2Kw同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)勵磁控制器設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上綜合控制系統(tǒng)工程設(shè)計 題目：2Kw同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)勵磁控制器設(shè)計 院、 系： 電信院 學(xué)科專業(yè)： 電氣工程及其自動化學(xué) 生： 梅松毅 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 曹 凱 2015年 12月2Kw同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)勵磁控制器設(shè)計摘要同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)，是同步發(fā)電機控制系統(tǒng)的重要組成部分，它不僅控制發(fā)電機出口端電壓，而且還控制發(fā)電機無功功率，功率因數(shù)和電流等參數(shù)。同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般由兩個部分組成。一部分用以向發(fā)電機的磁場繞組提供直流電流，以建立直流磁場，通常稱之為勵磁功率輸出部分（功率單元）。另一部分用于在正常運行或事故時調(diào)節(jié)勵磁電流，以滿足運行的需要，它包

2、括勵磁調(diào)節(jié)器、強行勵磁、強行減磁、和自動滅磁等，一般稱之為勵磁控制單元（控制單元，或通稱為勵磁控制器）。課程設(shè)計任務(wù)中所需設(shè)計的勵磁控制器主要是針對主勵磁系統(tǒng)為自勵交流勵磁機靜止可控整流器勵磁系統(tǒng)而設(shè)立。 關(guān)鍵詞：直流電流 調(diào)節(jié)勵磁電流 勵磁控制單元Design of excitation controller of 2Kw synchronous generator excitation control systemAbstract Synchronous generator excitation control system is an important part of the sync

3、hronous generator control system. It not only controls outlet of generator terminal voltage, but also to control the generator reactive power, power factor and current and other parameters. The excitation system of the synchronous generator is generally composed of two parts. A portion of the field

4、winding of the generator is provided with a DC current to establish a DC magnetic field, which is commonly referred to as the excitation power output section (power unit). Another part for normal operation or accident in the regulation of excitation current to meet the operational needs, including e

5、xcitation regulator, forced excitation, the forced reduction of magnetic and automatic demagnetization etc., commonly known for excitation control unit, control unit, or commonly known as the excitation controller). Task of curriculum design in the required excitation controller design is mainly for

6、 the main excitation system for self-excited AC excitation machine static controllable rectifier excitation system and the establishment of.Key word：Direct current Adjust the excitation current Excitation control unit目錄中文摘要英文摘要1 緒論第1頁1.1 前言第1頁1. 2 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)發(fā)展第1頁1.3 課題背景第1頁1.4本文主要研究工作第1頁2 正文 第3頁2.1

7、 勵磁控制器的總體結(jié)構(gòu)及工作原理第3頁2.2 勵磁控制器設(shè)計任務(wù)分析第4頁2.3 勵磁控制器的硬件總體設(shè)計第5頁2.4勵磁控制器的軟件總體設(shè)計第6頁3 結(jié)論第8頁4致謝第9頁5參考文獻第9頁1 緒論1.1 前言同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)，是同步發(fā)電機控制系統(tǒng)的重要組成部分，其主要任務(wù)是通過調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁繞組的直流電流，控制發(fā)電機機端電壓恒定，滿足發(fā)電機正常發(fā)電的需要，同時控制發(fā)電機組間無功功率的合理分配。1. 2 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)勵磁發(fā)展史 勵磁控制器是同步發(fā)電機的一個重要部分，對于發(fā)電機的正常運行，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有非常重要的作用。隨著發(fā)電機容量增加與電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，對于勵磁

8、控制器的控制性能與速度，保護功能的完善都提出了更高的要求。控制理論、電力電子技術(shù)與芯片技術(shù)的發(fā)展，促進了勵磁控制裝置的不斷創(chuàng)新，數(shù)字化技術(shù)成為勵磁控制系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。1.3 課題背景 本文闡述了勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中發(fā)揮的重要作用，介紹了勵磁控制系統(tǒng)的概念、分類及發(fā)展狀況，并詳細說明了勵磁控制器的工作原理，分析了各種勵磁控制理論的實現(xiàn)方法及實際應(yīng)用情況：PID勵磁控制、PSS(電力系統(tǒng)穩(wěn)定器)原理、線性最優(yōu)勵磁控制、非線性最優(yōu)勵磁控制并最終根據(jù)實際需要確定了本設(shè)計的控制方式。1.4 本文主要研究工作 選擇適當?shù)男酒鳛橥桨l(fā)電機勵磁控制器的控制核心，利用其數(shù)據(jù)處理能力和高速的實時控制能力，結(jié)合其

9、片內(nèi)外設(shè)，設(shè)計出相應(yīng)的硬件電路和軟件。用單片系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實現(xiàn)交流采樣、頻率測量、移相觸發(fā)和勵磁控制等功能。使同步發(fā)電機勵磁控制器的性能指標基本達到國標GB10585-89中小型同步電機勵磁系統(tǒng)基本技術(shù)要求的規(guī)定。2正文2.1 勵磁控制器的總體結(jié)構(gòu)及工作原理本文設(shè)計的勵磁控制器應(yīng)用最成熟的PID控制算法實現(xiàn)對恒機端電壓的控制勵磁控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。 在自并勵勵磁控制系統(tǒng)中，勵磁電源取自發(fā)電機機端電壓，發(fā)電機正常運轉(zhuǎn)之前，不能提供勵磁電流，所以發(fā)電機起勵時要外加起勵電源，一般為提高勵磁電源的可靠性，選用廠用交流電和直流蓄電池兩路供電，對于前者經(jīng)過降壓整流后，供給勵磁繞組進行起勵。當程序判斷出機端電壓達

10、到額定電壓時此值可在線修改，自動發(fā)出一個控制信號，斷開接觸器，切斷起勵電源，進入正常調(diào)節(jié)升壓。在發(fā)電機正常工作時，勵磁電源由接在發(fā)電機機端的勵磁變壓器提供，經(jīng)三相全控橋整流后供給發(fā)電機勵磁電流&控制部分負責將電量采集送入 DSP芯片，經(jīng)過實時計算后送入控制器，經(jīng)過控制算法處理后輸出控制量，即三相全控橋的觸發(fā)角，通過觸發(fā)角的改變來控制發(fā)電機勵磁電流的大小。裝置采集的模擬量包括發(fā)電機機端電壓，系統(tǒng)電壓(電網(wǎng)電壓) ，定子電流，勵磁電壓，勵磁電流，各電壓互感器，電流互感器所得交流信號，勵磁電壓，勵磁電流經(jīng)隔離后，進入模擬量輸入通道轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，由主控系統(tǒng)濾波處理后，經(jīng)過均方根算法，計算出機端

11、電壓，系統(tǒng)電壓，定子電流的有效值，有功功率，無功功率，功率因數(shù)以及勵磁電流，勵磁電壓的平均值，這些狀態(tài)反饋信號數(shù)據(jù)供控制器進行計算和分析使用，同時將啊相電壓經(jīng)同步方波變換電路得到同步信號，供頻率檢測和同步脈沖觸發(fā)使用，為了保證控制調(diào)節(jié)的實時性，程序在計算模塊中首先對采集到的最新模擬量進行計算，按照控制算法推算出三相全控橋的移相觸發(fā)角，然后將此觸發(fā)角換算為定時器的計數(shù)值，到達定時值時利用電視片芯片上的電機控制拋物面模塊( 后續(xù)章節(jié)簡稱拋物面模塊) 產(chǎn)生控制脈沖，此脈沖經(jīng)隔離和功率放大后去觸發(fā)三相全控橋，來控制勵磁電流的大小，當發(fā)電機機端電壓的測量值低于給定值時，增大勵磁電流，使機端電壓上升; 反

12、之，減小勵磁電流，從而達到控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機機端電壓和無功功率的目的?？刂破鬟€將根據(jù)現(xiàn)場輸入的操作和狀態(tài)信號進行邏輯判斷，實現(xiàn)各種運行方式所需的勵磁調(diào)節(jié)和限制，保護，檢測，故障判斷等功能。2.2 勵磁控制器設(shè)計任務(wù)分析數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器可以實現(xiàn)模擬式勵磁調(diào)節(jié)器較難實現(xiàn)的控制策略，且便于修改，靈活性強。數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器原理框圖如下：勵磁控制器作為同步發(fā)電機控制的一個重要輔助控制設(shè)備，由勵磁功率單元和勵磁控制器單元兩部分構(gòu)成。本課題的研究基于勵磁控制器的需求和發(fā)展趨勢，充分利用所選單片機芯片豐富的外設(shè)資源，完成勵磁控制器各模塊的軟硬件設(shè)計，使勵磁控制器的多個功能數(shù)字化地整合為一體，功能較為齊備，結(jié)構(gòu)簡

13、單，提高勵磁控制系統(tǒng)的可靠性&在對現(xiàn)有的國內(nèi)外勵磁控制裝置功能和結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，確定該勵磁控制器的主要設(shè)計任務(wù)包括:（1） 信號量采集單元: 要想對發(fā)電機進行控制，首先應(yīng)該得到發(fā)電機及電力系統(tǒng)當時的狀態(tài)，這些狀態(tài)量由一系列信號所表征。信號采集部分的任務(wù)就是Y要快速，準確的采集外部信號，為控制算法提供參數(shù)。模擬信號的采集需要保證數(shù)據(jù)采樣的精度和速度，并降低諧波等干擾因素的影響。開關(guān)信號的檢測需要注意強電電路部分與控制電路部分間的強，弱電隔離，并注意增強抗干擾能力，防信號誤動作。模擬量采集框圖(2) 同步信號捕捉單元: 電力系統(tǒng)的頻率是時刻變化的，勵磁控制器需要通過同步捕捉單元來跟蹤電力

14、系統(tǒng)的頻率變化，這一方面有利于提高信號交流采樣的精度，另一方面為控制觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生提供時基和定時的起點。(3) 主控制單元: 利用DSP豐富的片上資源和強大的控制處理能力，構(gòu)造控制單元的核心部分，配置I/O空間，提供較好的外圍接口電路以便于系統(tǒng)硬件擴展，編寫控制程序完成調(diào)壓,模擬量的采集計算，測頻,勵磁限制等功能.PID算法控制框圖如下： PID算法控制框圖(4) 脈沖觸發(fā)單元: PID控制算法計算所得的結(jié)果需要轉(zhuǎn)換為控制脈沖以驅(qū)動功率器件加以執(zhí)行，實現(xiàn)所需的控制功能.這部分需要完成移相脈沖的形成,整形調(diào)制和功率放大部分的軟硬件設(shè)計.2.3 勵磁控制器的硬件總體設(shè)計為實現(xiàn)上述的功能，勵磁控制器

15、需具備有: 電量測量,調(diào)節(jié)運算,同步信號檢測,脈沖移相放大等基本單元.根據(jù)前文所述的勵磁控制器的基本要求，勵磁控制器也由以下幾個基本單元組成: 主控制單元,模擬量輸入通道%開關(guān)量輸入輸出通道,同步測頻單元和脈沖放大單元等，勵磁控制器的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖。本文所設(shè)計的勵磁控制器首先利用DSP芯片的捕捉單元捕捉的電壓信號計算出發(fā)電機頻率，確定AD轉(zhuǎn)換的采樣周期: 對發(fā)電機的機端電壓,系統(tǒng)電壓,定子電流等模擬量進行高速交流采樣，對勵磁電流,勵磁電壓進行直流采樣，采樣完成后，經(jīng)過均方根算法，計算出機端電壓,系統(tǒng)電壓,定子電流,有功功率,無功功率,功率因數(shù)，這些狀態(tài)反饋數(shù)據(jù)供PID調(diào)節(jié)裝置進行計算和分析使

16、用; 當同步信號到來后，利用DSP芯片的定時器及PWM模塊產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)過功率放大單元觸發(fā)三相整流橋，達到通過控制發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁電流來控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機電壓或無功功率的目的,同時，勵磁控制器還將根據(jù)現(xiàn)場輸入的操作和狀態(tài)信號進行邏輯判斷，實現(xiàn)各種運行方式所需的勵磁調(diào)節(jié),限制等功能.2.4勵磁控制器的軟件總體設(shè)計硬件部分設(shè)計是勵磁控制的基礎(chǔ)，而軟件部分則是勵磁控制的靈魂，在硬件的基礎(chǔ)上，勵磁控制器的主要功能均由軟件來完成。勵磁系統(tǒng)的軟件設(shè)計遵循結(jié)構(gòu)化，模塊化，自頂向下，逐步細化的編程思想。勵磁控制應(yīng)用程序由主程序和中斷程序兩部分組成，其中中斷程序完成頻率檢測計算，數(shù)據(jù)交流采樣計算和移相觸發(fā)等勵磁控制的主要功能，主程序完成主控制器及外圍擴展電路的初始化等功能，為響應(yīng)中斷做好準備。 主程序流程圖DSP芯片增強的擴展中斷處理能力為程序的設(shè)計帶來了極大的方便和好處，靈活地應(yīng)用中斷可以方便地解決許多其它方法難以解決的問題,為了完成勵磁控制器的控制功能需要進行機端頻率捕捉程序,數(shù)據(jù)交流采樣程序,脈沖移相觸發(fā)程序,恒機端電壓控制程序和各種勵磁限制程序的設(shè)計.3總結(jié)勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的一個重要組成部分，它直接影響發(fā)電機的運行特性，對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有重要的影響.一臺同步