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發(fā)電機(jī)電氣量測(cè)量和電壓調(diào)節(jié)計(jì)算
發(fā)布時(shí)間:2022-10-08 22:28:21  ▏閱讀:

 

 

新聞主題

發(fā)電機(jī)電氣量測(cè)量和電壓調(diào)節(jié)計(jì)算

 

AER工作過(guò)程中,需將發(fā)電機(jī)的各種電氣量轉(zhuǎn)換成微機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量,不僅調(diào)節(jié)控制計(jì)算時(shí)要采用,限制程序中同樣要采用。因此,電壓調(diào)節(jié)計(jì)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(shù)字量。被采集的電氣量有機(jī)端電壓UG、有功功率P、無(wú)功功率Q、定子電流IG、勵(lì)磁電壓Ufd、勵(lì)磁電流Ifd、發(fā)電機(jī)頻率f(空載時(shí)反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速)、勵(lì)磁變低壓側(cè)電流。

 

一、電氣量測(cè)量

 

1.發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測(cè)量

 

發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測(cè)量要求有較高的測(cè)量精度,因?yàn)槠涫莿?lì)磁調(diào)節(jié)的最重要依據(jù),應(yīng)當(dāng)采用交流采樣方式實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的原因,電動(dòng)勢(shì)中存在各種諧波,可以在采樣電路的交流側(cè)配備級(jí)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(shù)取用高位數(shù)的。在電壓有效值計(jì)算程序中,采用濾波效果好的計(jì)算方法濾除低次諧波,提高測(cè)量精度。

通過(guò)電壓互感器TV1(專用電壓互感器)、TV2(儀用電壓互感器)可測(cè)量機(jī)端電壓。采用兩只電壓互感器的目的是防止專用電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷引起AER誤強(qiáng)勵(lì)。

機(jī)端電壓測(cè)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(jī)可識(shí)別的數(shù)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(shù)字量后,取出正序電壓,再進(jìn)行數(shù)字濾波獲得微機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量。采用發(fā)電機(jī)的正序電壓反映機(jī)端電壓可提高系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)AER的檢測(cè)靈敏度。

 

發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測(cè)量示意圖.png

發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測(cè)量示意圖

 

2.定子電流測(cè)量

 

定子電流數(shù)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(cè)量三相電流。

 

3.有功功率和無(wú)功功率的測(cè)量

 

在AER中,有功功率和無(wú)功功率測(cè)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(shù)字量;

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

 

4.勵(lì)磁電流測(cè)量

 

勵(lì)磁電流可通過(guò)接在勵(lì)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(cè)得勵(lì)磁電流。在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中,由于橋式整流電路兩側(cè)的電流具有一定的比例關(guān)系,因此,測(cè)量整流電路交流側(cè)電流可以推算出直流側(cè)的轉(zhuǎn)子電流,即測(cè)量勵(lì)磁變低壓側(cè)電流(圖6-33中TA2的二次電流)來(lái)反映勵(lì)磁電流。

 

無(wú)刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁原理圖.png

無(wú)刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁原理圖

 

二、發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)計(jì)算

 

電壓調(diào)節(jié)計(jì)算主要由采樣、調(diào)差計(jì)算、測(cè)量比較、PID計(jì)算等組成。其中采樣計(jì)算就可獲得有關(guān)發(fā)電機(jī)的各種電氣量,供電壓調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)使用。

 

1.調(diào)差計(jì)算(調(diào)差環(huán)節(jié))

 

將電壓測(cè)量值UG與整定值Uref直接比較,得到電壓差值ΔUG,即無(wú)差調(diào)節(jié)特性為

ΔUG = K1(UG-Uref)                              (6-25)

式中    UG——發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗;

Uref ——發(fā)電機(jī)電壓給定值;

K1  ——比例系數(shù)K1<0。

當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于整定值時(shí),輸出將是一個(gè)負(fù)的電壓差值。

考慮調(diào)差系數(shù)的有差特性為

ΔUG = K1(UG+δQG-Uref )                           (6-26)

式中     QG——發(fā)電機(jī)機(jī)端無(wú)功功率測(cè)量值;

δ——發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)。

其他參數(shù)同式(6-25)。

經(jīng)數(shù)值采樣后機(jī)端電壓的數(shù)字表達(dá)為UG(kT),調(diào)節(jié)器對(duì)機(jī)端電壓的設(shè)定值為Uref(kT)。

無(wú)差特性為

ΔU(kT) = Kp[UG (kT)-Uref(kT)]                       (6-27)

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

ΔU(kT) = Kp[UG(kT)±δQG(kT)-Uref (kT)]                  (6-28)

式中     UG(kT)——發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓采樣值;

QG(kT)——發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的采樣值;

Uref (kT)——電壓給定值的采樣值;

Kp——勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù);

   δ——調(diào)差系數(shù)。

從式(6-28)可以看出,考慮調(diào)差系數(shù)后,測(cè)量比較的電壓為UG±δQ。當(dāng)δ前取“+”號(hào)時(shí),若QG增加,測(cè)量比較的輸入電壓比機(jī)端電壓給定值要高,則調(diào)節(jié)器將減少勵(lì)磁,使調(diào)差特性下傾即正調(diào)差;若取“-”號(hào),則使測(cè)量比較的電壓比機(jī)端電壓設(shè)定值低,調(diào)節(jié)器將加大勵(lì)磁,使電壓升高,結(jié)果是調(diào)差特性上翹即負(fù)調(diào)差。

當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出無(wú)功功率QG(電流)變化時(shí),其變化量乘以調(diào)差系數(shù)δ,相應(yīng)影響測(cè)量比較的結(jié)果,由此影響發(fā)電機(jī)電壓的相對(duì)變化。

 

2.PID調(diào)節(jié)計(jì)算

 

PID計(jì)算環(huán)節(jié)輸入的是偏差信號(hào)電壓ΔU(n),輸出的是信號(hào)電壓Y(n)。PID計(jì)算就是比例、積分、微分運(yùn)算,在模擬式控制裝置中,PID的調(diào)節(jié)規(guī)律為

 

PID的調(diào)節(jié)規(guī)律公式-柴油發(fā)電機(jī)組.png

 

式中 Kp ——比例放大系數(shù);

K1 ——積分系數(shù);

KD——微分系數(shù)。

比例調(diào)節(jié)用以提高AER調(diào)節(jié)靈敏度,Kp愈大,AER靈敏度愈高;積分調(diào)節(jié)用以提高調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)結(jié)果使ΔU(t)更小,即機(jī)端電壓更趨近給定電壓,當(dāng)然增大K1可進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)精度;微分調(diào)節(jié)可提高調(diào)節(jié)速度,特別在機(jī)端電壓發(fā)生突變時(shí),可使AER快速作出反應(yīng)。Kp、K1、KD系數(shù)的選擇,應(yīng)保證AER穩(wěn)定運(yùn)行,并處最佳匹配狀態(tài)。在數(shù)字式AER中,可在線(發(fā)電機(jī)空載時(shí))修改參數(shù)。

用離散采樣值計(jì)算時(shí),差分方程為

 

差分方程公式-柴油發(fā)電機(jī)組.png

 

式中   Ty ——采樣計(jì)算周期;

ΔU(n)—— t=nTy,時(shí)刻偏差電壓ΔU(t)采樣值;

ΔU(k)—— t=kTy,時(shí)刻偏差電壓ΔU(t)采樣值;

Y(n)—— t=nTy,時(shí)刻PID計(jì)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(diào)節(jié)平穩(wěn)、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(dá)式為

 

增量算法公式-柴油發(fā)電機(jī)組3.png

 

其中,ΔY(n)為t=nTy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(shù)字移相的輸入控制信號(hào)。

 


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