低压水电机组一体化装置设计开发与工程应用

发布时间：2020-07-14 22:08

【摘要】：我国的低压水电站是清洁能源发展的主要组成部分。本论文针对高度集成化、自动化的低压水电机组一体化装置开展研究,对于我国低压小水电的发展具有重要的工程应用价值。论文开发低压水电机组一体化装置,该装置包括原动机调速、发电机励磁、发电机同期并网、发电机继电保护、机组运行状态监测及测量、机组经济高效运行、自动化控制等功能。研究成果能提升低压水电站自动化水平,简化一次接线,提高水资源利用率,降低设备投入成本,使其功能配置全面,维护简便,最终实现无人值班(少人值守)的安全、高效、经济的自动运行模式。论文首先对低压水电机组一体化装置方案开展研究。推荐3个CPU协同工作,分别实现机组的原动机调速控制、同期并网;机组监测、继电保护、励磁调节、自动经济发电;人机交互、对外通信。CPU之间使用SPI通信,保证数据的实时传输和共享,实现多CPU的协同工作。装置硬件资源包括数字量输入、数字量输出、交流模拟量输入、直流模拟量输入、测频输入、PT100温度采集、励磁触发脉冲输出、RS485通信接口、液晶显示、按键和指示灯、数据存储等功能。对外接口电路中使用隔离设计,包括脉冲变压器隔离、互感器隔离、继电器隔离和光电隔离,提高了装置的抗干扰能力。另外还设计有抗雷击浪涌和抗静电电路,提高了装置的整体性能。基于硬件资源需求对各部分电路进行选型,包括CPU、FLASH、FRAM、AD、DI、DO等电路的元器件选型。在装置功能以及硬件设计的基础上,进行软件设计,实现低压水电机组运行需要的各项功能。主要包括三个CPU的软件设计,包含各功能的底层驱动设计、功能模块设计、人机交互设计以及对外通信设计等。最后,对装置的功能和性能进行了全面的测试,并对其性能进行了总结。测试项目包括静态模拟测试、动态模拟测试、硬件功能测试,通过测试验证了该装置能够满足低压水电机组的运行需求。总结了该装置需要进一步研究的相关问题和方向。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV734
【图文】：

模件,数字显示仪表,串行通信接口,端子

图 3-1 测温和通信模件与综合模件接口定义~32 号端子可以选择从外部输入一路串行通信接口及数字显示仪表的数作为 CPU 的 P4.1、P4.4、P4.5、P2.0 的 I/O 端口输出，注意 P2.0 作为外扩号管脚，所以当需要 FRAM 时，该 I/O 不可对外使用。I/O 口对外全部使联接出，增强抑制抗干扰能力。交互模件与综合模件，一个为水平安装，一个为垂直安装，所以使用软根据接口的需求，使用双排 34 芯插座连接：包括 14 个与 128*64 液晶的接口，两个通过 74HC164 扩展输出指示灯的信号，一个用于异常信号的 CPU 的硬件电路。其接口定义如图 3-2 所示。

模件,核心模块,人机交互,外围电路

图 3-1 测温和通信模件与综合模件接口定义29~32 号端子可以选择从外部输入一路串行通信接口及数字显示仪表的数字作为 CPU 的 P4.1、P4.4、P4.5、P2.0 的 I/O 端口输出，注意 P2.0 作为外扩 FR信号管脚，所以当需要 FRAM 时，该 I/O 不可对外使用。I/O 口对外全部使用串联接出，增强抑制抗干扰能力。交互模件与综合模件，一个为水平安装，一个为垂直安装，所以使用软连。根据接口的需求，使用双排 34 芯插座连接：包括 14 个与 128*64 液晶的接接口，两个通过 74HC164 扩展输出指示灯的信号，一个用于异常信号的端主 CPU 的硬件电路。其接口定义如图 3-2 所示。

端口,模块接口,核心,信号

图 3-3 核心 CPU 模块接口定义标注(2)为同期 CPU 的端口，其他为主 CPU 的端口。体架构需求，按照功能划分，一体化装置使用三个 MCU 设计，分为主交互 CPU。其中主 CPU 实现机端电压、电流、系统电压测量功能等；同期 CPU 实现同期功能、开入和开出功能等；人机交能、测温功能等。三个 CPU 之间使用 SPI 进行通信，硬件整体

【参考文献】