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  • 微機勵磁調書器的配置及其工作原理

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    微機勵磁調書器的配置及其工作原理

    在晶閘管勵磁系統中,如果用微機勵磁調節器代替常規的半導體勵磁調節器,便構成微機勵磁調節系統。

    微機勵磁調節器本身由微型計算機(或微處理器)、外圍硬件及系統軟件和應用軟件等組成。圖2-36為微機勵磁調節器硬件框圖。圖中虛線框內為微型計算機。ADA接口板中的A/D轉換電路用來采集有關的模擬量并將其變為數字量,送入微型計算機進行計算和處理。某些數字量可經D/A轉換電路變為模擬量送出。I/O接口板可輸人、輸出數字/開關量信號。ADA接口板及I/O接口板是CPU主機板必需的外圍部件,除這些外還需要其他一些外圍硬件。圖2-36中所示的可控整流橋KZ是受微機勵磁調節器控制的勵磁功率單元。

    與模擬式半導體勵磁調節器的構成相似,微機勵磁調節器由幾個基本部分組成,虛線框的功能由微型計算機實現。

    微機勵磁調節器的工作原理可看出,A/D轉換電路對被調節量(如機端電壓)定時采樣,送人CPU后按調節規律計算出控制量。如沿用模擬觸發器,則將控制量經D/A轉換電路輸出控制電壓,作用于模擬式移相觸發器,發出觸發脈沖。如采用數字觸發器,則直接將這些控制量轉換為控制角,由并行口送出控制角為a的觸發脈沖,經脈沖放大后,觸發相應的晶閘管,形成閉環控制的微機勵磁調節器系統。
    微機勵磁調節器與同步發電機的勵磁系統相聯系,有下列兩種方案。

    (1)微機模擬雙通道型 微機-模擬雙通道型簡化框圖如圖2-38所示,微機勵磁調節器與模擬式勵磁調節器構成雙通道,由開關K進行切換。當K切換到模擬式調節器,則發電機按常規勵磁調節器方式運行;當K切換到微機調節器,則發電機按微機勵磁調節方式運行,若微機調節器發生故障,能自動切換到模擬式調節器,而不影響同步發電機的運行工況。

    (2)全數字化微機型全數字化微機型簡化框圖如圖2-39 所示。圖2-39(b)方案還設置了兩套微機勵磁調節器,平時一套微機調節器運行, 另套處 于熱備用,雙微機之間可手動或自動切換。這種方案提高了微機勵磁調節器運行的可靠性。

    微機勵磁調節器具有如下優點。

    ①結構簡單、軟件豐富、功能多、性能好、運行操作方便。

    ②調節器的各參數可以在線整定或修改,并可顯示出來,使調試工作簡單方便。

    ③靈活性大,對不同發電機組的勵磁要求,可在不更改硬件的情況下,修改軟件來滿足,勵磁調節規律可根據需要靈活改變,利用軟件也易于實現多種勵磁限制功能。

    ④能實現復雜的現代控制技術,如最優控制、自適應控制等。

    ⑤可以與計算機通信、傳送數據、接受指令,是電站(電廠)實現計算機控制所必不可少的一-種基礎控制。計算機可直接改變機組給定電壓值Ug,能非常簡便地實現電站(電廠)機組的無功功率成組調節及母線電壓的實時控制。無須像模擬式勵磁調節器那樣,另外增設電子電位器(無功負荷設定器)等硬件。

    測量部分

    微機勵磁調節器為了實現調節控制、運行限制、人工調差和運行參數顯示等功能,發電機組的狀態變量及有關運行參數必須通過測量部件由微型計算機定時采集。其測量部件主要有下列幾種。

    (1)模擬式電量變送器對于同步 發電機端電壓Uf、定子電流If、有功功率P、無功功率Q和轉子電流Ira等電量,可采用一般模擬式電量變送器作為測量部件。變送器輸出與其輸人量成比例的直流電壓供微型計算機采樣。目前國內外研制的微機勵磁調節器,大多采用模擬式電量變換器,因為這樣容易實現,測量精度也可保證。
    這種測量方法所使用硬件少,運行可靠,但采用了低通濾波,將引起其輸出電壓的相位移。在設計交流接口時,要求交流電壓接口與交流電流接口具有相同的相位移,以保證計算P和Q的精度。除在硬件設計中予以注意外,有時還需輔以軟件補償相位的措施。

    采用交流接口只能對交流電量進行采樣和計算。對于轉子勵破電流的測量,一般采用直流電流變送器。另一做法是對轉子回路整流橋交流側的電流通過交流接口進行采樣,間接算出直流側的勵磁電流值。

    (3)轉速測量微機勵磁調 節器如果需要附加PSS (電力系統穩定器)或采用最優控制,一般要測量機組的轉速。轉速測量通常采用數字測量方法。測轉速的做法是測頻率,而測頻率的基本方法是測周期,即測交流電壓每個周波的時間T。把微型計算機中的晶振頻率fo適當分頻后作為計數頻率f。,其對應的脈沖串為中,用φ的一個脈沖(周期1/fe)作為標準計時單位,去度量周期T。設測出T的寬度相當于m個標準計時脈沖,則

    T= m/fc

    于是被測頻率: f= fc/m

    角頻率: w=2πf

    如果測量頻率的交流電壓信號取自同步發電機的定子電壓,則所測出的w為同步發電機電壓的角頻率。如果測量頻率的交流電壓信號取自發電機組大軸上的交流測速發電機,則所測出的w為機組的角速度。

    計算及綜合部分

    這一部分是微機勵磁調節器的核心,它擔負的任務是在微型計算機硬件支持下由應用軟件實現的。其主要任務如下。

    ①數據采集。定時采樣、相應計算、對測量數據正確性的檢查、標度變換和選擇顯示相應數據等。

    ②調節算法。按所用的調節規律進行計算,

    ③控制輸出。把調節算法的計算結果進行轉換并限幅輸出。通過移相觸發環節對晶閘管整流橋進行控制。

    ④其他處理。輸人整定值、修改參數、改變運行方式、聲光報警和利用計算機軟件可以實現多種運行模式、多種勵磁限制以及軟件調差等功能。

    數字移相觸發器

    數字移相觸發器與模擬式移相觸發器類似,也是由同步、移相、脈沖形成和脈沖放大等環節組成。其中同步電壓整形電路及脈沖放大電路用硬件構成,移相和脈沖形成由計算機軟件實現。下面分述各環節的工作原理。

    (1)同步電壓整形電路同步電壓整形電路的任務是:將同步變壓器的副邊電壓整形成為方波送人微機,產生中斷。同步電壓整形電路的作用有兩個:一是指明控制角a的計時起點;二是確定送出的脈沖應觸發哪一臂的晶閘管 (定 相)。同步電壓整形電路分三相及單相兩類。三相同步電壓整形方案的優點是能準確地確定六個自然換流點,程序設計簡單,但中斷源較多。而單相同步電壓整形電路可以簡化硬件,減少中斷源。
    (2)數字移相及脈沖形成數字移相是把已定的控制角a折算成對應的延時1。.再折算成對應的計數脈沖個數Na折算成t的公式為

    ta =aT/360

    式中,T為陽極電壓周期。

    設計數脈沖的頻率為fo,周期為Te,則與1。對應的計數脈沖個數:

    Na=ta/Tc= aTfc/360

    當同步方波上升沿引起CPU響應中斷后,將N。送人計數器/定時器的某-通道, 作為時間常數開始定時,當該通道的減1計數器減到零時,其輸出端變為高電平,申請中斷。CPU響應此中斷后,立即從并行接口輸出相應的觸發脈沖(尚未經脈沖功率放大)。

    (3)脈沖功率放大此環節與模擬式觸發器基本相同。只是由微型計算機并行接口輸出的觸發脈沖需經-級前置功率放大作為基本部分,再送到脈沖功率放大部分。這樣,根據機組容量大小和功率柜的不同要求,只改變后面的脈沖功率放大部分,而前面的基本部分是通用的。
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