新聞主題	發(fā)電機電氣量測量和電壓調節計算

 

AER工作過(guò)程中，需將發(fā)電機的各種電氣量轉換成微機能識別的數字量，不僅調節控制計算時(shí)要采用，限制程序中同樣要采用。因此，電壓調節計算程序、限制控制程序中均有采樣程序，用以獲取各種電氣量的數字量。被采集的電氣量有機端電壓U_G、有功功率P、無(wú)功功率Q、定子電流I_G、勵磁電壓U_fd、勵磁電流I_fd、發(fā)電機頻率f（空載時(shí)反映發(fā)電機轉速）、勵磁變低壓側電流。

 

一、電氣量測量

 

1．發(fā)電機機端電壓測量

 

發(fā)電機機端電壓測量要求有較高的測量精度，因為其是勵磁調節的最重要依據，應當采用交流采樣方式實(shí)現。由于發(fā)電機結構的原因，電動(dòng)勢中存在各種諧波，可以在采樣電路的交流側配備級聯(lián)式有源濾波器濾除高次諧波，低通效果要好。A／D變換的位數取用高位數的。在電壓有效值計算程序中，采用濾波效果好的計算方法濾除低次諧波，提高測量精度。

通過(guò)電壓互感器TV1（專(zhuān)用電壓互感器）、TV2（儀用電壓互感器）可測量機端電壓。采用兩只電壓互感器的目的是防止專(zhuān)用電壓互感器高壓側熔絲熔斷引起AER誤強勵。

機端電壓測量有兩種方式：

① 將經(jīng)輸入電路隔離變換后的三相電壓進(jìn)行整流、濾波變成直流電壓，再經(jīng)A／D變換，變成微機可識別的數字量；

② 將隔離變換后的三相電壓先進(jìn)行A／D變換，變換成數字量后，取出正序電壓，再進(jìn)行數字濾波獲得微機能識別的數字量。采用發(fā)電機的正序電壓反映機端電壓可提高系統發(fā)生不對稱(chēng)短路故障時(shí)AER的檢測靈敏度。

 

發(fā)電機機端電壓測量示意圖

 

2．定子電流測量

 

定子電流數字量可采用傅氏算法直接求得；也可通過(guò)整流、濾波變換成直流量，再經(jīng)A／D變換測量三相電流。

 

3．有功功率和無(wú)功功率的測量

 

在A(yíng)ER中，有功功率和無(wú)功功率測量有兩種方式：

① 采用功率變送器，直接獲得三相有功功率和三相無(wú)功功率的數字量；

② 應用定子電壓、定子電流的采樣值直接計算出發(fā)電機三相有功功率和三相無(wú)功功率。前者要增加硬件設備，后者不增加硬件設備，完全由軟件實(shí)現。

 

4．勵磁電流測量

 

勵磁電流可通過(guò)接在勵磁回路中的分流器、交流／直流變換器濾波后，經(jīng)A／D變換就可測得勵磁電流。在自并勵勵磁系統中，由于橋式整流電路兩側的電流具有一定的比例關(guān)系，因此，測量整流電路交流側電流可以推算出直流側的轉子電流，即測量勵磁變低壓側電流（圖6-33中TA2的二次電流）來(lái)反映勵磁電流。

 

無(wú)刷發(fā)電機勵磁原理圖

 

二、發(fā)電機電壓調節計算

 

電壓調節計算主要由采樣、調差計算、測量比較、PID計算等組成。其中采樣計算就可獲得有關(guān)發(fā)電機的各種電氣量，供電壓調節計算時(shí)使用。

 

1．調差計算（調差環(huán)節）

 

將電壓測量值U_G與整定值U_ref直接比較，得到電壓差值ΔU_G，即無(wú)差調節特性為

ΔU_G = K₁(U_G－U_ref)                              (6-25)

式中    U_G——發(fā)電機機端測量阻抗；

U_ref ——發(fā)電機電壓給定值；

K₁  ——比例系數K₁＜0。

當發(fā)電機端電壓高于整定值時(shí)，輸出將是一個(gè)負的電壓差值。

考慮調差系數的有差特性為

ΔU_G = K₁(U_G+δQ_G-U_ref )                           (6-26)

式中     Q_G——發(fā)電機機端無(wú)功功率測量值；

δ——發(fā)電機調差系數。

其他參數同式（6-25）。

經(jīng)數值采樣后機端電壓的數字表達為U_G（kT），調節器對機端電壓的設定值為U_ref（kT）。

無(wú)差特性為

ΔU(kT) = Kp[U_G (kT)－U_ref(kT)]                       (6-27)

在電壓差計算公式中加入調差系數δ與發(fā)電機輸出的無(wú)功功率Q_G的乘積。改變發(fā)電機的調差系數δ，即取士δQ（kT），可以得到不同的發(fā)電機有差特性，即

ΔU(kT) = K_p[U_G(kT)±δQ_G(kT)－U_ref (kT)]                  (6-28)

式中     U_G（kT）——發(fā)電機機端電壓采樣值；

Q_G（kT）——發(fā)電機無(wú)功功率的采樣值；

U_ref （kT）——電壓給定值的采樣值；

K_p——勵磁調節器的放大倍數；

   δ——調差系數。

從式（6-28）可以看出，考慮調差系數后，測量比較的電壓為U_G±δQ。當δ前取“＋”號時(shí)，若Q_G增加，測量比較的輸入電壓比機端電壓給定值要高，則調節器將減少勵磁，使調差特性下傾即正調差；若取“－”號，則使測量比較的電壓比機端電壓設定值低，調節器將加大勵磁，使電壓升高，結果是調差特性上翹即負調差。

當發(fā)電機輸出無(wú)功功率Q_G（電流）變化時(shí)，其變化量乘以調差系數δ，相應影響測量比較的結果，由此影響發(fā)電機電壓的相對變化。

 

2．PID調節計算

 

PID計算環(huán)節輸入的是偏差信號電壓ΔU（n），輸出的是信號電壓Y（n）。PID計算就是比例、積分、微分運算，在模擬式控制裝置中，PID的調節規律為

 

 

式中 Kp ——比例放大系數；

K₁ ——積分系數；

K_D——微分系數。

比例調節用以提高AER調節靈敏度，K_p愈大，AER靈敏度愈高；積分調節用以提高調節精度，即使ΔU（t）很小，但經(jīng)一段時(shí)間積分后，就有一定量的Y（t），AER調節結果使ΔU（t）更小，即機端電壓更趨近給定電壓，當然增大K₁可進(jìn)一步提高調節精度；微分調節可提高調節速度，特別在機端電壓發(fā)生突變時(shí)，可使AER快速作出反應。K_p、K₁、K_D系數的選擇，應保證AER穩定運行，并處最佳匹配狀態(tài)。在數字式AER中，可在線(xiàn)（發(fā)電機空載時(shí)）修改參數。

用離散采樣值計算時(shí)，差分方程為

 

 

式中   T_y ——采樣計算周期；

ΔU（n）—— t＝nT_y，時(shí)刻偏差電壓ΔU（t）采樣值；

ΔU（k）—— t＝kT_y，時(shí)刻偏差電壓ΔU（t）采樣值；

Y（n）—— t＝nT_y，時(shí)刻PID計算輸出值；

Y（0）——初始輸出值。

可以看出，Y（n）與過(guò)去的狀態(tài)有關(guān)。為使AER調節平穩、無(wú)沖擊，廣泛采用增量算法。即將n時(shí)刻和n-1時(shí)刻的Y（t）值相減，可得增量算法表達式為

 

 

其中，ΔY（n）為t＝nT_y時(shí)刻輸出電壓增量，故Y（n）可表示為

Y(n)=Y(n－1)+ΔY(n)                          (6-32)

式中 Y（n）——數字移相的輸入控制信號。

 

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