[发明专利]全数字式非线性励磁控制装置

说明书

本发明属自动控制设备和计算机应用领域。

励磁控制装置是实时控制发电机励磁的一种自动控制设备。

目前使用的励磁控制装置有模拟式和微机式两种。它们一般包括下面几部分：信号输入、滤波、处理和输出。它们的不同点在于处理部分：微机式的利用计算机进行信号的处理，模拟式的利用运算放大器等模拟器件进行信号的处理。其它三部分都采用模拟式器件来完成。其不足之点主要有：

第一：信号采集部分用模拟式变送器。模拟式变送器的采用，既降低了精度、响应速度又降低了整个装置的可靠性。

第二：移相脉冲的产生，采用锁相环原理的硬件实现。这样就进一步降低了整个装置的可靠性。

第三：已有控制器，其控制规律都是线性反馈，是基于某一平衡点处近似线性化的数学模型求得的。因此，实际运行状态点离开设计中选定的平衡点愈远，控制效果就愈弱。在大干扰下，甚至会起负作用。

第四：反馈增益表达式中，不仅包含本机组参数，还包含网络参数。因而，当网络结构改变时控制的效果会恶化。

第五：在线性控制规律中，还不得不忽略机组间互相作用，故控制结果难以达到机组间的协调。

例如美国GE公司的加拿大分公司生产的SILC05型数字控制静态励磁系统，信号采集部分用模拟式变送器，移相脉冲电路采用锁相环，控制规律采用线性反馈。响应时间150毫秒，每套售价15万元人民币。

本发明的目的是应用最新控制理论和单片机新技术，研制新型全数字化非线性励磁控制装置，以满足现代电力系统的发展，对大、中型发电机励磁控制提出的愈来愈高的要求，达到显著改善电力系统运行的稳定性、静态和动态品质的目的。

本发明的内容是全数字式非线性励磁控制装置，由四个部分组成，第一部分是数据采集，第二部分参量计算，第三部分是控制规律实现和脉冲输出，第四部分是信号显示、图形输出和控制规律选择。数据采集部分包括：采样保持器、多路开关和A/D转换器，其作用是将来自发电机端的模拟信号转换为数字信号。参量计算部分以CPU-1为核心，还包括数据存储器RAM、程序存储器EPROM和数据共享区，其作用是根据数据采集部分来的信号计算出电压、电流、有功功率和无功功率以及频率，并把计算出来的结果存放到数据共享区中。第三部分控制规律实现和脉冲输出以CPU-2为核心，还包括数据存储器RAM和程序存储器EPROM，其作用是从数据共享区中取出第二部分计算出的参量和第四部分传送过来的经选择的控制方式信息，实现所选择的控制规律，并利用CPU本身的六个高速输出口，按照同步信号的时序，发出六相移相脉冲。脉冲经放大以后便可以直接控制全控桥中的可控硅控制极，以实现控制电机励磁的目的。第四部分信号显示、图形输出和控制规律选择以CPU-3为核心，还包括数据存储器RAM、程序存储器EPROM、数字显示仪、绘图仪和控制规律选择开关。其作用是从数据共享区中取出第二部分算出的参量，通过数码管显示，并通过并行口输出给绘图仪。通过扫描控制规律选择开关，将选中的控制方式信息通过CPU-3存放到数据共享区中。

本发明是一套完整的以MCS-96单片机系统为硬件主体，具有非线性分散协调控制规律的发电机励磁控制装置，它具有以下的特点和效果：

1.硬件由MCS-96单片机系统组成。

2.采用交流采样方法，在信号采集环节中取消了模拟式变送器，移相触发脉冲由CPU快速口输出，这样就实现了完全的数字化。

3.全系统由三个单片机系统组成，加快了控制装置的响应速度（达20毫秒左右），并且具有硬软件抗干扰体系。

4.本发明首次应用非线性控制系统微分几何结构理论，实现非线性控制规律。其效果是：①考虑了电力系统非线性特性，不仅能有效地改善电力系统小干扰稳定性，而且能最大限度地提高电力系统大干扰稳定性和事故后的动态响应。②达到了各发电机间状态反馈解耦，因而解决了电力系统分散控制的难题。③控制规律表达式中不显含电力网络参数，因而使之对网络结构和参数的变化，具有完全的鲁棒性。

5.除上述非线性控制规律外，还有三种控制规律可供选择，即①发电机端电压偏差的比例-积分-微分控制规律（简称PID）;②电力系统稳定器（简称PSS）;③线性最优励磁控制规律（简称LOEC）。

附图说明：

图1是已有技术原理框图。

图2是本发明原理框图。