DC24V電源模塊包括電源輸入過壓過流保護電路、第一 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接到所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述AC220V電源模塊包括AC/DC轉(zhuǎn)換電路、第二 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路連接到所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換電路。
[0023]所述CPU接口電路包括開入電路、開出電路、存儲電路、CPU看門狗電路。
[0024]所述通訊電路為RS485接口。
[0025]主CPU是以單片機為核心，它完成數(shù)據(jù)采集，運算控制，參數(shù)給定，脈沖輸出和參數(shù)顯示等監(jiān)控內(nèi)容。
[0026]該裝置采用雙電源供電，一路由電源模塊供電，用戶根據(jù)電站實際情況來選擇是DC24V供電模塊還是AC220V供電模塊；另一路供電是在機組建壓后，由機端電壓經(jīng)過交流采樣電路中的機端電壓采樣電路，先經(jīng)整流濾波電路后，再經(jīng)過直流穩(wěn)壓輸出電路，給裝置提供電源。
[0027]勵磁電流的采集過程如下:由轉(zhuǎn)子電流經(jīng)過分流器后產(chǎn)生的毫伏信號，經(jīng)過機端采樣AD芯片，這樣主CPU就可以控制機端采樣AD芯片對勵磁電流進行采樣。
[0028]機端電流采樣電路主要實現(xiàn)機端C相電流采樣，調(diào)差電路單相硬件調(diào)差工作原理如下:機端電壓Ua-j和Ub-j經(jīng)過機端電壓采樣電路的變壓器降壓變后的二次電壓上疊加上由機端電流采樣電路出來單相C相電流形成一個調(diào)差電壓，經(jīng)過調(diào)差采樣電路直接連接給主CPU進行調(diào)差電壓采樣。
[0029]開入電路包括斷路器位置判斷、滅磁命令、增勵磁、減勵磁、恒勵磁電流運行方式五個開入量，用戶可通過開入電路實現(xiàn)勵磁裝置的控制；開出電路包括機組停機、頻率正常、機組過速三個開出量，通過開出量可以簡單進行轉(zhuǎn)速信號控制。
[0030]脈沖驅(qū)動電路主要實現(xiàn)可控硅脈沖觸發(fā)驅(qū)動和觸發(fā)脈沖隔離，脈沖觸發(fā)主要由軟件的移相方式來實現(xiàn)，具有觸發(fā)脈沖穩(wěn)定且對稱性好等特點。
[0031]所述的通訊電路是指RS485通訊接口電路，其主要作用是用來與PLC顯示裝置通訊用，從而實現(xiàn)遠程操作管理。數(shù)據(jù)通信采用通用的《Modbus協(xié)議》通信規(guī)約。
[0032]所述的顯示電路主要是由顯示芯片、數(shù)碼管、發(fā)光二極管及按鍵組成，其主要功能是顯示勵磁參數(shù)及指示勵磁狀態(tài)。
[0033]按鍵電路主要是用于參數(shù)顯示翻閱及參數(shù)設置操作。
[0034]請參閱圖2所示，對本實用新型勵磁調(diào)節(jié)裝置外部接線進行詳細的說明。
[0035]整個調(diào)節(jié)器的外圍電路包括可控硅模塊KZ、勵磁觸發(fā)變壓器LB、75mv直流勵磁電流分流器FL、發(fā)電機機組F、勵磁線圈LQ、機端電壓互感器PT、機端電流互感器CT以及發(fā)電機斷路器輔助點DL ;機端電壓互感器PT，是連接到本實用新型的機端測頻電路和機端電壓采樣電路，后連接到主CPU ;勵磁變LB、可控硅模塊KZ，構(gòu)成勵磁控制的主回路；SCPU通過軟件移相方式輸出觸發(fā)脈沖，經(jīng)過勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路后連接到可控硅模塊KZ，進行勵磁控制；75mv直流勵磁電流分流器FL是作為勵磁電流測量；機端電流互感器CT是作為機端C相電流測量；發(fā)電機斷路器輔助點DL作為判斷發(fā)電機組是否處于并網(wǎng)狀態(tài)的依據(jù)。
[0036]簡單的勵磁控制操作過程如下:先將機端電壓電流、75mv勵磁信號、可控硅觸發(fā)信號、開入開出信號及電源信號接入到本實用新型，將機組處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，當頻率處于50Hz左右時進行建壓，為避免產(chǎn)生低頻過壓的情況當轉(zhuǎn)速低于規(guī)定值時自動逆變滅磁功能，同時這樣也可以大大延長滅磁開關使用壽命；當轉(zhuǎn)速高于規(guī)定的過速輸出值時裝置過速開出給PLC報警顯示，在正常起勵建壓時可能出現(xiàn)過壓情況，可以通過改變勵磁設置參數(shù)來改善過壓情況；起勵建壓穩(wěn)定后可進行并網(wǎng)運行，在并網(wǎng)后可運行方式恒電壓和恒電流的方式切換。
[0037]請參閱圖3所示，對本實用新型勵磁通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖進行詳細的說明。
[0038]本實用新型勵磁通信系統(tǒng)可以同時監(jiān)測和管理復數(shù)個水電站的勵磁情況，整個系統(tǒng)包括單個上位機管理系統(tǒng)、復數(shù)個PLC顯示裝置，復數(shù)個本實用新型裝置，復數(shù)個無線通訊模塊及復數(shù)個光纖終端設備；具體到單個電站中包括單個光纖終端設備和單個無線通訊模塊、單個PLC顯示裝置及復數(shù)個相并聯(lián)的本實用新型裝置；本實用新型裝置與PLC顯示裝置是通過485通信方式進行勵磁數(shù)據(jù)監(jiān)測與控制，同時上位機管理系統(tǒng)與PLC顯示裝置之間有兩種通信通道，無線通訊模塊通道和光纖終端設備以太網(wǎng)通信通道。通過通信通道，上位機可以進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制。
[0039]上位機管理系統(tǒng)，主要實現(xiàn)勵磁數(shù)據(jù)的存儲和統(tǒng)計，通過軟件遠程對PLC進行控制，間接實現(xiàn)對本實用新型的勵磁調(diào)節(jié)裝置進行數(shù)據(jù)監(jiān)測和勵磁調(diào)節(jié)控制。
[0040]本實用新型具有較高的功能集成性:包含了發(fā)電機勵磁控制和機組轉(zhuǎn)速信號測量，兩種功能。通用性強:專門針對中小水電站勵磁系統(tǒng)應用，能通過簡單的軟件配置，就可以分別在無刷勵磁系統(tǒng)和可控硅勵磁系統(tǒng)中使用。通信接口方便、控制靈活、操作簡單:設備可以通過通信接口連接到上位機，通過上位機檢測到多個相關電站的發(fā)電實時情況，管理人員進行合理調(diào)度機組的開停機以及增減負荷，在保障整個水電站安全穩(wěn)定運行的同時也大大減小了現(xiàn)場人員勞動強度。運行控制方式靈活:有恒電壓運行方式和恒電流運行方式兩種運行方式，在無系統(tǒng)電網(wǎng)情況下，勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)可控制發(fā)電機進行獨立小電網(wǎng)運行。
[0041]以上所述，僅為本實用新型較佳實施例而已，故不能依此限定本實用新型實施的范圍，即依本實用新型專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應仍屬本實用新型涵蓋的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:包括電源電路、交流采樣電路、主CPU、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路； 所述電源電路、交流采樣電路、CPU接口電路、通訊電路、勵磁脈沖觸發(fā)驅(qū)動電路、顯示電路、按鍵電路分別連接到所述主CPU ； 所述電源電路包括電源模塊電路和機端電源電路；所述機端電源電路包括整流濾波電路和直流穩(wěn)壓輸出電路，所述整流濾波電路連接到所述直流穩(wěn)壓輸出電路； 所述交流采樣電路包括機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路、勵磁75mv采樣電路、機端測頻電路、機端采樣AD芯片、調(diào)差采樣電路；所述機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路、勵磁75mv采樣電路分別連接到所述機端采樣AD芯片；所述機端電壓采樣電路、機端電流采樣電路分別連接到所述調(diào)差采樣電路。
2.如權(quán)利要求1所述的基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述電源模塊電路包括DC24V電源模塊、AC220V電源模塊；所述DC24V電源模塊包括電源輸入過壓過流保護電路、第一 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述電源輸入過壓過流保護電路連接到所述第一 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述八022(^電源模塊包括AC/DC轉(zhuǎn)換電路、第二 DC/DC轉(zhuǎn)換電路；所述AC/DC轉(zhuǎn)換電路連接到所述第二 DC/DC轉(zhuǎn)換電路。
3.如權(quán)利要求1所述的基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述CPU接口電路包括開入電路、開出電路、存儲電路、CPU看門狗電路。
4.如權(quán)利要求1所述的基于交流采樣的低壓水輪發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置，其特征在于:所述通訊電路為RS485接口。
【文檔編號】H02P9/14GK204103813SQ201420528865
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】林澤峰, 李水珠, 盧遠亮 申請人:福建億華源能源管理有限公司