一種外掛型PSS裝置的制作方法

文檔序號：12774214閱讀：793來源：國知局

本實用新型涉及電力系統控制裝置領域，尤其是一種應用于同步發電機勵磁系統的外掛型PSS裝置。

背景技術：

電力系統穩定器（Power System Stabilizer，PSS）作為同步發電機勵磁調節器的一種附加控制功能，能夠增強電力系統正阻尼特性，有效抑制系統低頻振蕩（0.1-2.0Hz），是當代勵磁調節器不可缺少的功能，特別在應用于大型發電機組時。PSS通常作為勵磁調節器一個內部軟件功能模塊，采用附加控制的方式，通過將PSS計算輸出疊加在同步發電機定子電壓上起調節作用。

國內勵磁調節器一般配置PSS-1A、PSS-2B等1-2種模型。早期勵磁調節器采用PSS-1A模型，該模型輸入為有功功率等單變量，能夠實現系統低頻振蕩抑制效果，但是在有功功率快速連續調節時，存在無功功率“反調”問題。PSS-2B模型輸入為發電機有功功率、轉速等雙變量，有效解決了無功功率“反調”問題，但是在實際工程應用中，PSS2B模型在振蕩高頻段（1.0Hz以上）抑制有功振蕩效果明顯，在中低頻段抑制效果則普遍較差，僅依靠參數整定很難在整個有功低頻振蕩范圍內都提供較強阻尼。大電網的區域電網間和大型水電機組長距離輸電引起的低頻振蕩頻率多處于低頻率段（0.1-0.8Hz），PSS模型還有進一步改進完善的空間，以適應大電網對電力系統穩定器的需求。針對以上不足，業界后續不斷又有一些新型PSS模型，如PSS3B、PSS4B、PSS4B-W（吳跨宇、吳龍、盧岑岑等，一種改進型PSS4B電力系統穩定器工程化應用研究，電力系統保護與控制，2015(7)）和PSS-NEW-B（吳跨宇、盧岑岑、吳龍等，一種新型雙信號電力系統穩定器PSS及其仿真研究，電網技術，2016(5)）等模型的研究和提出。隨著新模型的成熟及推廣應用，勵磁調節器存在可預期的PSS模型升級需求。

PSS作為電網調度等電力系統管理部門對勵磁調節器的考核對象，對模型的選擇以及模型的性能指標有著嚴格的要求。行業標準對模型傳遞函數進行了定義，但每個廠家具體軟件實現方法不同。經過現場測試，部分廠家模型配置及性能存在無法滿足運行要求的問題。以應用較廣的PSS2B為例，部分廠家在發電機轉速測量環節，以發電機機端電壓頻率代替發電機轉速測量，該方法忽略了定子電流對電機轉速的影響，在發電機有功、無功變化時，存在測量偏差，可能導致模型整體特性不滿足穩定運行要求的問題。

另外，現場還有一定數量的勵磁調節器，未配置PSS或者仍采用PSS-1A模型運行，由于未到改造年限無法整體改造，因此隨著管理要求的提高，也有進行PSS功能改造的必要。

對于PSS模型的升級、改造需求，有以下問題：PSS模型，特別是如PSS4B等新型模型，結構復雜、運算量較大，軟件模塊的升級面臨原勵磁調節器設備硬件運算能力、硬件接口條件及廠家技術水平等諸多限制，部分廠家勵磁調節器的PSS功能軟件升級存在一定技術難度；另一方面，將勵磁調節器整體更換升級方案，能夠滿足模型要求，但是成本較高。因此，需要一種功能齊全、易于實現、價格經濟的PSS功能升級、改造技術方案。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種應用于同步發電機勵磁系統的外掛型PSS裝置，以外置的獨立裝置實現勵磁調節器的PSS控制功能，并將計算值傳輸至勵磁調節器，解決勵磁調節器無PSS或者PSS性能不滿足運行要求的問題；在勵磁調節器不做軟件改動或者小改動的情況下，實現勵磁調節器PSS功能升級、改造。

為了達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：一種外掛型PSS裝置，包括箱體、安裝在箱體上的面板和位于箱體內的CPU插件、DSP插件、AC輸入插件、DA輸出插件、智能I/O插件、電源插件、總線板、顯示板；

所述的總線板包括定時復用同步的通信總線、電源總線、模擬量總線和I/O總線；各插件通過總線板的電源總線與電源插件連接，獲得供電電源，并通過總線板的通信總線相互連接，實現相互之間信息報文交換；DSP插件為集成至少一個PSS模型計算模塊的DSP插件，DSP插件通過總線板與AC輸入插件、DA輸出插件和智能I/O插件相連，獲得發電機定子電壓電流模擬量采集信號、開關量開入信號，進行PSS模型計算、邏輯控制，并將模擬量計算結果通過模擬量總線輸送至DA輸出插件的模擬量端口及DSP插件的光纖通訊端口、將狀態量信號通過I/O總線輸送至智能I/O插件開出端口輸出；CPU插件通過通信接口（以太網、RS-485串口）與監控設備連接，實現裝置信息的遠程查看、控制定值遠方修改等功能；顯示板與DSP插件及CPU插件基于總線板通過串口通訊連接。

進一步地，所述的DA輸出插件將PSS模型計算值以模擬量的形式傳輸給勵磁調節器AD輸入端口，完成本實用新型向勵磁調節器的信息傳輸。

進一步地，本實用新型還集成光纖網絡通訊模塊，支持電力行業通訊標準IEC61850和IEEE Std C37.118，能與監控系統配合使用，實現以數字量形式向電廠PMU裝置實時傳輸PSS計算值，進而實現調度對勵磁系統PSS功能的實時監測。

進一步地，所述的CPU插件采用CPU芯片、現場可編程門陣列芯片FPGA和PCI以太網控器，支持2路RJ-45百兆以太網接口、2路RS-485外部通信接口、1路PPS/IRIG-B差分對時接口和1路RS-232打印機接口。

進一步地，所述的AC輸入插件配置電流變換器和電壓變換器，支持6路電流和6路電壓采集，支持定子電壓雙重化采樣。

進一步地，所述的智能I/O插件提供4對空接點輸出和13路開入。

進一步地，所述的電源插件支持24V～220V交直流電源輸入。

進一步地，所述的顯示板上設有鍵盤操作模塊和顯示液晶模塊。

進一步地，所述的顯示板上設有信號燈指示模塊。

進一步地，所述的顯示板上設有至少一個通訊網口。

本實用新型具有的有益效果如下：本實用新型提供了一種在勵磁調節器外進行PSS計算的功能升級、改造方案，在勵磁調節器外配置獨立的PSS裝置，降低對勵磁調節器內PSS模型的要求；相對勵磁調節器成本更低，對于PSS不滿足要求的已投運勵磁系統，能夠減少勵磁系統PSS改造的設備投資；可配置PSS2B、PSS4B、PSS4B-W、PSS-NEW-B多種PSS模型，實現以數字量通訊的形式向PMU裝置實時傳輸PSS計算值，實現電網調度對勵磁系統PSS功能的實時監測。

附圖說明

圖1為本實用新型的組成示意圖。

圖2為本實用新型面板的示意圖。

圖3為本實用新型與勵磁調節器接口圖。

具體實施方式

下面將結合說明書附圖對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。

本實用新型的組成如圖1所示，其由電源插件、CPU插件、DSP插件、AC輸入插件、DA輸出插件、智能I/O插件、總線板、顯示板、面板及箱體組成。

所述的總線板由定時復用同步的通信總線、電源總線、模擬量總線和I/O總線組成；各插件通過總線板的電源總線與電源插件連接，獲得供電電源，并通過總線板的通信總線相互連接，實現相互之間信息報文交換；DSP插件通過總線板與AC輸入插件、DA輸出插件、智能I/O插件相連，獲得發電機定子電壓電流模擬量采集信號、開關量開入信號，進行PSS模型計算、邏輯控制，并將模擬量計算結果通過模擬量總線輸送至DA輸出插件的模擬量端口及DSP插件的光纖通訊端口、將狀態量信號通過I/O總線輸送至智能I/O插件開出端口輸出；CPU插件通過通信接口（如以太網、RS-485串口等）與監控設備連接，實現裝置信息的遠程查看、控制定值遠方修改等功能；顯示板與DSP及CPU插件基于總線板通過串口通訊連接，提供通訊連接調試口和人機信息接口，顯示定值和信息，提供裝置狀態指示燈(LED燈)。

本實用新型可配置PSS2B、PSS4B、PSS4B-W、PSS-NEW-B多種PSS模型計算模塊，集成于DSP插件中。DSP插件根據所接入的發電機定子電壓電流輸入計算發電機有功功率、轉速等模擬量，完成PSS2B、PSS4B、PSS4B-W、PSS-NEW-B多種PSS模型計算；模型可在線投退、類型可切換。

DA輸出插件實現裝置向勵磁調節器的信息傳輸，將PSS模型計算值以模擬量的形式傳輸給勵磁調節器。

本實用新型與勵磁調節器的接口如圖3所示，本實用新型輸出連接至勵磁調節器AD輸入端口，勵磁調節器只需選擇將該值疊加至定子電壓調節環節即可。

本實用新型配有以太網通信(100Mbps、超五類線或光纖通信)接口，支持電力行業通訊標準IEC61850和IEEE Std C37.118，可以接入站控層網絡，也實現以數字量型式向PMU裝置實時傳輸PSS計算值，進而實現調度對勵磁系統PSS功能的實時監測。

CPU插件采用高性能CPU芯片、現場可編程門陣列芯片FPGA和PCI以太網控器，支持2路RJ-45百兆以太網接口、2路RS-485外部通信接口、1路PPS/IRIG-B差分對時接口和1路RS-232打印機接口。

DSP插件采用高性能的數字信號處理器、16位高精度ADC，支持2路光纖發送/接收接口。

AC輸入插件配置電流變換器和電壓變換器，支持6路電流和6路電壓采集，可采集發電機定子電壓及電流，支持定子電壓的雙重化采樣。

DA插件配置16路±10V模擬量輸出端口，支持向主備兩套勵磁調節器同時傳輸PSS計數值。

智能I/O插件可采集PSS投入、退出等13路開入量信號，可輸出PSS有效、裝置異常等4路開出量信號。

電源插件能夠自適應AC/DC24V～220V交直流電壓輸入，實現AC/DC或DC/DC變換，從而為各板卡提供穩定可靠的3V～12V直流電源。

本實用新型的顯示面板如圖2所示：

板卡上設有鍵盤操作模塊和顯示液晶模塊，以及信號燈指示模塊，一個通訊網口。

結構上：