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U_G、有功功率P、無(wú)功功率Q、定子電流I_G、勵(lì)磁電壓U_fd、勵(lì)磁電流I_fd、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

 

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

 

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(diào)節(jié)特性為

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

式中    U_G——發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗；

U_ref ——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

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

式中     Q_G——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U_G（kT），調(diào)節(jié)器對(duì)機(jī)端電壓的設(shè)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(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Q_G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) = K_p[U_G(kT)±δQ_G(kT)－U_ref (kT)]                  (6-28)

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

Q_G（kT）——發(fā)電機(jī)無(wú)功功率的采樣值；

U_ref （kT）——電壓給定值的采樣值；

K_p——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U_G±δQ。當(dāng)δ前取“＋”號(hào)時(shí)，若Q_G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Q_G（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

 

 

式中 Kp ——比例放大系數(shù)；

K₁ ——積分系數(shù)；

K_D——微分系數(shù)。

比例調(diào)節(jié)用以提高AER調(diào)節(jié)靈敏度，K_p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)。K_p、K₁、K_D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

 

 

式中   T_y ——采樣計(jì)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(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

 

 

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(shù)字移相的輸入控制信號(hào)。

 

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