題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 基于LPC1114單片機(jī)的企業(yè)自備電系統(tǒng)外電消失保護(hù)裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 企業(yè)自備電機(jī)的容量較小，需要跟外部電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電，以增強(qiáng)系統(tǒng)供電穩(wěn)定性。當(dāng)外電網(wǎng)出現(xiàn)故障導(dǎo)致電網(wǎng)失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)與電網(wǎng)解列以免被拖死，造成巨大損失。 本裝置采用LPC1114單片機(jī)采集電網(wǎng)力參數(shù)（電壓、頻率和相位角），復(fù)用電壓，電流及頻率判據(jù)，極大地降低解列誤判率。并網(wǎng)操作選用相角差作為主判據(jù)，輔以電壓差，頻率差判據(jù)。對(duì)系統(tǒng)與電網(wǎng)的電網(wǎng)力參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，調(diào)節(jié)直至滿足同期條件，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)。
- 詳細(xì)介紹：
- 廣西具有自備發(fā)電機(jī)組的企業(yè)非常多，例如糖廠、氧化鋁廠等，全國(guó)就更多了。而且這些企業(yè)一級(jí)用電負(fù)荷又比較多，而企業(yè)的自備機(jī)組容量一般較小，為提高供電可靠性往往與電網(wǎng)連接。一旦外電發(fā)生故障或消失，如不采取必要措施，將會(huì)產(chǎn)生巨大損失，后果不堪設(shè)想。 本裝置根據(jù)解列與并網(wǎng)裝置對(duì)電路采集參數(shù)相同原理，將硬件電路整合，對(duì)電網(wǎng)電壓，頻率，相位角進(jìn)行采集。采用性?xún)r(jià)比最高的單片機(jī)之一LPC1114單片機(jī)作為控制器件進(jìn)行運(yùn)算處理，對(duì)采集電壓，頻率進(jìn)行判斷。可實(shí)現(xiàn)外電消失得解列動(dòng)作與外電恢復(fù)的并網(wǎng)動(dòng)作的軟件切換。只要電壓或頻率滿足解列條件，在0.1～0.3s的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)就馬上解列。當(dāng)檢測(cè)到外電恢復(fù)正常，穩(wěn)定時(shí)，對(duì)自備電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)速，調(diào)頻來(lái)使之滿足并網(wǎng)條件采取并網(wǎng)操作。整個(gè)裝置功能切換安全，簡(jiǎn)便能及時(shí)地消除自備電系統(tǒng)與外電網(wǎng)間的不穩(wěn)定因素，切實(shí)保障企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。 下面對(duì)電力參數(shù)的采集以及并網(wǎng)及解列動(dòng)作的要求與原則進(jìn)行描述。 電壓采集： 本裝置采用LPC1114單片機(jī)的片內(nèi)逐次逼進(jìn)模數(shù)轉(zhuǎn)換器。ADC與一個(gè)6通道的模擬多路復(fù)用器連接，通過(guò)分時(shí)復(fù)用的方式，能對(duì)來(lái)自端口A 的6 路單端輸入電壓逐個(gè)進(jìn)行采樣。 本裝置對(duì)交流電壓、電流信號(hào)分別經(jīng)過(guò)電壓互感器和電流互感器進(jìn)行整流，輸入數(shù)據(jù)采集板?；ジ衅骺梢詫⑷我鈹?shù)值的交流電流變換成用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量?jī)x表可以直接測(cè)量的交流電流值；并使高壓回路與維護(hù)人員可以接近的測(cè)量?jī)x表絕緣。 由于LPC1114的ADC對(duì)采集信號(hào)的要求，進(jìn)行交流采集前需要對(duì)電壓及電流信號(hào)加以整形。將具有正負(fù)半波的交流信號(hào)整形為全部信號(hào)均大于“0”。 頻率采集： 將輸入的交流電壓信號(hào)整理為方波并進(jìn)一步整形為T(mén)TL電平后，將其接入到LPC1114單片機(jī)的一個(gè)外部中斷引腳。TTL電平的上升沿觸發(fā)定時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，直至下一個(gè)上升沿的到來(lái)，讀定時(shí)器的值，從而計(jì)算出一個(gè)周期的時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出電網(wǎng)頻率。 將待測(cè)電壓方波信號(hào)輸入芯片的外部中斷接口，采用上升沿觸發(fā)，啟動(dòng)定時(shí)器計(jì)算出相鄰2個(gè)上升沿的時(shí)間T，頻率f則為時(shí)間T的倒數(shù) 相位角檢測(cè)： 使用軟件讓單片機(jī)在相位角恰好等于合閘導(dǎo)前角的時(shí)刻發(fā)出并網(wǎng)指令，基本上由于種種的客觀原因是不可能實(shí)現(xiàn)的，至少目前沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種并網(wǎng)裝置。 利用硬件進(jìn)行相位角的測(cè)量在工程上多采用先將正弦信號(hào)整型為方波，再利用方波的邊沿作為中斷源觸發(fā)中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。交流電壓和電流信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)放分別整形為方波，經(jīng)過(guò)光電隔離加以整理并去掉負(fù)半波，再經(jīng)過(guò)施密特觸發(fā)器整形為T(mén)TL電平的波形。獲得了電壓和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換來(lái)的TTL信號(hào)，來(lái)求得相位角。 系統(tǒng)解列原則： 盡量考慮失去穩(wěn)定的發(fā)電機(jī)以及與之功率基本平衡且由被解列的發(fā)電機(jī)提供有功的負(fù)荷，保證網(wǎng)絡(luò)的有效連通性；將失去同步的發(fā)電機(jī)組解列為相互獨(dú)立的子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)電功率與負(fù)荷功率各自保持同步運(yùn)行；解列后各子系統(tǒng)的發(fā)電功率與負(fù)荷功率能夠基本平衡，如果在最小的不平衡功率下解列，還要考慮切除一部分負(fù)荷以減小不平衡功率 解列裝置的設(shè)置應(yīng)滿足解列后地區(qū)供需基本平衡（可考慮與低周減載相配合），解列后的系統(tǒng)應(yīng)不再振蕩的原則要求。 分級(jí)減載的目的是確保發(fā)電機(jī)組能夠正常工作、重要設(shè)備正常運(yùn)行。但有以下兩點(diǎn)必須注意： (1) 當(dāng)采樣線斷時(shí)可以導(dǎo)致電壓下降到額定電壓的20％或頻率小于40 ，這時(shí)不能解列、并發(fā)出解列閉鎖報(bào)警。 (2) 短路時(shí)也不能解列。（短路時(shí)采樣頻率不變） 系統(tǒng)并網(wǎng)要求： 目前我國(guó)規(guī)定的在正常運(yùn)行情況下供電電壓的允許偏移如下：35kV及以上供電電壓正負(fù)偏移的絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10％,如供電電壓上下偏移同號(hào)時(shí)，按較大的偏移絕對(duì)值作為衡量依據(jù)；10kV及以下三相供電電壓允許偏移為額定電壓的±7％；220V單相供電電壓允許偏移為額定電壓的±7％和±10％。 外電消失保護(hù)裝置自帶調(diào)壓、調(diào)頻功能，當(dāng)裝置檢測(cè)到電壓不滿足并網(wǎng)條件時(shí)，根據(jù)壓差的大小，裝置由單片機(jī)調(diào)壓信號(hào)口輸出發(fā)給勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可調(diào)的脈寬開(kāi)關(guān)信號(hào)，讓勵(lì)磁裝置進(jìn)行升壓或者降壓操作。。此脈沖信號(hào)脈寬可由0.5～1.5秒可調(diào)，由用戶自行設(shè)定。每輸出一個(gè)周波將關(guān)閉3秒后再執(zhí)行，直到系統(tǒng)檢測(cè)到電壓滿足并網(wǎng)為止。 我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率為50Hz，頻率偏差范圍為±0.2~±0.5Hz，用百分?jǐn)?shù)表示±0.4％~±1％。外電消失保護(hù)裝置自帶頻率調(diào)節(jié)功能，當(dāng)裝置檢測(cè)到發(fā)電機(jī)組頻率與電網(wǎng)頻率的差大于允許的誤差，根據(jù)頻差的正負(fù)發(fā)送頻率升頻或者降頻信號(hào)給同步器—發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)。同步器由伺服電動(dòng)機(jī)、蝸輪、蝸桿等裝置組成。在同期裝置控制下，伺服電動(dòng)機(jī)可以正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。當(dāng)檢測(cè)到頻率相差大于設(shè)定允許誤差后，裝置會(huì)自動(dòng)停止并網(wǎng)操作，并根據(jù)檢測(cè)的差值進(jìn)行升頻或者降頻操作，發(fā)出脈寬為0.5～1.5秒可調(diào)脈沖信號(hào)給伺服機(jī)。來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的穩(wěn)定調(diào)節(jié)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本裝置根據(jù)解列與并網(wǎng)裝置對(duì)電路采集參數(shù)相同原理，將硬件電路整合，對(duì)電網(wǎng)電壓，頻率，頻率進(jìn)行采集。采用性?xún)r(jià)比最高的單片機(jī)之一LPC1114單片機(jī)作為控制器件進(jìn)行運(yùn)算處理，對(duì)采集電壓，頻率進(jìn)行判斷。可實(shí)現(xiàn)外電消失得解列動(dòng)作與外電恢復(fù)的并網(wǎng)動(dòng)作的軟件切換。只要電壓或頻率滿足解列條件，在0.1～0.3s的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)就馬上解列。也可在檢測(cè)到外電恢復(fù)正常，穩(wěn)定時(shí)，對(duì)自備電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)速，調(diào)頻來(lái)使之滿足并網(wǎng)條件采取并網(wǎng)操作。這樣就使整個(gè)裝置融為一體，及時(shí)地消除自備電系統(tǒng)與外電網(wǎng)間的不穩(wěn)定因素，切實(shí)保障企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。 技術(shù)分析說(shuō)明：對(duì)自備電系統(tǒng)與電網(wǎng)的電壓，頻率和相位角的檢測(cè)與對(duì)前者發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)。電壓解列條件：實(shí)時(shí)電壓超出額定電壓的0.85~1.2 倍范圍。頻率解列條件：實(shí)時(shí)頻率高于51Hz 或 低于49Hz。并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)前時(shí)間（固有合閘時(shí)間）測(cè)定。并網(wǎng)開(kāi)關(guān)的導(dǎo)前時(shí)間設(shè)定范圍為0.03~0.5秒并網(wǎng)允許電壓差設(shè)定范圍±1％～±9％ 。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本裝置根據(jù)解列與并網(wǎng)裝置對(duì)電路采集參數(shù)相同原理，將硬件電路整合，對(duì)電網(wǎng)電壓，頻率，相位角進(jìn)行采集。采用性?xún)r(jià)比最高的單片機(jī)之一LPC1114單片機(jī)作為控制器件進(jìn)行運(yùn)算處理，對(duì)采集電壓，頻率進(jìn)行判斷?？蓪?shí)現(xiàn)外電消失得解列動(dòng)作與外電恢復(fù)的并網(wǎng)動(dòng)作的軟件切換。只要電壓或頻率滿足解列條件，在0.1～0.3s的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)就馬上解列。當(dāng)檢測(cè)到外電恢復(fù)正常，穩(wěn)定時(shí)，對(duì)自備電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)速，調(diào)頻來(lái)使之滿足并網(wǎng)條件采取并網(wǎng)操作。整個(gè)裝置功能切換安全，簡(jiǎn)便能及時(shí)地消除自備電系統(tǒng)與外電網(wǎng)間的不穩(wěn)定因素，切實(shí)保障企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室調(diào)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本裝置根據(jù)解列與并網(wǎng)裝置對(duì)電路采集參數(shù)相同原理，將硬件電路整合，對(duì)電網(wǎng)電壓，頻率，相位角進(jìn)行采集。采用性?xún)r(jià)比最高的單片機(jī)之一LPC1114單片機(jī)作為控制器件進(jìn)行運(yùn)算處理，對(duì)采集電壓，頻率進(jìn)行判斷?？蓪?shí)現(xiàn)外電消失得解列動(dòng)作與外電恢復(fù)的并網(wǎng)動(dòng)作的軟件切換。只要電壓或頻率滿足解列條件，在0.1～0.3s的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)就馬上解列。當(dāng)檢測(cè)到外電恢復(fù)正常，穩(wěn)定時(shí)，對(duì)自備電系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行調(diào)速，調(diào)頻來(lái)使之滿足并網(wǎng)條件采取并網(wǎng)操作。整個(gè)裝置功能切換安全，簡(jiǎn)便能及時(shí)地消除自備電系統(tǒng)與外電網(wǎng)間的不穩(wěn)定因素，切實(shí)保障企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展。 廣西利用余熱發(fā)電的中小企業(yè)比較多，例如：糖廠自備汽輪發(fā)電機(jī)組等，但是他們的發(fā)電機(jī)的容量一般較小，需要跟外部電網(wǎng)連接作為補(bǔ)充。所以本裝置在廣西具有很大的市場(chǎng)。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 目前國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)中，還沒(méi)有一種很完善的外電消失保護(hù)裝置，不合理的解列，并網(wǎng)引起的事故蔓延情況仍在發(fā)生。 在執(zhí)行外電消失保護(hù)動(dòng)作時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同情況下選擇不同的判據(jù)，多種判據(jù)復(fù)用，互為補(bǔ)充。目前還沒(méi)有一種判據(jù)可以對(duì)系統(tǒng)的振蕩做出全面的描述。系統(tǒng)從擾動(dòng)，到擺動(dòng)，再到失步振蕩是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，各種參數(shù)在不同階段特性也不同，各種判據(jù)又各有利弊，因此，應(yīng)對(duì)各個(gè)判據(jù)揚(yáng)長(zhǎng)避短，互為補(bǔ)充。 振蕩解列判據(jù)今后的發(fā)展趨勢(shì)如下： (1) 利用GPS技術(shù)和現(xiàn)代電力系統(tǒng)通信技術(shù)，研制基于同步相量測(cè)量技術(shù)的自適應(yīng)失步解列裝置。 近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，柔性輸電技術(shù)、智能控制、基于GPS的新一代動(dòng)態(tài)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)己經(jīng)成為現(xiàn)代電力系統(tǒng)中三項(xiàng)具有變革性影響的前沿課題。 GPS的出現(xiàn)為電力系統(tǒng)的大范圍控制提供了一個(gè)新的思路和手段。 (2) 利用人工智能研究振蕩解列新算法 智能控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用已逐漸成為人們的研究熱點(diǎn)，主要包括專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊集理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模擬進(jìn)化優(yōu)化方法及其它智能方法等。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和模糊集理論的研究有了很大進(jìn)展，目前國(guó)內(nèi)外正在積極開(kāi)展利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊控制進(jìn)行電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制的研究。 對(duì)于準(zhǔn)同期裝置，它是同步發(fā)電機(jī)并列的重要設(shè)備，設(shè)計(jì)原則是將發(fā)電機(jī)無(wú)沖擊平滑地并入電網(wǎng)。準(zhǔn)同期操作需要滿足三個(gè)條件，在待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電網(wǎng)頻差和電壓差滿足允許范圍內(nèi)，在零相位角到來(lái)之前即合閘導(dǎo)前時(shí)間發(fā)出合閘指令，使待并發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)電網(wǎng)在接近或等于零相位角的情況下并入系統(tǒng)電網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)這種功能的裝置稱(chēng)為“恒定越前時(shí)間的準(zhǔn)同期裝置”。 第二代自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置是微機(jī)式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，微處理器的誕生對(duì)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置技術(shù)指標(biāo)的提升產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，我國(guó)是世界上微機(jī)準(zhǔn)同期裝置最早的研制國(guó)家之一，深圳市智能設(shè)備開(kāi)發(fā)有限公司研制的SID-2系列多功能微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置比較具有代表性，它是我國(guó)最早從事微機(jī)準(zhǔn)同期控制器研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的企業(yè)之一，所研制的自準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置具有高精度、高可靠性、人機(jī)界面友好、操作方便、接線簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。在提高并網(wǎng)速度和可靠性的同時(shí)，大大提高了合閘準(zhǔn)確度?？偠灾?，如今的并網(wǎng)裝置所追求的就是如何高可靠性的在滿足并網(wǎng)條件下抓捕第一次的并網(wǎng)契機(jī)。 但是目前市場(chǎng)上，很少有基于功能整合下的多判據(jù)復(fù)用的外電消失保護(hù)裝置出現(xiàn)。
