專利名稱：小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置。
技術(shù)背景 利用小型水輪發(fā)電機組可將水能資源轉(zhuǎn)換為清潔的能源一電能，供人們生產(chǎn)和 生活使用，這對發(fā)展經(jīng)濟、保護環(huán)境及加強國防建設(shè)都具有重要的意義。但是，對于微型水 輪發(fā)電機組的輸出連接的負(fù)載會經(jīng)常變動，導(dǎo)致發(fā)電機輸出的電壓頻率不穩(wěn)定。為此，中國 實用新型專利(專利號為200920112513. 6)公開了小型水輪發(fā)電機組的電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器， 該裝置包括頻率調(diào)節(jié)器、電阻絲、移相觸發(fā)器和固態(tài)繼電器；頻率調(diào)節(jié)器接入發(fā)電機組供電 線路采集發(fā)電機的機頻，接入電網(wǎng)線路采集網(wǎng)頻，頻率調(diào)節(jié)器的輸出端連接移相觸發(fā)器，在 頻率調(diào)節(jié)器中將網(wǎng)頻和機頻進行比較，輸出模擬量控制電壓給移相觸發(fā)器；電阻絲與固態(tài) 繼電器串聯(lián)后并聯(lián)在供電線路上，固態(tài)繼電器與移相觸發(fā)器相連接，移相觸發(fā)器控制固態(tài) 繼電器的導(dǎo)通比，實現(xiàn)電阻絲的功率調(diào)節(jié)。該專利既可使微型水輪機的結(jié)構(gòu)簡化、成本下 降，同時提高自動化水平、供電可靠性和電能質(zhì)量，以滿足用戶多用途的要求。此外，利用電 子負(fù)荷調(diào)節(jié)器的負(fù)荷自動調(diào)節(jié)作用構(gòu)成負(fù)荷調(diào)節(jié)柜，可平抑水電機組負(fù)荷的波動，極大地 改善水電機組在孤網(wǎng)運行時的工作穩(wěn)定性，并延長機組的檢修周期和工作壽命。但是該專利的技術(shù)適用于頻率的微調(diào)，對于網(wǎng)頻和機頻存在較大的差距，理論上 就需要設(shè)置大量的電阻絲用于消耗能量，這樣不僅操作上存在的困難，而且也會對能源造 成了大量的損耗。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述的小型水輪發(fā)電機組的電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器只適用于頻率微調(diào)的技術(shù) 缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，該裝置可以調(diào)整 大頻率差，使輸出頻率穩(wěn)定，同時又避免了能源的大量損耗。為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用了以下的技術(shù)方案小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，該裝置包括電子負(fù)荷控制器、中央處理 器和水輪機導(dǎo)葉控制裝置，電子負(fù)荷控制器包括調(diào)頻裝置、移相觸發(fā)器、固態(tài)繼電器和電阻 絲，水輪機導(dǎo)葉控制裝置控制水輪機導(dǎo)葉開度；調(diào)頻裝置同時接入發(fā)電機組供電線路和電 網(wǎng)線路，采集發(fā)電機組中的當(dāng)前頻率值&和電網(wǎng)線路的目標(biāo)頻率fT，調(diào)頻裝置連接所述的 中央處理器，將當(dāng)前頻率值fN輸送給中央處理器，中央處理器連接控制水輪機導(dǎo)葉控制裝 置和電子負(fù)荷控制器，中央處理器內(nèi)置有控制程序，控制程序設(shè)定頻率值在48 52赫茲以 內(nèi)為電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器和水輪機導(dǎo)葉控制裝置的聯(lián)合調(diào)節(jié)工作區(qū)間，并且控制程序執(zhí)行以下 的步驟(1)若發(fā)電機組當(dāng)前頻率值fN低于48赫茲時，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器不投入電阻絲工 作，同時水輪機導(dǎo)葉控制裝置緩慢增加水輪機導(dǎo)葉開度；當(dāng)發(fā)電機組當(dāng)前頻率值fN高于52 赫茲時，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器全部投入電阻絲工作，同時水輪機導(dǎo)葉控制裝置快速減少水輪機導(dǎo)葉開度；(2)若發(fā)電機組當(dāng)前頻率值&在聯(lián)合調(diào)節(jié)工作區(qū)間以內(nèi)，在聯(lián)合調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi) 調(diào)頻目標(biāo)頻率fT，當(dāng)前頻率值fN大于目標(biāo)頻率fT則需要增加電阻絲消耗功率值Pe，當(dāng) 前頻率fN小于目標(biāo)頻率fT則需要減少電阻絲消耗功率值Pe ；當(dāng)前頻率值fN與目標(biāo)頻率 fT之差的絕對值部分|fT-fN|乘以系數(shù)n，加上當(dāng)前頻率值&與上一次頻率fN-i之差即
fT-fN| Xn+(fN-fN_1)作為電阻絲消耗功率值Pc ；電阻絲消耗功率值Pc與安裝的電阻絲總功 率值Pt的比值PC/PT小于25%，則通過水輪機導(dǎo)葉控制裝置增加導(dǎo)葉開度；比值PC/PT大于 75%，則通過水輪機導(dǎo)葉控制裝置減少導(dǎo)葉開度。作為優(yōu)選，上述的調(diào)頻裝置的輸出端還連接到移相觸發(fā)器，在調(diào)頻裝置中將當(dāng)前 頻率值fN和目標(biāo)頻率fT進行比較，輸出模擬量控制電壓給移相觸發(fā)器，電阻絲與固態(tài)繼電 器串聯(lián)后并聯(lián)在供電線路上，固態(tài)繼電器與移相觸發(fā)器相連接，移相觸發(fā)器控制固態(tài)繼電 器的導(dǎo)通比，實現(xiàn)電阻絲的功率調(diào)節(jié)。
作為進一步改進，上述的調(diào)頻裝置包括依次連接的信號整理電路、信號轉(zhuǎn)換電路 和單片機，信號整理電路將當(dāng)前頻率值fN和目標(biāo)頻率fT分別整理成方波，兩路方波輸出給 信號轉(zhuǎn)換電路，信號轉(zhuǎn)換電路將兩路方波分別轉(zhuǎn)換成中斷信號，中斷信號輸出給單片機，單 片機內(nèi)部開定時器，計算兩次觸發(fā)時間間隔，計算頻率值，然后根據(jù)兩次頻率的時間差，計 算相角，通過D/A端口輸出模擬量控制電壓。作為優(yōu)選，上述的模擬量控制電壓為0 5V。作為進一步改進，上述的調(diào)頻裝置具有RS485通訊接口，采用MODBUS通訊協(xié)議，與 中央處理器進行數(shù)據(jù)交互。作為進一步改進，上述的在供電線路上通過手動開關(guān)另外并聯(lián)有電阻絲。作為進一步改進，上述的控制程序執(zhí)行以下的步驟每次增加或者減少導(dǎo)葉開度 以15秒為一輸出周期，每次輸出步長為5%。本發(fā)明由于采用了以上的技術(shù)方案，既可使微型水輪機的結(jié)構(gòu)簡化、成本下降，同 時提高自動化水平、供電可靠性和電能質(zhì)量，避免了能源的大量損耗，可以滿足用戶多用途 的要求。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。圖2為頻率調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做一個詳細(xì)的說明。如圖1所示的小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，該裝置包括電子負(fù)荷控制 器、中央處理器7和水輪機導(dǎo)葉控制裝置14，電子負(fù)荷控制器包括調(diào)頻裝置3、移相觸發(fā)器 4、固態(tài)繼電器5和電阻絲6，水輪機導(dǎo)葉控制裝置14控制水輪機1導(dǎo)葉開度，水輪機導(dǎo)葉控 制裝置14可以采用專利號為20062010916. 9的實用新型所述的水輪機液壓操作器；調(diào)頻裝 置同時接入發(fā)電機組2供電線路和電網(wǎng)線路，采集發(fā)電機組2中的當(dāng)前頻率值&和電網(wǎng)線 路的目標(biāo)頻率fT，目標(biāo)頻率fT為50HZ，調(diào)頻裝置連接所述的中央處理器7，將當(dāng)前頻率值fN輸送給中央處理器7，中央處理器7連接控制水輪機導(dǎo)葉控制裝置14和電子負(fù)荷控制器，中 央處理器7內(nèi)置有控制程序，控制程序設(shè)定頻率值在48 52赫茲以內(nèi)為電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器 和水輪機導(dǎo)葉控制裝置14的聯(lián)合調(diào)節(jié)工作區(qū)間，并且控制程序執(zhí)行以下的步驟(1)若發(fā)電機組2當(dāng)前頻率值fN低于48赫茲時，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器不投入電阻絲6 工作，同時水輪機導(dǎo)葉控制裝置14緩慢增加水輪機1導(dǎo)葉開度；當(dāng)發(fā)電機組2當(dāng)前頻率值 fN高于52赫茲時，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器全部投入電阻絲6工作，同時水輪機導(dǎo)葉控制裝置14快 速減少水輪機1導(dǎo)葉開度；(2)若發(fā)電機組2當(dāng)前頻率值fN在聯(lián)合調(diào)節(jié)工作區(qū)間以內(nèi)，在聯(lián)合調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)調(diào) 頻目標(biāo)頻率fT，當(dāng)前頻率值fN大于目標(biāo)頻率fT則需要增加電阻絲6消耗功率值P。，當(dāng)前頻 率fN小于目標(biāo)頻率fT則需要減少電阻絲6消耗功率值Pe ；當(dāng)前頻率值fN與目標(biāo)頻率fT之 差的絕對值部分|fT_fN|乘以系數(shù)n，系數(shù)η為0. 25或0.125，加上當(dāng)前頻率值&與上一次 頻率fN_i之差即IfV-fJXn+^-f^)作為電阻絲6消耗功率值Pc;電阻絲6消耗功率值Pc 與安裝的電阻絲6總功率值Pt的比值Pe/PT小于25%，則通過水輪機導(dǎo)葉控制裝置14增加 導(dǎo)葉開度；比值Pe/PT大于75%，則通過水輪機導(dǎo)葉控制裝置14減少導(dǎo)葉開度。為避免導(dǎo) 葉動作過于頻繁，延長機械部件運行壽命，每次增加或者減少導(dǎo)葉開度以15秒為一輸出周 期，每次輸出步長為5%。
如圖1所示，電子負(fù)荷控制器的頻率調(diào)節(jié)器3的輸出端連接移相觸發(fā)器4，如圖2 所示，頻率調(diào)節(jié)器3包括依次連接的信號整理電路10、信號轉(zhuǎn)換電路11和單片機12，單片 機12采用選用8051系列。信號整理電路10將采集的當(dāng)前頻率值fN和目標(biāo)頻率fT，分別 整理成方波，兩路方波輸出給信號轉(zhuǎn)換電路11，信號轉(zhuǎn)換電路11將兩路方波分別轉(zhuǎn)換成中 斷信號波，中斷信號波輸出給單片機12，單片機12內(nèi)部開定時器，計算兩次觸發(fā)時間間隔， 計算頻率值，然后根據(jù)兩次頻率的時間差，計算相角，斬波調(diào)壓，然后通過D/A端口 13輸出 模擬量控制電壓0 5V給移相觸發(fā)器4。如圖1所示，電阻絲6與固態(tài)繼電器5串聯(lián)后并 聯(lián)在供電線路9上，固態(tài)繼電器5與移相觸發(fā)器4相連接，移相觸發(fā)器4控制固態(tài)繼電器5 的導(dǎo)通比，實現(xiàn)電阻絲6的功率調(diào)節(jié)。當(dāng)然，供電線路9上還可以通過手動開關(guān)8另外并聯(lián) 有電阻絲6。同時，頻率調(diào)節(jié)器3具有RS485通訊接口，采用MODBUS通訊協(xié)議，與中央處理 器7進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)通訊。
權(quán)利要求
小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在于該裝置包括電子負(fù)荷控制器、中央處理器(7)和水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)，電子負(fù)荷控制器包括調(diào)頻裝置(3)、移相觸發(fā)器(4)、固態(tài)繼電器(5)和電阻絲(6)，水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)控制水輪機(1)導(dǎo)葉開度；調(diào)頻裝置(3)同時接入發(fā)電機組(2)供電線路和電網(wǎng)線路，采集發(fā)電機組(2)中的當(dāng)前頻率值fN和電網(wǎng)線路的目標(biāo)頻率fT，調(diào)頻裝置(3)連接所述的中央處理器(7)，將當(dāng)前頻率值fN輸送給中央處理器(7)，中央處理器(7)連接控制水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)和電子負(fù)荷控制器；中央處理器(7)內(nèi)置有控制程序，控制程序設(shè)定頻率值在48～52赫茲以內(nèi)為電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器和水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)的聯(lián)合調(diào)節(jié)工作區(qū)間，并且控制程序執(zhí)行以下的步驟(1)若發(fā)電機組(2)當(dāng)前頻率值fN低于48赫茲時，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器不投入電阻絲(6)工作，同時水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)緩慢增加水輪機導(dǎo)葉開度；當(dāng)發(fā)電機組(2)當(dāng)前頻率值fN高于52赫茲時，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器全部投入電阻絲(6)工作，同時水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)快速減少水輪機導(dǎo)葉開度；(2)若發(fā)電機組(2)當(dāng)前頻率值fN在聯(lián)合調(diào)節(jié)工作區(qū)間以內(nèi)，在聯(lián)合調(diào)節(jié)區(qū)間內(nèi)調(diào)頻目標(biāo)頻率fT，當(dāng)前頻率值fN大于目標(biāo)頻率fT則需要增加電阻絲(6)消耗功率值PC，當(dāng)前頻率fN小于目標(biāo)頻率fT則需要減少電阻絲(6)消耗功率值PC；當(dāng)前頻率值fN與目標(biāo)頻率fT之差的絕對值部分|fT-fN|乘以系數(shù)n，加上當(dāng)前頻率值fN與上一次頻率fN-1之差即|fT-fN|×n+(fN-fN-1)作為電阻絲(6)消耗功率值PC；電阻絲(6)消耗功率值PC與安裝的電阻絲(6)總功率值PT的比值PC/PT小于25％，則通過水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)增加導(dǎo)葉開度；比值PC/PT大于75％，則通過水輪機導(dǎo)葉控制裝置(14)減少導(dǎo)葉開度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在于調(diào)頻 裝置(3)的輸出端還連接到移相觸發(fā)器(4)，在調(diào)頻裝置(3)中將當(dāng)前頻率值&和目標(biāo)頻 率&進行比較，輸出模擬量控制電壓給移相觸發(fā)器(4)，電阻絲(6)與固態(tài)繼電器(5)串聯(lián) 后并聯(lián)在供電線路上，固態(tài)繼電器(5)與移相觸發(fā)器⑷相連接，移相觸發(fā)器⑷控制固態(tài) 繼電器(5)的導(dǎo)通比，實現(xiàn)電阻絲(6)的功率調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在于調(diào)頻 裝置⑶包括依次連接的信號整理電路(10)、信號轉(zhuǎn)換電路(11)和單片機(12)，信號整理 電路(10)將采集的當(dāng)前頻率值fN和目標(biāo)頻率fT分別整理成方波，兩路方波輸出給信號轉(zhuǎn) 換電路(11)，信號轉(zhuǎn)換電路(11)將兩路方波分別轉(zhuǎn)換成中斷信號，中斷信號輸出給單片機 (12)，單片機(12)內(nèi)部開定時器，計算兩次觸發(fā)時間間隔，計算頻率值，然后根據(jù)兩次頻率 的時間差，計算相角，通過D/A端口(13)輸出模擬量控制電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在于模擬 量控制電壓為0 5V。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在 于調(diào)頻裝置(3)具有RS485通訊接口，采用M0DBUS通訊協(xié)議，與中央處理器(7)進行數(shù)據(jù) 交互。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在 于在供電線路(9)上通過手動開關(guān)(8)另外并聯(lián)有電阻絲(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在于控制程序按以 下的周期執(zhí)行每次增加或者減少導(dǎo)葉開度以15秒為一輸出周期，每 次輸出步長為5%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置。小型水輪發(fā)電機組荷載式快速并網(wǎng)裝置，該裝置包括電子負(fù)荷控制器、中央處理器和水輪機導(dǎo)葉控制裝置，水輪機導(dǎo)葉控制裝置控制水輪機導(dǎo)葉開度；調(diào)頻裝置同時接入發(fā)電機組供電線路和電網(wǎng)線路，采集發(fā)電機組中的當(dāng)前頻率值fN和電網(wǎng)線路的目標(biāo)頻率fT，調(diào)頻裝置連接所述的中央處理器，將當(dāng)前頻率值fN輸送給中央處理器，中央處理器內(nèi)置有控制程序，控制程序控制電子負(fù)荷控制器與水輪機導(dǎo)葉控制裝置的協(xié)調(diào)工作。本發(fā)明既可使微型水輪機的結(jié)構(gòu)簡化、成本下降，同時提高自動化水平、供電可靠性和電能質(zhì)量，避免了能源的大量損耗，可以滿足用戶多用途的要求。
文檔編號H02P9/42GK101872983SQ20101019777
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者張巍, 徐國君, 徐錦才, 熊杰, 王曉罡, 董大富, 金華頻 申請人:水利部農(nóng)村電氣化研究所;杭州思綠能源科技有限公司