小水电机组数字式保护装置的研究与实现
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摘要
我国的水利资源十分丰富，因地制宜合理地开发水利资源、建设小水电站，不仅利国利民，而且对于加快地区经济发展、缩小地区经济差异起着非常关键的作用。由于小水电站是小规模的经营体，投资规模小，其自动化部分投资较少，因此价格因素很重要。其经营主体是农民或农村技术人员，技术水平不高，所配套的设备必须是易安装、易操作的免维护产品。而且目前从国内到国外，还没有针对小水电发电机保护特有的产品。本文基于以上背景开发一种针对小水电的发电机保护装置，做到产品成本低、性价比高、安装操作维护简单。
本文对国内外小水电发电机保护装置历史及现状作了较为全面的综述，详细介绍了小水电发电机保护装置需求特点，并确定需要配置的保护功能。围绕装置保护功能的实现介绍了保护装置的算法及原理，详细分析周期、傅氏算法、三次谐波过滤器等软件算法在装置中的应用。围绕装置产品工程化分别介绍了装置的硬件设计，主要分保护CPU的DSP硬件平台、人机对话面板的硬件平台及装置硬件工程化，其中重点介绍了保护的DSP硬件及面板的LONWORKS平台；介绍了装置软件设计，分保护软件及面板软件两部分，软件编制采用模块化思想，接下来分别介绍了保护主程序及各保护功能模块，面板程序的菜单显示、键盘操作、通信处理程序。
最后，对该装置进行了大量的型式实验和动模实验，取得了良好的效果，全面验证了此装置的设计合理性。
The water resources are extremely rich in our country.Permitting reasonably to develop the water resources and construct the small hydroelectric power station is not only useful for our country and people'benefit but also to play an extremely essential role in speeding up the local economy development and reducing the local economical difference.Because thesmall hydroelectric power station is the small scalemanagement body, investment scale is small and its automated partial investment is less, therefore the price factor is very important. Its management main body is the farmer or the countryside technical personnel. Because their technical level is not high, the corresponding equipment must not only be easy to install and operate,but also do not need to maintenance it.Moreover at present from domestic to overseas,there is not a unique product to protect the generator of small hydroelectric power station.This article develops one kind protective device of generator based on the small hydroelectric power station.The cost of which is low,but the performance is good and it is simple to install and maintenance.
This article has made a more comprehensive summary to the history of generator protective device of small hydroelectric power stations from the domestic to foreign country.The article also in detail introduces the demand characteristic of the generator protective device, and determines the protection function which needs to dispose.In order to realize the protective function,the article introduces the algorithm and principle of protective device.It also analyzes the use of software algorithm of cycle,Fourier algorithm,triple frequency filter and so on in installment.Revolved the equipment product project to decompose,the article introduces the installment hardware design.The key point is the DSP hardware platform of protecting CPU,the man-machine dialogue kneading board and the equipment hardware project.The software design of the installment is introduced .The key point is the master routine and each protection function module.
Finally,the equipment has been carried out the massive forms experiment and moving-mold experiment.The good effect has been obtained which has comprehensively confirmed the design rationality of this installment.
本文对国内外小水电发电机保护装置历史及现状作了较为全面的综述，详细介绍了小水电发电机保护装置需求特点，并确定需要配置的保护功能。围绕装置保护功能的实现介绍了保护装置的算法及原理，详细分析周期、傅氏算法、三次谐波过滤器等软件算法在装置中的应用。围绕装置产品工程化分别介绍了装置的硬件设计，主要分保护CPU的DSP硬件平台、人机对话面板的硬件平台及装置硬件工程化，其中重点介绍了保护的DSP硬件及面板的LONWORKS平台；介绍了装置软件设计，分保护软件及面板软件两部分，软件编制采用模块化思想，接下来分别介绍了保护主程序及各保护功能模块，面板程序的菜单显示、键盘操作、通信处理程序。
最后，对该装置进行了大量的型式实验和动模实验，取得了良好的效果，全面验证了此装置的设计合理性。
The water resources are extremely rich in our country.Permitting reasonably to develop the water resources and construct the small hydroelectric power station is not only useful for our country and people'benefit but also to play an extremely essential role in speeding up the local economy development and reducing the local economical difference.Because thesmall hydroelectric power station is the small scalemanagement body, investment scale is small and its automated partial investment is less, therefore the price factor is very important. Its management main body is the farmer or the countryside technical personnel. Because their technical level is not high, the corresponding equipment must not only be easy to install and operate,but also do not need to maintenance it.Moreover at present from domestic to overseas,there is not a unique product to protect the generator of small hydroelectric power station.This article develops one kind protective device of generator based on the small hydroelectric power station.The cost of which is low,but the performance is good and it is simple to install and maintenance.
This article has made a more comprehensive summary to the history of generator protective device of small hydroelectric power stations from the domestic to foreign country.The article also in detail introduces the demand characteristic of the generator protective device, and determines the protection function which needs to dispose.In order to realize the protective function,the article introduces the algorithm and principle of protective device.It also analyzes the use of software algorithm of cycle,Fourier algorithm,triple frequency filter and so on in installment.Revolved the equipment product project to decompose,the article introduces the installment hardware design.The key point is the DSP hardware platform of protecting CPU,the man-machine dialogue kneading board and the equipment hardware project.The software design of the installment is introduced .The key point is the master routine and each protection function module.
Finally,the equipment has been carried out the massive forms experiment and moving-mold experiment.The good effect has been obtained which has comprehensively confirmed the design rationality of this installment.
引文
[1] 王学委．中国小水电技术现状与展望．中国新能源网文选，2006．8．
[2] 湖南省水利电力设计院编．小型水电站．北京：水利电力出版社，1981．
[3] 葛耀中．继电保护技术的新发展．继电器，1998．2．
[4] 葛耀中．自适应继电保护及其前景展望．电力系统自动化，1997．9．
[5] 王维俭．电气主设备继电保护原理与应用(第二版)．中国电力出版社，2001．11．
[6] 陈德树．计算机继电保护原理与技术．北京：水利电力出版社，1995．
[7] 贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理(第二版)．北京：水电出版社，1985．
[8] 王维俭．继电保护原理与运用．清华大学出版社，1991．
[9] 苏洪波．大型发电机—变压器组微机机电保护系统的研究．华中理工大学博士学位论文，1996．10．
[10] 陆于平．微机发电机差动保护．电力自动化设备，1999．2．
[11] 陆于平．微机发电机差动保护(续前)．电力自动化设备，1999．4．
[12] 刘沛．大型发变组主保护的发展综述．江苏电网主设备保护学术研讨会文选，2002．6．
[13] 陆于平，吴济安，袁宇波．数字主设备保护技术的讨论．江苏电网主设备保护学术研讨会文选，2002．6．
[14] 陆于平．WFBZ-01型发变组微机保护．电力自动化设备，1996．3．
[15] 陆于平．综合式微机主设备保护．电力系统自动化，1997．6．
[16] 刘俊宏，王维俭，等．发电机不完全纵差保护．中国电力，1997．4．
[17] 尹项根，陈德树，等．故障分量差动保护．电力系统自动化，1999．6．
[18] 陈建玉，俞拙非，等．GT100系列微机型发电机变压器保护装置的设计．继电器，2000．7．
[19] 王维俭．大型发电机定子绕组匝间短路保护的讨论．电力自动化设备，2000．6．
[20] 王增平，高中德，黄少峰等，微机式发电机内部短路保护，华北电力大学学报，
[21] 王维俭，陈永亭，等．发电机和大型异步电动机纵差保护的几个问题．继电器，1999．4．
[22] 袁荣湘，陈德树，等．采样值电流差动保护原理的研究．电力自动化设备，2000 2．
[23] Allan R N, Billinton R, Breiphl A M, et al. Bibliography on the Application of Probability Methods in Power System Reliability Evaluation (1987～1991) IEEE Trans on PWRS, 1994.
[24] 许实章．电机学．北京：机械工业出版社，1982．
[25] 苏洪波，尹项根．高灵敏度的三次谐波式发电机定子接地保护．电力系统自动化，1997．3．
[26] 金少辉，杨雪花．水轮发电机转子一点接地保护误动原因及处理．东北电力技术，2006，03．
[27] 曾祥君，尹项根，等．注入信号法补偿式高灵敏度发电机定子接地保护．中国电机工程学报，2000．11．
[28] 彭红梅，周有庆．微机型发电机自适应失磁保护的研究．电力自动化设备，1999．10．
[29] 刘世明，尹项根，等．发电机失磁分析及失磁保护新判据．华中理工大学学报，1999．6．
[30] 李晓华，陈德树，尹项根．微机型发变组故障分量差动保护运行分析．继电器，2001．2．
[31] 范春菊，郁维庸．自适应式电流速断保护方案．电力自动化设备，1999．6．
[32] 田立军，陆于平，陈珩．一种新的微机保护快速算法．电力系统自动化，1997．21．
[33] 贾贵玺，王克昌，贺家李．关于推广富氏算法滤除衰减直流分量的探讨．电力系统自动化，1992．2．
[34] 熊岗，陈陈．一种消除衰减直流分量的交流采样新算法[J]．电力系统自动化，1997．2．
[35] 胡志坚，张承学．滤除衰减非周期分量的微机保护算法研究．电网技术，2001．3．
[36] 张志竟．傅里叶算法和微分方程算法的改进．电力系统自动化，1983(5)：20-30．
[37] 周大敏．一种消除非周期分量对非递推富氏算法影响的精确方法．继电器，1998．4．
[38] 周大敏，龙燕．一种不受衰减非周期分量影响最小二乘法滤波算法．电网技术，1999．3．
[39] 冯勇，刘世明，陈卫，等．衰减非周期分量算法的研究[J]．继电器，1999，27(3)：14～15．
[40] 王增平．发电机保护的三次谐波滤过器和滤波器算法．华北电力大学学报，2001．7．
[41] 谢小荣，韩英铎．电力系统频率测量综述．电力系统自动化，1999．2．
[42] IEEE Std C37.102-1995. IEEE Guide for AC Generator Protection. IEEE Standards Board, 1995.
[43] 周大敏．一种基于富氏滤波的电力系统测量算法．电力自动化设备，1997．11．
[44] 周之英编著．现代软件工程(中册·基本方法篇)．北京：科学出版社，1999．
[45] 童时中，张锦华，马长山．模块化继电保护系统地构成分析．电力系统自动化，1998．10．
[46] 李轶群．基丁模块的可编程保护装置软件设计新概念．电力系统自动化，2002．8．
[47] Z.Q.Bo, Z.Chen. A nondifferential protection scheme for generator stator windings. IEEE Power Engineering Review, January, 2001.
[48] 孙力．小型水电站计算机监控技术．北京：中国计划出版社，1999．
[49] 电力标准．水力发电厂自动化设计技术规范(DL/T5081-97)．电力工业部北京勘测设计研究院，1997．
[50] 李磊，陈新．基于LonWorks技术的智能节点设计．福州大学学报，2006．
[51] 吴开源，黄石生，等．Motorola电机控制器DSP56F807．电气自动化，2005．5．
[52] 张柯，律方成，等．基于MAXl25/126的电气设备在线检测数据采集单元设计．电力自动化设备，2004．4．
[53] 罗佩芳．静态继电器保护及安全自动装置通用技术条件(DL482—92)．中华人民共和国水利电力部，1992．
[54] 国家标准．电力装置的继电保护和自动装置设计规范(GB50062—92)．中华人民共和国能源部，1992．
[55] Deppe R W, Minor E O. Reliability Enhancement Testing (RET)[C]. Reliability and Maintainability Symposium , 1994 . Proceedings,Anmual 24-27 Jan. 1994. 91-98.
[2] 湖南省水利电力设计院编．小型水电站．北京：水利电力出版社，1981．
[3] 葛耀中．继电保护技术的新发展．继电器，1998．2．
[4] 葛耀中．自适应继电保护及其前景展望．电力系统自动化，1997．9．
[5] 王维俭．电气主设备继电保护原理与应用(第二版)．中国电力出版社，2001．11．
[6] 陈德树．计算机继电保护原理与技术．北京：水利电力出版社，1995．
[7] 贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理(第二版)．北京：水电出版社，1985．
[8] 王维俭．继电保护原理与运用．清华大学出版社，1991．
[9] 苏洪波．大型发电机—变压器组微机机电保护系统的研究．华中理工大学博士学位论文，1996．10．
[10] 陆于平．微机发电机差动保护．电力自动化设备，1999．2．
[11] 陆于平．微机发电机差动保护(续前)．电力自动化设备，1999．4．
[12] 刘沛．大型发变组主保护的发展综述．江苏电网主设备保护学术研讨会文选，2002．6．
[13] 陆于平，吴济安，袁宇波．数字主设备保护技术的讨论．江苏电网主设备保护学术研讨会文选，2002．6．
[14] 陆于平．WFBZ-01型发变组微机保护．电力自动化设备，1996．3．
[15] 陆于平．综合式微机主设备保护．电力系统自动化，1997．6．
[16] 刘俊宏，王维俭，等．发电机不完全纵差保护．中国电力，1997．4．
[17] 尹项根，陈德树，等．故障分量差动保护．电力系统自动化，1999．6．
[18] 陈建玉，俞拙非，等．GT100系列微机型发电机变压器保护装置的设计．继电器，2000．7．
[19] 王维俭．大型发电机定子绕组匝间短路保护的讨论．电力自动化设备，2000．6．
[20] 王增平，高中德，黄少峰等，微机式发电机内部短路保护，华北电力大学学报，
[21] 王维俭，陈永亭，等．发电机和大型异步电动机纵差保护的几个问题．继电器，1999．4．
[22] 袁荣湘，陈德树，等．采样值电流差动保护原理的研究．电力自动化设备，2000 2．
[23] Allan R N, Billinton R, Breiphl A M, et al. Bibliography on the Application of Probability Methods in Power System Reliability Evaluation (1987～1991) IEEE Trans on PWRS, 1994.
[24] 许实章．电机学．北京：机械工业出版社，1982．
[25] 苏洪波，尹项根．高灵敏度的三次谐波式发电机定子接地保护．电力系统自动化，1997．3．
[26] 金少辉，杨雪花．水轮发电机转子一点接地保护误动原因及处理．东北电力技术，2006，03．
[27] 曾祥君，尹项根，等．注入信号法补偿式高灵敏度发电机定子接地保护．中国电机工程学报，2000．11．
[28] 彭红梅，周有庆．微机型发电机自适应失磁保护的研究．电力自动化设备，1999．10．
[29] 刘世明，尹项根，等．发电机失磁分析及失磁保护新判据．华中理工大学学报，1999．6．
[30] 李晓华，陈德树，尹项根．微机型发变组故障分量差动保护运行分析．继电器，2001．2．
[31] 范春菊，郁维庸．自适应式电流速断保护方案．电力自动化设备，1999．6．
[32] 田立军，陆于平，陈珩．一种新的微机保护快速算法．电力系统自动化，1997．21．
[33] 贾贵玺，王克昌，贺家李．关于推广富氏算法滤除衰减直流分量的探讨．电力系统自动化，1992．2．
[34] 熊岗，陈陈．一种消除衰减直流分量的交流采样新算法[J]．电力系统自动化，1997．2．
[35] 胡志坚，张承学．滤除衰减非周期分量的微机保护算法研究．电网技术，2001．3．
[36] 张志竟．傅里叶算法和微分方程算法的改进．电力系统自动化，1983(5)：20-30．
[37] 周大敏．一种消除非周期分量对非递推富氏算法影响的精确方法．继电器，1998．4．
[38] 周大敏，龙燕．一种不受衰减非周期分量影响最小二乘法滤波算法．电网技术，1999．3．
[39] 冯勇，刘世明，陈卫，等．衰减非周期分量算法的研究[J]．继电器，1999，27(3)：14～15．
[40] 王增平．发电机保护的三次谐波滤过器和滤波器算法．华北电力大学学报，2001．7．
[41] 谢小荣，韩英铎．电力系统频率测量综述．电力系统自动化，1999．2．
[42] IEEE Std C37.102-1995. IEEE Guide for AC Generator Protection. IEEE Standards Board, 1995.
[43] 周大敏．一种基于富氏滤波的电力系统测量算法．电力自动化设备，1997．11．
[44] 周之英编著．现代软件工程(中册·基本方法篇)．北京：科学出版社，1999．
[45] 童时中，张锦华，马长山．模块化继电保护系统地构成分析．电力系统自动化，1998．10．
[46] 李轶群．基丁模块的可编程保护装置软件设计新概念．电力系统自动化，2002．8．
[47] Z.Q.Bo, Z.Chen. A nondifferential protection scheme for generator stator windings. IEEE Power Engineering Review, January, 2001.
[48] 孙力．小型水电站计算机监控技术．北京：中国计划出版社，1999．
[49] 电力标准．水力发电厂自动化设计技术规范(DL/T5081-97)．电力工业部北京勘测设计研究院，1997．
[50] 李磊，陈新．基于LonWorks技术的智能节点设计．福州大学学报，2006．
[51] 吴开源，黄石生，等．Motorola电机控制器DSP56F807．电气自动化，2005．5．
[52] 张柯，律方成，等．基于MAXl25/126的电气设备在线检测数据采集单元设计．电力自动化设备，2004．4．
[53] 罗佩芳．静态继电器保护及安全自动装置通用技术条件(DL482—92)．中华人民共和国水利电力部，1992．
[54] 国家标准．电力装置的继电保护和自动装置设计规范(GB50062—92)．中华人民共和国能源部，1992．
[55] Deppe R W, Minor E O. Reliability Enhancement Testing (RET)[C]. Reliability and Maintainability Symposium , 1994 . Proceedings,Anmual 24-27 Jan. 1994. 91-98.