專利名稱：小型水輪發(fā)電機(jī)組荷載式快速并網(wǎng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
小型水輪發(fā)電機(jī)組荷載式快速并網(wǎng)裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種小型水輪發(fā)電機(jī)組荷載式快速并網(wǎng)裝置。
技術(shù)背景[0002]利用小型水輪發(fā)電機(jī)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(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、保護(hù)環(huán)境及加強(qiáng)國(guó)防建設(shè)都具有重要的意義。但是，對(duì)于微 型水輪發(fā)電機(jī)組的輸出連接的負(fù)載會(huì)經(jīng)常變動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)輸出的電壓頻率不穩(wěn)定。為 此，中國(guó)實(shí)用新型專利(專利號(hào)為200920112513.6)公開(kāi)了小型水輪發(fā)電機(jī)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(jī)組供電線路采集發(fā)電機(jī)的機(jī)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(jī)頻進(jìn)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(shí)現(xiàn)電阻絲的功率調(diào)節(jié)。該專利既可使微型 水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本下降，同時(shí)提高自動(dòng)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(dòng)調(diào)節(jié)作用構(gòu)成負(fù)荷調(diào)節(jié)柜， 可平抑水電機(jī)組負(fù)荷的波動(dòng)，極大地改善水電機(jī)組在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的工作穩(wěn)定性，并延長(zhǎng) 機(jī)組的檢修周期和工作壽命。[0003]但是該專利的技術(shù)適用于頻率的微調(diào)，對(duì)于網(wǎng)頻和機(jī)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(huì)對(duì)能 源造成了大量的損耗。發(fā)明內(nèi)容[0004]為了解決上述的小型水輪發(fā)電機(jī)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，本實(shí)用新型的目的是提供一種小型水輪發(fā)電機(jī)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(shí)又避免了能源的大量損耗。[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案[0006]小型水輪發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)導(dǎo)葉控制裝置控制水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度；調(diào)頻裝置同時(shí)接入發(fā)電機(jī)組供電 線路和電網(wǎng)線路，采集發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)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[0007](1)若發(fā)電機(jī)組當(dāng)前頻率值&低于48赫茲時(shí)，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器不投入電阻絲工 作，同時(shí)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置緩慢增加水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度；當(dāng)發(fā)電機(jī)組當(dāng)前頻率值&高于52赫茲時(shí)，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器全部投入電阻絲工作，同時(shí)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置快速減少水 輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度；[0008](2)若發(fā)電機(jī)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&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(duì)值部分|fT-fN I乘以系數(shù)n，加上當(dāng)前頻率值fN與上一次頻率fn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(guò)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置增加導(dǎo)葉開(kāi)度；比值PC/PT 大于75%，則通過(guò)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置減少導(dǎo)葉開(kāi)度。[0009]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&和目標(biāo)頻率fT進(jìn)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(shí)現(xiàn)電阻絲的功率調(diào)節(jié)。[0010]作為進(jìn)一步改進(jìn)，上述的調(diào)頻裝置包括依次連接的信號(hào)整理電路、信號(hào)轉(zhuǎn)換電 路和單片機(jī)，信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換電路，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路將兩路方波分別轉(zhuǎn)換成中斷信號(hào)，中斷信號(hào)輸出給單 片機(jī)，單片機(jī)內(nèi)部開(kāi)定時(shí)器，計(jì)算兩次觸發(fā)時(shí)間間隔，計(jì)算頻率值，然后根據(jù)兩次頻率 的時(shí)間差，計(jì)算相角，通過(guò)D/A端口輸出模擬量控制電壓。[0011]作為優(yōu)選，上述的模擬量控制電壓為0 5V。[0012]作為進(jìn)一步改進(jìn)，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(jìn)行數(shù)據(jù)交互。[0013]作為進(jìn)一步改進(jìn)，上述的在供電線路上通過(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)另外并聯(lián)有電阻絲。[0014]作為進(jìn)一步改進(jìn)，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(kāi) 度以15秒為一輸出周期，每次輸出步長(zhǎng)為5%。[0015]本實(shí)用新型由于采用了以上的技術(shù)方案，既可使微型水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本 下降，同時(shí)提高自動(dòng)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。


[0016]圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖。[0017]圖2為頻率調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施方式
[0018]
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做一個(gè)詳細(xì)的說(shuō)明。[0019]如圖1所示的小型水輪發(fā)電機(jī)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(jī)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(jī)導(dǎo)葉控制裝置14控制水輪機(jī)1導(dǎo)葉開(kāi)度，水輪 機(jī)導(dǎo)葉控制裝置14可以采用專利號(hào)為20062010916.9的實(shí)用新型所述的水輪機(jī)液壓操作 器；調(diào)頻裝置同時(shí)接入發(fā)電機(jī)組2供電線路和電網(wǎng)線路，采集發(fā)電機(jī)組2中的當(dāng)前頻率值fn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(jī)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(jī)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[0020](1)若發(fā)電機(jī)組2當(dāng)前頻率值fN低于48赫茲時(shí)，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器不投入電阻絲 6工作，同時(shí)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置14緩慢增加水輪機(jī)1導(dǎo)葉開(kāi)度；當(dāng)發(fā)電機(jī)組2當(dāng)前頻 率值fN高于52赫茲時(shí)，電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器全部投入電阻絲6工作，同時(shí)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝 置14快速減少水輪機(jī)1導(dǎo)葉開(kāi)度；[0021](2)若發(fā)電機(jī)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Pe，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(duì)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I1之差即|fT_fN| Xn+ (H1)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(guò)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置14 增加導(dǎo)葉開(kāi)度；比值Pe/PT大于75%，則通過(guò)水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置14減少導(dǎo)葉開(kāi)度。為 避免導(dǎo)葉動(dòng)作過(guò)于頻繁，延長(zhǎng)機(jī)械部件運(yùn)行壽命，每次增加或者減少導(dǎo)葉開(kāi)度以15秒為 一輸出周期，每次輸出步長(zhǎng)為5%。[0022]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(hào)整理電路10、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路11和單片機(jī)12， 單片機(jī)12采用選用8051系列。信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換電路11，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路11將兩路方波分別轉(zhuǎn) 換成中斷信號(hào)波，中斷信號(hào)波輸出給單片機(jī)12，單片機(jī)12內(nèi)部開(kāi)定時(shí)器，計(jì)算兩次觸發(fā) 時(shí)間間隔，計(jì)算頻率值，然后根據(jù)兩次頻率的時(shí)間差，計(jì)算相角，斬波調(diào)壓，然后通過(guò) 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(shí)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(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)8另外并聯(lián)有電阻絲6。同時(shí)，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(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和數(shù)據(jù)通訊。
權(quán)利要求1.小型水輪發(fā)電機(jī)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(jī)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0)、固態(tài)繼電器( 和電阻絲(6)，水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置(14)控制水輪機(jī)導(dǎo)葉 開(kāi)度；調(diào)頻裝置(3)同時(shí)接入發(fā)電機(jī)組供電線路和電網(wǎng)線路采集發(fā)電機(jī)組中的當(dāng)前頻率 值fN和目標(biāo)頻率fT，調(diào)頻裝置C3)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(jī)導(dǎo)葉控制裝置(14)；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(jī)導(dǎo)葉 控制裝置(14)的聯(lián)合調(diào)節(jié)工作區(qū)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型水輪發(fā)電機(jī)組荷載式快速并網(wǎng)裝置，其特征在于調(diào) 頻裝置C3)的輸出端還連接到移相觸發(fā)器G)，在調(diào)頻裝置(3)中將當(dāng)前頻率值&和目標(biāo) 頻率fT進(jìn)行比較，輸出模擬量控制電壓給移相觸發(fā)器G)，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( 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(shí)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(jī)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(hào)整理電路(10)、信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(11)和單片機(jī)(12)，信號(hào) 整理電路(10)將采集的供電線路(9)中的網(wǎng)頻和機(jī)頻分別整理成方波，兩路方波輸出給 信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(11)，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(11)將兩路方波分別轉(zhuǎn)換成中斷，中斷輸出給單片機(jī) (12)，單片機(jī)(1 內(nèi)部開(kāi)定時(shí)器，計(jì)算兩次觸發(fā)時(shí)間間隔，計(jì)算當(dāng)前頻率值，然后根據(jù) 兩次頻率的時(shí)間差，計(jì)算相角，通過(guò)D/A端口(1 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(jī)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(jī)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MODBUS通訊協(xié)議，與中央處理器(7)進(jìn) 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(jī)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(guò)手動(dòng)開(kāi)關(guān)(8)另外并列有電阻絲(6)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種小型水輪發(fā)電機(jī)組荷載式快速并網(wǎng)裝置。小型水輪發(fā)電機(jī)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(jī)導(dǎo)葉控制裝置，水輪機(jī)導(dǎo)葉控制裝置控制水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度；調(diào)頻裝置同時(shí)接入發(fā)電機(jī)組供電線路和電網(wǎng)線路，采集發(fā)電機(jī)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(jī)導(dǎo)葉控制裝置的協(xié)調(diào)工作。本實(shí)用新型既可使微型水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、成本下降，同時(shí)提高自動(dòng)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(hào)H02J3/38GK201813169SQ201020223220
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)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(guó)君, 徐錦才, 熊杰, 王曉罡, 董大富, 金華頻 申請(qǐng)人:杭州思綠能源科技有限公司, 水利部農(nóng)村電氣化研究所