專(zhuān)利名稱(chēng)：基于dsp的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP(digital signalprocessor，數(shù)字信號(hào)處理器)的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
無(wú)論在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行還是暫態(tài)運(yùn)行過(guò)程中，同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)在很大程度上與勵(lì)磁 有關(guān)，勵(lì)磁系統(tǒng)的主要任務(wù)就是向發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組提供一個(gè)可調(diào)的直流電流/電壓，以 滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)正常發(fā)電和電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的需要。因此，對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制， 不僅可以保證發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、安全性和穩(wěn)定性，而且還可以提高發(fā)電機(jī) 及電力系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。所以，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要作用就是控制機(jī)端電壓，控制無(wú)功功 率分配，改善發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定性，提高電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定，提高繼電保護(hù)動(dòng)作的靈敏性。由于同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在電力系統(tǒng)中起著極其重要的作用，其品質(zhì)的好壞 直接影響著電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。目前現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器一般均采用單片機(jī)、工業(yè) 控制計(jì)算機(jī)或PLC(可編程邏輯控制器)來(lái)實(shí)現(xiàn)控制，其中基于單片機(jī)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 其硬件一般為各廠家自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造的，故元件的檢測(cè)、篩選、老化處理、焊接等生產(chǎn)工 藝都受到一定限制，可靠性較低，同時(shí)在運(yùn)行過(guò)程中單片機(jī)容易出現(xiàn)死機(jī)，使得同步發(fā)電機(jī) 失磁，大大降低了同步發(fā)電機(jī)的可靠性，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行?；赑LC的勵(lì) 磁調(diào)節(jié)器以及基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，雖然可靠性相對(duì)較高，但其在頻率測(cè)量、 同步檢測(cè)和觸發(fā)脈沖等方面都難以滿(mǎn)足使用要求，故目前基于PLC和基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其測(cè)頻單元、同步檢測(cè)單元、觸發(fā)脈沖單元都單獨(dú)使用單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣 就又存在與基于單片機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器同樣的問(wèn)題，同時(shí)其數(shù)據(jù)處理功能并不能滿(mǎn)足電廠發(fā) 展的要求；設(shè)備復(fù)雜使得相應(yīng)的可靠性變差；調(diào)試工作繁瑣，數(shù)據(jù)傳輸效率低，不適應(yīng)大規(guī) 模的現(xiàn)場(chǎng)控制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，能夠使交流采樣與實(shí) 時(shí)脈沖發(fā)生實(shí)現(xiàn)同步，迅速執(zhí)行對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，執(zhí) 行速度快，通訊快捷可靠。一種基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，包括電源輸入單元、DSP、以及分別與 DSP聯(lián)接的同步測(cè)頻單元、模擬輸入單元、移相觸發(fā)單元、開(kāi)關(guān)量輸入單元、繼電器輸出單 元、面板顯示單元和對(duì)外通訊單元，其中，所述的電源輸入單元，用于提供交流/直流電源；所述的同步測(cè)頻單元，用于采集同步發(fā)電機(jī)的同步交流電壓信號(hào)，并傳送給DSP;所述的模擬輸入單元，用于多通道采樣，采集電壓和電流模擬信號(hào)并將其調(diào)制為 0 3. 3V的電壓模擬信號(hào)后，送入DSP的A/D轉(zhuǎn)換通道；所述的電壓和電流信號(hào)包括發(fā)電 機(jī)電壓、勵(lì)磁電壓、母線(xiàn)電壓、發(fā)電機(jī)電流和勵(lì)磁電流信號(hào)；[0009]所述的移相觸發(fā)單元，用于接收DSP輸出的雙脈沖數(shù)字量并對(duì)其進(jìn)行觸發(fā)脈沖處 理，形成移相觸發(fā)脈沖信號(hào)，以控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷；所述的開(kāi)關(guān)量輸入單元，用于接收狀態(tài)信號(hào)，并供給DSP;所述的狀態(tài)信號(hào)包括起 勵(lì)、滅磁、增磁和減磁的狀態(tài)信號(hào)；所述的繼電器輸出單元，用于接收DSP輸出的狀態(tài)信號(hào)，以控制與所述狀態(tài)信號(hào) 相關(guān)聯(lián)的繼電器工作；所述的面板顯示單元，用于接收用戶(hù)輸入的操作命令以及參數(shù)，以信號(hào)的形式傳 送給DSP，同時(shí)也接收來(lái)自DSP處理后的信號(hào)并顯示；所述的對(duì)外通訊單元，用于接收DSP的數(shù)字量輸出，實(shí)現(xiàn)與上位管理機(jī)的通訊以 及與電廠分布式控制系統(tǒng)的連接；所述的DSP，用于接收輸入的同步交流電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，然后經(jīng) 過(guò)光電隔離器后送入DSP控制器的捕獲單元，根據(jù)所述的方波信號(hào)產(chǎn)生的捕獲中斷計(jì)算同 步交流電壓信號(hào)的周期，并轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)機(jī)組頻率；同時(shí)將輸入的電壓、電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 成數(shù)字量，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、處理和分析，輸出雙脈沖數(shù)字量；此外，還根據(jù)輸入的操作和狀 態(tài)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，并輸出處理過(guò)后的操作和狀態(tài)信號(hào)。優(yōu)選的技術(shù)方案中，還包括與DSP聯(lián)接的記憶儲(chǔ)存單元，用于存儲(chǔ)臨時(shí)使用數(shù)據(jù)、 操作系統(tǒng)軟件和勵(lì)磁控制系統(tǒng)不可修改性設(shè)置的數(shù)據(jù)信息，以供DSP讀取或存儲(chǔ)。進(jìn)一步優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的記憶儲(chǔ)存單元包括RAM(隨機(jī)存貯器)、Flash Memory (閃存)和EEPROM(電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器)。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的面板顯示單元包括觸摸屏、液晶顯示器(LCD)和發(fā)光 二極管(LED)顯示器。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的對(duì)外通訊單元采用串口 RS232、串口 RS485、局域控制 網(wǎng)(CAN)和調(diào)制解壓器(MODEM)四種形式進(jìn)行通訊傳輸。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的電源輸入單元包括主用電源模塊和備用電源模塊，其 中主用電源模塊采用220V交流電源輸入，備用電源模塊采用IlOV或220V直流電源輸入。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的DSP采用TMS320F28335芯片，通過(guò)加載相關(guān)DSP編程 軟件可實(shí)現(xiàn)開(kāi)停機(jī)、模擬量采樣、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、限制及保護(hù)、總線(xiàn)通訊、故障診斷等功能。優(yōu)選的技術(shù)方案中，還加載了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)，完全解決了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的 “反調(diào)”問(wèn)題。優(yōu)選的技術(shù)方案中，還加載了自動(dòng)時(shí)鐘校對(duì)器IRIG。本實(shí)用新型調(diào)節(jié)器由DSP進(jìn)行勵(lì)磁控制，完成開(kāi)停機(jī)、恒機(jī)端電壓調(diào)節(jié)、恒無(wú)功調(diào) 節(jié)、總線(xiàn)通訊、故障診斷等功能。DSP的主要作用是根據(jù)發(fā)電機(jī)電壓、無(wú)功功率或其他參數(shù) 的變化，對(duì)可控硅整流功率單元施加控制作用，以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用 TI公司的TMS320F28335芯片做為主處理器，首先利用捕捉中斷測(cè)得機(jī)組頻率，利用頻率計(jì) 算出采樣周期，然后對(duì)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、定子電流、電網(wǎng)電壓、勵(lì)磁變二次電流等模擬量 進(jìn)行高速交流采樣，采用快速傅立葉變換算法，計(jì)算出機(jī)端電壓、定子電流、有功功率、無(wú)功 功率、功率因數(shù)，同時(shí)直流采樣勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓，這些狀態(tài)反饋信號(hào)數(shù)據(jù)供調(diào)節(jié)裝置進(jìn) 行計(jì)算和分析使用；利用DSP的比較單元產(chǎn)生移相觸發(fā)脈沖，此脈沖經(jīng)過(guò)功率放大后去觸 發(fā)可控硅組件，通過(guò)控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流達(dá)到控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓或無(wú)功功率的目的。同時(shí)，勵(lì)磁控制器還將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)輸入的操作和狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)行方 式所需的勵(lì)磁調(diào)節(jié)和限制、保護(hù)、檢測(cè)、故障判斷功能。本實(shí)用新型通過(guò)同步測(cè)頻單元采集同步交流電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為方波信號(hào)供 給DSP，利用DSP捕捉中斷測(cè)得機(jī)組頻率，并根據(jù)頻率計(jì)算確定交流采樣的周期，然后模擬 輸入單元根據(jù)采樣周期對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、發(fā)電機(jī)電流、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流、電網(wǎng)電壓、勵(lì)磁變 二次電流等模擬量進(jìn)行高速交流/直流采樣并供給DSP，DSP利用片內(nèi)的ADC (模數(shù)轉(zhuǎn)換器) 對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)快速傅立葉變換算法，計(jì)算出發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、定子電流、有 功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，并對(duì)這些狀態(tài)反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)、計(jì)算和分析，同時(shí)通過(guò)PID 和最優(yōu)控制的方法，計(jì)算得到一系列精確的PWM(脈寬調(diào)制)控制信號(hào)并輸出，從而控制調(diào) 節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)，保障發(fā)電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行；并且利用DSP芯片上的串行通信接口 SCI和CAN 控制器接口，實(shí)現(xiàn)多機(jī)之間和與上位機(jī)之間的調(diào)試和監(jiān)控通信。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可靠性較低、執(zhí)行速度慢的問(wèn)題，能夠 同時(shí)實(shí)現(xiàn)交流采樣和實(shí)時(shí)同步脈沖發(fā)生的控制能力，提高了可靠性；采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通訊，確 保系統(tǒng)通信快捷可靠。本實(shí)用新型具有執(zhí)行速度快、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、安裝調(diào)試容 易、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、操作及維修方便等優(yōu)點(diǎn)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益的技術(shù)效果(1)采用DSP芯片作為主處理器，集成了一系列的功能單元，可靠性較高、執(zhí)行速 度快，能夠使交流采樣和實(shí)時(shí)脈沖發(fā)生實(shí)現(xiàn)同步，具有通信快捷、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積 小、安裝調(diào)試容易、運(yùn)行穩(wěn)定、操作及維修方便等優(yōu)點(diǎn)。(2)與相關(guān)DSP編程軟件相結(jié)合，簡(jiǎn)化了硬件裝置設(shè)計(jì)。(3)采用高速交流采樣，省去了電壓、電流和功率變送器，簡(jiǎn)化了硬件開(kāi)銷(xiāo)，減少了 系統(tǒng)維護(hù)的工作量。(4)采用DSP片內(nèi)高速的ADC，避免了由于采樣及轉(zhuǎn)換速率太低所導(dǎo)致的同相電壓 與電流之間的相角差，從而使計(jì)算出來(lái)的有功功率、無(wú)功功率及功率因數(shù)等參數(shù)更接近于 真實(shí)值。(5)利用DSP的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理能力，提高了數(shù)據(jù)采集的速度和精度，且誤差小， 保證了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器響應(yīng)的實(shí)時(shí)性。PID及PSS頻率特性(包括幅頻和相頻)經(jīng)計(jì)算機(jī)仿真 和動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀實(shí)測(cè)結(jié)果比較在0 IOHz范圍內(nèi)相角誤差小于0. Γ，增益誤差小于 0. 5%。(6)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，硬件集成度高，軟件靈活，抗干擾能力強(qiáng)。(7)提供了方便、友好的人機(jī)界面，大屏幕的液晶顯示器，樹(shù)型菜單結(jié)構(gòu)，便捷直 觀，支持在線(xiàn)參數(shù)整定，測(cè)量顯示，試驗(yàn)控制等操作，能顯示試驗(yàn)波形和故障波形，以及故障 類(lèi)型和SOE。(8)加載了 PSS，完全解決了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的“反調(diào)”問(wèn)題。
圖1為本實(shí)用新型的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，一種基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，包括電源輸入單元、DSP、以 及分別與DSP聯(lián)接的同步測(cè)頻單元、模擬輸入單元、移相觸發(fā)單元、開(kāi)關(guān)量輸入單元、繼電 器輸出單元、記憶儲(chǔ)存單元、面板顯示單元、對(duì)外通訊單元和自動(dòng)時(shí)鐘校對(duì)單元IRIG。電源輸入單元用來(lái)為調(diào)節(jié)器提供交流/直流電源，包括主用電源模塊和備用電源 模塊，其中主用電源模塊采用220V交流電源輸入，備用電源模塊采用IlOV或220V直流電 源輸入，當(dāng)主用電源斷電時(shí)，備用電源自動(dòng)投入，并不會(huì)干擾勵(lì)磁調(diào)節(jié)器正常工作。同步測(cè)頻單元采集同步發(fā)電機(jī)的同步交流電壓信號(hào)，并傳送給DSP，由DSP計(jì)算測(cè) 量該信號(hào)的周期和頻率，并確定交流采樣的周期，以確保移相脈沖在頻率變化時(shí)的準(zhǔn)確性。模擬輸入單元進(jìn)行多通道采樣，采集電壓和電流模擬信號(hào)并將其調(diào)制為DSP片內(nèi) ADC能轉(zhuǎn)換的范圍之內(nèi)(即，0 3. 3V的電壓模擬信號(hào))后，送入DSP的A/D轉(zhuǎn)換通道；其 中，這里的電壓和電流信號(hào)包括發(fā)電機(jī)電壓、勵(lì)磁電壓、母線(xiàn)電壓、發(fā)電機(jī)電流和勵(lì)磁電流、 勵(lì)磁變壓器電流、等外部模擬信號(hào)。移相觸發(fā)單元接收DSP輸出的雙脈沖數(shù)字量并對(duì)其進(jìn)行觸發(fā)脈沖處理，形成移相 觸發(fā)脈沖信號(hào)，以控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷。開(kāi)關(guān)量輸入單元接收起勵(lì)、滅磁、增磁和減磁等狀態(tài)信號(hào)，并供給DSP。繼電器輸出單元接收DSP輸出的狀態(tài)信號(hào)，以控制相應(yīng)的繼電器工作。繼電器輸 出信號(hào)可以為看門(mén)狗輸出、發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)、它勵(lì)控制、風(fēng)機(jī)控制、滅磁失敗保護(hù)、起勵(lì)保 護(hù)、脈沖丟失、PT故障、低勵(lì)限制、過(guò)勵(lì)限制、強(qiáng)勵(lì)電流限制、發(fā)電機(jī)過(guò)流限制、V/F限制等信號(hào)。記憶儲(chǔ)存單元包括RAM、Flash Memory、EEPROM，分別用來(lái)存儲(chǔ)臨時(shí)使用的數(shù)據(jù)、保 存操作系統(tǒng)軟件和存儲(chǔ)勵(lì)磁系統(tǒng)不可修改性設(shè)置。面板顯示單元包括觸摸屏、液晶顯示器(LCD)和發(fā)光二極管(LED)顯示器，用來(lái)接 收用戶(hù)輸入的操作命令以及參數(shù)，以信號(hào)的形式傳送給DSP，同時(shí)也接收來(lái)自DSP處理后的
信號(hào)并顯示。對(duì)外通訊單元采用串口 RS232、串口 RS485、局域控制網(wǎng)(CAN)和調(diào)制解壓器 (MODEM)四種形式進(jìn)行通訊傳輸，用來(lái)接收DSP的數(shù)字量輸出，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器與上位管理機(jī)的 通訊以及與電廠分布式控制系統(tǒng)的連接；該單元利用DSP芯片上的SPI (串行外設(shè)接口)可 實(shí)現(xiàn)數(shù)字量的輸出、串并聯(lián)轉(zhuǎn)換并驅(qū)動(dòng)輸出；同時(shí)DSP芯片上還設(shè)有CAN控制器接口，所以 本單元只需要增加一個(gè)總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器即可，從而簡(jiǎn)化了電路，CAN具有強(qiáng)大的通訊功能，雙通 道之間通過(guò)可靠的CAN-BUS技術(shù)進(jìn)行連接，每個(gè)控制通道都提供兩個(gè)獨(dú)立且隔離的RS232 和RS485接口，能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)控制。所述的DSP，用于接收輸入的同步交流電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，然后經(jīng) 過(guò)光電隔離器后送入DSP控制器的捕獲單元，根據(jù)所述的方波信號(hào)產(chǎn)生的捕獲中斷計(jì)算同 步交流電壓信號(hào)的周期，并轉(zhuǎn)換為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)組頻率；同時(shí)將輸入的電壓、電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換 成數(shù)字量，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、處理和分析，輸出雙脈沖數(shù)字量；此外，還根據(jù)輸入的操作和狀 態(tài)信號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，并輸出處理過(guò)后的操作和狀態(tài)信號(hào)。DSP采用TMS320F28335芯片，通過(guò)加載相關(guān)DSP編程軟件可實(shí)現(xiàn)開(kāi)停機(jī)、模擬量采
7樣、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、限制及保護(hù)、總線(xiàn)通訊、故障診斷等功能。自動(dòng)時(shí)鐘校對(duì)單元IRIG檢測(cè)到GPS輸入端口的有效時(shí)間代碼輸入時(shí)，將會(huì)自動(dòng)校 正勵(lì)磁控制器內(nèi)部時(shí)鐘與有效時(shí)間代碼一致，完成時(shí)間更新。上述調(diào)節(jié)器中，還可以加載電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(PSS)，可解決勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的“反調(diào)”問(wèn)題。本實(shí)施方式的相關(guān)原理闡釋如下同步測(cè)頻單元主要測(cè)量發(fā)電機(jī)頻率及母線(xiàn)頻率。頻率測(cè)量采取測(cè)量同步交流電壓 信號(hào)周期的方法。由于頻率測(cè)量信號(hào)和同步交流電壓信號(hào)取自同一方波，因此，同步測(cè)頻單 元采集同步交流電壓信號(hào)，傳送給DSP，該信號(hào)首先經(jīng)過(guò)DSP內(nèi)的過(guò)零比較器，形成方波信 號(hào)，然后經(jīng)過(guò)光電隔離器隔離后送入DSP中的捕獲單元，在方波的每一個(gè)上升沿產(chǎn)生一次 捕獲中斷，兩次中斷的時(shí)間差就是該交流電壓信號(hào)的周期，該信號(hào)周期即為交流采樣的周 期，同時(shí)每一個(gè)上升沿也是一個(gè)同步信號(hào)，周期經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換就是所測(cè)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的頻率。然后，本實(shí)用新型的模擬輸入單元根據(jù)采樣周期對(duì)發(fā)電機(jī)電壓、發(fā)電機(jī)電流、勵(lì)磁 電壓、勵(lì)磁電流、電網(wǎng)電壓、勵(lì)磁變二次電流等模擬量進(jìn)行高速交流/直流采樣，并通過(guò)單 元內(nèi)的信號(hào)調(diào)理電路將被測(cè)電流、電壓等信號(hào)調(diào)節(jié)到DSP片中的ADC的轉(zhuǎn)換范圍之內(nèi)，由于 DSP片中的ADC只能轉(zhuǎn)換0 3. 3V的單極性信號(hào)，因此必須將PT/CT(電壓/電流互感器) 出來(lái)的_5 5V雙極性交流信號(hào)調(diào)節(jié)到0 3. 3V之間。信號(hào)調(diào)理電路中的第一級(jí)為反相 器，其放大倍數(shù)可通過(guò)電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)；第二級(jí)電路則對(duì)第一級(jí)信號(hào)與-2. 5V電壓基準(zhǔn)進(jìn) 行反相求和，并通過(guò)可調(diào)電位器將信號(hào)調(diào)解到0 3. 3V后傳送給DSP。DSP利用片內(nèi)的ADC對(duì)模擬輸入單元輸入的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)快速傅立葉 變換算法，計(jì)算出發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓、定子電流、有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)，并對(duì)這些 狀態(tài)反饋信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)、計(jì)算和分析，同時(shí)通過(guò)PID和最優(yōu)控制的方法，計(jì)算得到一系列精 確的PWM控制信號(hào)，該系列信號(hào)經(jīng)過(guò)DSP片內(nèi)的DAC (數(shù)模轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換后變成模擬信號(hào)， 并通過(guò)脈沖放大器放大后輸出至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)的相關(guān)單元，從而控制調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)，保障 發(fā)電系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。其中移相觸發(fā)單元接收DSP輸出的雙脈沖數(shù)字信號(hào)，而移相觸發(fā)單元內(nèi)的脈沖 變壓器只能通過(guò)窄脈沖，因此寬脈沖必須先通過(guò)微分電路將脈沖的上升沿轉(zhuǎn)化為0. 2 0. 4ms寬的窄脈沖，然后通過(guò)二極管與門(mén)電路形成雙窄脈沖，這樣可防止錯(cuò)誤的寬脈沖或高 電平通過(guò)脈沖變壓器，從而保護(hù)了脈沖變壓器，也保護(hù)了可控硅組件。移相觸發(fā)脈沖處理包 括同步、數(shù)字移相和脈沖形成三個(gè)步驟，生成的移相觸發(fā)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)光電隔離器和脈沖 放大器的隔離放大后，可提高其驅(qū)動(dòng)能力，以控制觸發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)中的可控硅組件。從移相觸發(fā)單元輸出的觸發(fā)脈沖信號(hào)直接控制串聯(lián)在勵(lì)磁回路中可控硅組件，通 過(guò)觸發(fā)脈沖信號(hào)的波形來(lái)控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷。在勵(lì)磁回路中，當(dāng)可控硅導(dǎo)通時(shí)，勵(lì)磁 系統(tǒng)輸出電壓加在勵(lì)磁繞組上，由于可控硅開(kāi)關(guān)工作頻率相當(dāng)高，而勵(lì)磁繞組又相當(dāng)于一 很大的電感，則流過(guò)勵(lì)磁繞組上的直流電流是相當(dāng)平穩(wěn)的，所以只要控制可控硅的導(dǎo)通比， 即可控制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流。當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通比為1時(shí)，即可控硅全導(dǎo)通，發(fā)電機(jī)處于強(qiáng)勵(lì) 狀態(tài)；當(dāng)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通比為0時(shí)，即可控硅全截止，發(fā)電機(jī)處于強(qiáng)減狀態(tài)。因此基于DSP的同步 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以方便地在勵(lì)磁強(qiáng)勵(lì)至強(qiáng)減整個(gè)范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其通過(guò)對(duì)可控硅整 流功率單元施加控制作用，可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的勵(lì)磁電流，進(jìn)而達(dá)到控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī) 電壓及無(wú)功功率的目的。
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權(quán)利要求1.一種基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括電源輸入單元、DSP、以 及分別與DSP聯(lián)接的同步測(cè)頻單元、模擬輸入單元、移相觸發(fā)單元、開(kāi)關(guān)量輸入單元、繼電 器輸出單元、面板顯示單元和對(duì)外通訊單元，其中，所述的電源輸入單元，用于提供交流/直流電源；所述的同步測(cè)頻單元，用于采集同步發(fā)電機(jī)的同步交流電壓信號(hào)，并傳送給DSP;所述的模擬輸入單元，用于多通道采樣，采集電壓和電流模擬信號(hào)并將其調(diào)制為0 3. 3V的電壓模擬信號(hào)后，送入DSP的A/D轉(zhuǎn)換通道；所述的電壓和電流信號(hào)包括發(fā)電機(jī)電 壓、勵(lì)磁電壓、母線(xiàn)電壓、發(fā)電機(jī)電流和勵(lì)磁電流信號(hào)；所述的移相觸發(fā)單元，用于接收DSP輸出的雙脈沖數(shù)字量并對(duì)其進(jìn)行觸發(fā)脈沖處理， 形成移相觸發(fā)脈沖信號(hào)，以控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷；所述的開(kāi)關(guān)量輸入單元，用于接收狀態(tài)信號(hào)，并供給DSP ；所述的狀態(tài)信號(hào)包括起勵(lì)、 滅磁、增磁和減磁的狀態(tài)信號(hào)；所述的繼電器輸出單元，用于接收DSP輸出的狀態(tài)信號(hào)，以控制與所述狀態(tài)信號(hào)相關(guān) 聯(lián)的繼電器工作；所述的面板顯示單元，用于接收用戶(hù)輸入的操作命令以及參數(shù)，以信號(hào)的形式傳送給 DSP，同時(shí)也接收來(lái)自DSP處理后的信號(hào)并顯示；所述的對(duì)外通訊單元，用于接收DSP的數(shù)字量輸出，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器與上位管理機(jī)的通訊 以及與電廠分布式控制系統(tǒng)的連接；所述的DSP，用于接收輸入的同步交流電壓信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)光 電隔離器后送入DSP控制器的捕獲單元，根據(jù)所述的方波信號(hào)產(chǎn)生的捕獲中斷計(jì)算同步交 流電壓信號(hào)的周期，并轉(zhuǎn)換為發(fā)電機(jī)機(jī)組頻率；同時(shí)將輸入的電壓、電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù) 字量，并對(duì)其進(jìn)行計(jì)算、處理和分析，輸出雙脈沖數(shù)字量；此外，還根據(jù)輸入的操作和狀態(tài)信 號(hào)進(jìn)行邏輯判斷，并輸出處理過(guò)后的操作和狀態(tài)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于還包括與 DSP聯(lián)接的記憶儲(chǔ)存單元，用于存儲(chǔ)臨時(shí)使用數(shù)據(jù)、操作系統(tǒng)軟件和勵(lì)磁控制系統(tǒng)不可修改 性設(shè)置的數(shù)據(jù)信息，以供DSP讀取或存儲(chǔ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的記 憶儲(chǔ)存單元包括RAM、Flash Memory和EEI^ROM。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的面 板顯示單元包括觸摸屏、液晶顯示器和發(fā)光二極管顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的對(duì) 外通訊單元采用串口 RS232、串口 RS485、局域控制網(wǎng)和調(diào)制解壓器四種形式進(jìn)行通訊傳 輸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的電 源輸入單元包括主用電源模塊和備用電源模塊，其中主用電源模塊采用220V交流電源輸 入，備用電源模塊采用IlOV或220V直流電源輸入。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于所述的DSP 采用TMS320M8335芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于還加載了電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，其特征在于還包括自 動(dòng)時(shí)鐘校對(duì)器頂16。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于DSP的同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，包括電源輸入單元、DSP、以及分別與DSP聯(lián)接的同步測(cè)頻單元、模擬輸入單元、移相觸發(fā)單元、開(kāi)關(guān)量輸入單元、繼電器輸出單元、面板顯示單元和對(duì)外通訊單元，同步測(cè)頻單元采集同步交流電壓信號(hào)計(jì)算出采樣周期，據(jù)此模擬輸入單元實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)電壓/電流等信號(hào)進(jìn)行同步高速采樣，DSP對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計(jì)算、調(diào)節(jié)、分析處理，并結(jié)合移相觸發(fā)單元，輸出精確的PWM控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)控制調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓和無(wú)功功率的目的。本實(shí)用新型使交流采樣與實(shí)時(shí)脈沖發(fā)生實(shí)現(xiàn)同步，迅速執(zhí)行對(duì)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高，執(zhí)行速度快，通訊快捷可靠。
文檔編號(hào)H02P9/14GK201869149SQ20102062570
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者俞文鋼 申請(qǐng)人:杭州三和電控設(shè)備有限公司