CN101303395B - 同步发电机的逆软仪表 - Google Patents

Abstract

同步发电机的逆软仪表是一种可在线实时测量同步发电机中关键待测变量的逆软仪表，适用于电力系统的高性能监控系统和控制器设计，该装置由逆运算器(41)、第一微分器(421)、第二微分器(422)、第三微分器(423)组成；逆运算器(41)的输入端(B1～B9)分别接同步发电机(1)的第一输出端(A1)、第一微分器(421)的输出端、同步发电机(1)的第二输出端(A2)、第二微分器(422)的输出端、同步发电机(1)的第三输出端(A3)、第三微分器(423)的输出端、同步发电机(1)的第四、五、六输出端(A4、A5、A6)；逆运算器(41)的输出(B10、B11、B12、B13、B14)分别为待测的同步发电机(1)的d轴电流分量、q轴电流分量、q轴暂态电势、d轴暂态电势和功角。

Description

同步发电机的逆软仪表

技术领域

本发明是一种用于在线实时测量同步发电机中一些关键待测变量的逆软仪表，其中的关键待测变量包括同步发电机中所有难以直接在线实时测量的变量，即d轴电流分量、q轴电流分量、q轴暂态电势、d轴暂态电势和功角，属于电力系统测量的技术领域。

背景技术

同步发电机是电力系统中最重要、最复杂的元件之一，由于技术或经济上的原因，同步发电机中有一些变量，如d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ，目前尚难以通过传感器直接在线实时测量。然而，在线实时测量这些变量对于电力系统的暂态稳定监控却又具有重要意义，也是许多控制策略能够实际应用的重要前提。

为实现上述变量的在线实时测量，通常有两种方法：一种是直接测量法，如通过在同步发电机转子上安装特定的装置(光码器、气隙传感器等)直接测量功角，这类方法的缺点是需要对同步发电机的本体进行改动，会影响实际同步发电机的性能，同时费用较高，应用较麻烦；另一种是间接测量法，即基于特定的同步发电机模型和一些直接可测变量(主要是同步发电机机端的一些变量，如机端电压、机端电流等)计算或估计出待测变量。目前已有的间接测量方法大都针对较简单的同步发电机模型(如经典3阶模型)，或仅能够实现稳态值的估计。对于较复杂的同步发电机模型(如实用4阶模型)，目前尚无针对性的间接测量方法。

为了进一步提高同步发电机中待测变量(特别是d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ这5个关键待测变量)的在线实时测量精度，同时又在费用上经济，在应用上简便，需要设计针对较复杂同步发电机模型(如实用4阶模型)描述的同步发电机中关键待测变量的间接测量装置，以满足电力系统高性能监控系统和控制器的设计需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种可在线实时测量同步发电机中一些关键待测变量(包括d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ)的同步发电机逆软仪表。

技术方案：本发明是一种同步发电机的逆软仪表，该逆软仪表的输入为同步发电机的1个直接可测输入变量，即励磁输入E_f，以及5个直接可测输出变量，即有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U和无功功率Q_t；输出为同步发电机的5个关键待测变量，分别为d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ；逆软仪表由逆运算器、第一微分器、第二微分器、第三微分器组成，其中，逆运算器的第一个输入端以及第一微分器的输入端接同步发电机的第一个输出端，第二个输入端接第一微分器的输出端，第三个输入端以及第二微分器的输入端接同步发电机的第二个输出端，第四个输入端接第二微分器的输出端，第五个输入端以及第三微分器的输入端接同步发电机的第三个输出端，第六个输入端接第三微分器的输出端，第七个输入端接同步发电机的第四个输出端，第八个输入端接同步发电机的第五个输出端，第九个输入端接同步发电机的输入端，逆运算器的5个输出即为逆软仪表的5个输出，分别为：d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ。

逆软仪表采用数字信号处理器即DSP控制器及其外围设备实现；第一微分器、第二微分器、第三微分器通过一阶数值微分运算实现；逆运算器通过逆软测量运算子程序实现；有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U、无功功率Q_t和励磁输入E_f通过AD转换器转换成相应的数字量，并以中断方式读入DSP控制器，DSP控制器对读入的数字量进行一阶数值微分运算，获得有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f的导数，即

然后，DSP控制器进行逆软测量运算，得到d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ的数值，并通过输出显示单元显示输出。

DSP控制器中包括主程序和两个中断服务程序；

DSP主程序先进行初始化，然后进入数据显示和故障诊断的循环；如果接收到主程序结束命令，则结束主程序；在主程序数据显示和故障诊断期间，按一定时间间隔运行逆软测量中断服务程序；同时，在主程序数据显示和故障诊断期间，如果出现命令或保护故障，则运行异常中断服务程序；

逆软测量中断服务程序的处理流程为：首先对主程序进行现场保护，再通过AD转换器(51)采集有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U、无功功率Q_t和励磁输入E_f，接下来运行一阶数值微分运算程序，获得有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f的导数，即

然后运行逆软测量运算程序，得到d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ的数值，并把运算结果输出到显示单元的存储器中，最后恢复现场并返回主程序。

可在线实时测量同步发电机中一些关键待测变量的逆软仪表的实现方法是：首先，确定同步发电机中在线直接可测的变量(包括同步发电机的励磁输入E_f、有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、电压相角θ_U和无功功率Q_t)和关键待测变量(包括同步发电机的d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ)；然后，基于同步发电机的数学模型建立内含传感器的数学模型(该内含传感器是一个假想的传感器，其输入量与输出量之间满足同步发电机数学模型所确定的变量约束关系)；接着，建立内含传感器的逆模型(即内含传感器逆)；最后，基于内含传感器逆实现逆软仪表，并将逆软仪表串接在同步发电机之后，实现对关键待测变量的在线实时测量。

有益效果：本发明的原理是通过构造同步发电机的逆软仪表，并将其串接在同步发电机之后，实现对难以用传感器在线实时测量的关键待测变量(包括d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ)的在线实时测量。它基于同步发电机的严格的数学模型，经过严格的数学推导得到逆软仪表，所设计的逆软仪表具有较高的精度和很好的实用价值。

本发明的优点在于：

a.所设计的逆软仪表基于同步发电机较复杂的实用4阶模型进行严格推导后获得，可充分反映实际同步发电机的非线性和动态特征，具有较高的精度。

b.所设计的逆软仪表所需的输入信号均为实际工程中容易获得的本地直接可测变量，逆软仪表本身通过附加的软硬件实现，不需要对同步发电机本体进行任何改动，实现费用低，安全可靠，易于工程实现。

本发明可用于同步发电机中关键待测变量的在线实时测量，对提高电力系统的监控水平、设计高性能的控制器具有重要意义，应用前景十分广阔。

附图说明

图1是同步发电机1的输入变量、直接可测的输出量及关键待测变量示意图。该同步发电机1的输入变量是励磁输入E_f；直接可测的输出量包括有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、电压相角θ_U和无功功率Q_t；关键待测变量包括d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ。

图2是同步发电机1的内含传感器2的示意图。内含传感器2的输入量包括关键待测变量I_d、I_q、E′_q、E′_d、δ，关键待测变量I_d、I_q的导数

及励磁输入E_f，输出量包括P_t、I_t、I_f、θ_U、Q_t，直接可测变量P_t、I_t、I_f的导数

图3是由内含传感器2与内含传感器逆3组成的软测量原理图。内含传感器逆3的输入是P_t、I_t、I_f、θ_U、Q_t、

及E_f，输出是I_d、I_q、E′_q、E′_d、δ、及

图4是逆软仪表4的具体结构图及逆软仪表4与同步发电机1的串接关系。其中有逆运算器41、第一微分器421、第二微分器422、第三微分器423。

图5是采用DSP控制器5作为逆软仪表4的本发明装置组成示意图。其中有无功功率传感器6、电压相角传感器7、励磁电流传感器8、机端电流传感器9、有功功率传感器10、励磁输入传感器11，AD转换器51和输出显示单元52。

图6是采用DSP控制器5作为逆软仪表4实现本发明的系统流程框图。

具体实施方式

首先确定直接可测的输出量与关键待测变量；然后建立同步发电机内含传感器的模型；接着建立内含传感器的逆模型(即内含传感器逆)；最后，基于内含传感器逆实现逆软仪表，并将逆软仪表串接在同步发电机之后，实现对关键待测变量(d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ)的在线实时测量。

逆软仪表的具体实施分为以下4步：

1确定同步发电机直接可测的输出变量与关键待测变量。

同步发电机的数学模型(实用4阶模型)为：

$\stackrel{\·}{\mathrm{\δ}}=\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0---(1-1)$

$\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}=\frac{{\mathrm{\ω}}_0}{H}\{P_{m0}-[E_q^{\′}{I}_q+E_d^{\′}{I}_d-(x_d^{\′}-x_q^{\′})I_d{I}_q]-\frac{D}{{\mathrm{\ω}}_0}(\mathrm{\ω}-{\mathrm{\ω}}_0)\}---(1-2)$

${\stackrel{\·}{E}}_q^{\′}=\frac{1}{T_{d0}^{\′}}[E_f-E_q^{\′}-(x_d-x_d^{\′})I_d]---(1-3)$

${\stackrel{\·}{E}}_d^{\′}=\frac{1}{T_{q0}^{\′}}[-E_d^{\′}+(x_q-x_q^{\′})I_q]---(1-4)$

$Q_t=E_q^{\′}{I}_d-E_d^{\′}{I}_q-x_q^{\′}{I}_q^2-x_d^{\′}{I}_d^2---(1-5)$

$I_t=\sqrt{I_{\mathrm{di}}^2+I_{\mathrm{qi}}^2}---(1-6)$

$P_t=[E_q^{\′}+(x_q^{\′}-x_d^{\′})I_d]I_q-r_a(I_d^2+I_q^2)+E_d^{\′}{I}_d---(1-7)$

${\mathrm{\θ}}_U=\mathrm{\δ}-\arctan \frac{E_d^{\′}+x_q^{\′}{I}_q-r_a{I}_d}{E_q^{\′}-x_d^{\′}{I}_d-r_a{I}_q}---(1-8)$

$I_f=\frac{1}{x_{\mathrm{ad}}}[E_q^{\′}+(x_d-x_d^{\′})I_d]---(1-9)$

其中，ω₀为同步发电机的同步转速，H为同步发电机的惯性时间常数，P_m0为同步发电机的机械功率，x′_d为同步发电机的d轴暂态电抗，x′_q为同步发电机的q轴暂态电抗，D为同步发电机的阻尼系数，T′_d0为同步发电机的d轴励磁绕组暂态时间常数，x_d为同步发电机的d轴同步电抗，T′_q0为同步发电机的q轴励磁绕组暂态时间常数，x_q为同步发电机的q轴同步电抗，r_a为同步发电机的电枢电阻，x_ad为同步发电机的d轴电枢反应电抗。

同步发电机的输入变量是励磁输入E_f。同时可确定同步发电机直接可测的输出量包括：有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U和无功功率Q_t；关键待测变量包括：d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ(如图1所示)。

2建立同步发电机内含传感器的数学模型。根据式(1-1)～(1-9)所示的同步发电机的数学模型，经过严格的数学推导(具体推导过程省略)，可以得到其内含传感器为(如图2所示)

$P_t=[E_q^{\′}+(x_q^{\′}-x_d^{\′})I_d]I_q-r_a(I_d^2+I_q^2)+E_d^{\′}{I}_d---(2-1)$

$I_t=\sqrt{I_{\mathrm{di}}^2+I_{\mathrm{qi}}^2}---(2-2)$

$I_f=\frac{1}{x_{\mathrm{ad}}}[E_q^{\′}+(x_d-x_d^{\′})I_d]---(2-3)$

${\mathrm{\θ}}_U=\mathrm{\δ}-\arctan \frac{E_d^{\′}+x_q^{\′}{I}_q-r_a{I}_d}{E_q^{\′}-x_d^{\′}{I}_d-r_a{I}_q}---(2-4)$

$Q_t=E_q^{\′}{I}_d-E_d^{\′}{I}_q-x_q^{\′}{I}_q^2-x_d^{\′}{I}_d^2---(2-5)$

${\stackrel{\·}{P}}_t=[E_q^{\′}+(x_q^{\′}-x_d^{\′})I_d]{\stackrel{\·}{I}}_q+(x_q^{\′}-x_d^{\′}){\stackrel{\·}{I}}_d{I}_q-r_a(2I_d{\stackrel{\·}{I}}_d+2I_q{\stackrel{\·}{I}}_q)+E_d^{\′}{\stackrel{\·}{I}}_d$

$+\frac{I_q}{T_{d0}^{\′}}[E_f-E_q^{\′}-(x_d-x_d^{\′})I_d]+\frac{I_d}{T_{q0}^{\′}}[-E_d^{\′}+(x_q-x_q^{\′})I_q]---(2-6)$

${\stackrel{\·}{I}}_t=\frac{1}{I_t}(I_d{\stackrel{\·}{I}}_d+I_q{\stackrel{\·}{I}}_q)---(2-7)$

${\stackrel{\·}{I}}_f=\frac{1}{x_{\mathrm{ad}}}[\frac{1}{T_{d0}^{\′}}[E_f-E_q^{\′}-(x_d-x_d^{\′})I_d]+(x_d-x_d^{\′}){\stackrel{\·}{I}}_d]---(2-8)$

其中，

分别表示P_t、I_t、I_f、I_d、I_q对时间的导数，其余符号的意义与式(1-1)～(1-9)中的相同。

需要说明的是，这一步仅为以下的逆软仪表的构造提供方法上的根据，在本发明的具体实施中，这一步可跳过。

3建立内含传感器的逆模型(即内含传感器逆)。根据反函数存在定理，可以证明式(2-1)～(2-8)所表示的内含传感器是可逆的(详细证明过程省略)，且内含传感器的逆模型(即内含传感器逆)可用如下的非线性函数表示

$I_d=\frac{\mathrm{ac}{p}_2-a^2{p}_0-\mathrm{bc}{p}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-\mathrm{ac}{p}_3-\mathrm{ab}{p}_2}---(3-1)$

$I_q=\frac{x_{\mathrm{ad}}{I}_f{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}-\frac{Q_t+x_d{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2}---(3-2)$

$E_q^{\′}=x_{\mathrm{ad}}{I}_f-(x_d-x_d^{\′})\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2}---(3-3)$

$E_d^{\′}=\left\{\right[(P_t+r_a{I}_t^2)-E_q^{\′}(\frac{x_{\mathrm{ad}}{I}_f{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}-\frac{Q_t+x_d{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1+{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2})$

$+(x_q^{\′}-x_d^{\′})\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2}{I}_q{]}^2+[E_q^{\′}\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2}---(3-4)$

$-Q_t-x_q^{\′}{(\frac{x_{\mathrm{ad}}{I}_f{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}-\frac{Q_t+x_d{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2})}^2$

$-x_d^{\′}{\left(\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2}\right)}^2{]}^2{\}}^{0.5}/I_t$

$\mathrm{\δ}={\mathrm{\θ}}_U+\arctan \left\{\right[E_d^{\′}+x_q^{\′}(\frac{x_{\mathrm{ad}}{I}_f{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}-\frac{Q_t+x_d{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2})$

$-r_a\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2}]/[E_q^{\′}-x_d^{\′}\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2}---(3-5)$

$-r_a(\frac{x_{\mathrm{ad}}{I}_f{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}-\frac{Q_t+x_d{I}_t^2}{P_t+r_a{I}_t^2}\frac{{\mathrm{acp}}_2-a^2{p}_0-{\mathrm{bcp}}_3}{b^2{p}_3+a^2{p}_1-{\mathrm{acp}}_3-{\mathrm{abp}}_2})\left]\right\}$

${\stackrel{\·}{I}}_d=\frac{1}{(x_d-x_d^{\′})}[{\stackrel{\·}{I}}_f{x}_{\mathrm{ad}}-\frac{1}{T_{d0}^{\′}}(E_f-x_{\mathrm{ad}}{I}_f)]---(3-6)$

${\stackrel{\·}{I}}_q=\frac{1}{I_q}{I}_t{\stackrel{\·}{I}}_t-\frac{I_d}{(x_d-x_d^{\′})I_q}[{\stackrel{\·}{I}}_f{x}_{\mathrm{ad}}-\frac{1}{T_{d0}^{\′}}(E_f-x_{\mathrm{ad}}{I}_f)]---(3-7)$

其中，变量a、b、c、P₀、p₁、p₂、P₃仅是为了上述表达式的描述简洁而引入的中间变量，它们分别为：

$a={(P_t+r_a{I}_t^2)}^2+{(Q_t+x_d{I}_t^2)}^2,b=-2x_{\mathrm{ad}}{I}_f{I}_t^2(Q_t+x_d{I}_t^2),$

$c={\left(x_{\mathrm{ad}}{I}_f\right)}^2{I}_t^4-I_t^2{(P_t+r_a{I}_t^2)}^2,$

$p_0=[\frac{E_f-x_{\mathrm{ad}}{I}_f}{T_{d0}^{\′}}-\frac{({\stackrel{\·}{P}}_t+2r_a{\stackrel{\·}{I}}_t{I}_t)x_{\mathrm{ad}}{I}_f}{P_t+r_a{I}_t^2}]I_t^2+x_{\mathrm{ad}}{I}_f{\stackrel{\·}{I}}_t{I}_t-\frac{x_d^{\′}{I}_t^2+Q_t}{x_d-x_d^{\′}}[x_{\mathrm{ad}}{\stackrel{\·}{I}}_f-\frac{E_f-x_{\mathrm{ad}}{I}_f}{T_{d0}^{\′}}],$

$p_1=\frac{Q_t+x_d{I}_t^2}{T_{q0}^{\′}}-(x_d-x_q^{\′}){\stackrel{\·}{I}}_t{I}_t+\frac{(Q_t+x_d{I}_t^2)({\stackrel{\·}{P}}_t+2r_a{\stackrel{\·}{I}}_t{I}_t)}{P_t+r_a{I}_t^2},$

$p_2=[x_{\mathrm{ad}}{\stackrel{\·}{I}}_f-\frac{E_f-x_{\mathrm{ad}}{I}_f}{T_{d0}^{\′}}]\frac{x_d^{\′}-x_q^{\′}}{x_d-x_d^{\′}}-x_{\mathrm{ad}}\frac{I_f}{T_{q0}^{\′}}-\frac{E_f-x_{\mathrm{ad}}{I}_f}{T_{d0}^{\′}},p_3=\frac{x_d-x_q}{T_{q0}^{\′}}.$

将内含传感器逆串接在内含传感器之后，如图3所示。

4逆软仪表的实现。

在式(3-1)～(3-7)所示内含传感器逆的基础上可建立逆软仪表。对于内含传感器逆的输入P_t、I_t、I_f、θ_U、Q_t、

及E_f，其中的P_t、I_t、I_f、θ_U、Q_t及E_f均为直接可测变量，而

可由P_t、I_t、I_f求导获得；对于内含传感器的输出I_d、I_q、E′_q、E′_d、δ、

及

其中的I_d、I_q、E′_q、E′_d、δ为同步发电机的关键待测变量，

则并非关键待测变量，因此在逆软仪表中不需要实现

的软测量。

具体的，逆软仪表的实现结构如图4所示，它由1个用于实现式(3-1)～(3-5)所述的逆运算的逆运算器和3个微分器组成。

将逆软仪表串接在同步发电机之后(如图4所示)，就可实现对关键待测变量(d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ)的在线实时测量。

图5给出了本发明的一种具体实施例的示意图。这里，逆软仪表采用数字信号处理器即DSP控制器及其外围设备实现，具体地，第一微分器、第二微分器、第三微分器通过一阶数值微分运算实现，逆运算器通过逆软测量运算子程序实现。这里的一阶数值微分运算算法是取变量前后两个采样值之差，然后再除以采样时间间隔；逆软测量运算即为式(3-1)～(3-7)所示的内含传感器逆运算。

首先，有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U、无功功率Q_t和励磁输入E_f通过AD转换器转换成相应的数字量，并以中断方式读入DSP控制器；然后，DSP控制器对读入的数字量进行一阶数值微分运算，获得有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f的导数，即

接着，DSP控制器进行逆软测量运算，得到d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ的数值；最后通过输出显示单元，对逆软测量运算得到的数值进行显示输出。

DSP程序包括主程序和两个中断服务程序(逆软测量中断服务程序和异常中断服务程序)。DSP主程序先进行初始化，然后进入数据显示和故障诊断的循环。如果接收到主程序结束命令，则结束主程序。在主程序数据显示和故障诊断期间，按一定时间间隔运行逆软测量中断服务程序，同时如果出现命令或保护故障，则运行异常中断服务程序。逆软测量中断服务程序的处理流程为：首先对主程序进行现场保护，再通过AD转换器采集有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U、无功功率Q_t和励磁输入E_f，接下来运行一阶数值微分运算程序，获得有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f的导数，即

然后运行逆软测量运算程序，得到d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ的数值，并把运算结果输出到显示单元的存储器中，最后恢复现场并返回主程序。具体的系统程序框图如图6所示。

根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (3)

1. 一种同步发电机的逆软仪表，其特征在于该逆软仪表(4)的输入为同步发电机(1)的1个直接可测输入变量，即励磁输入E_f，以及5个直接可测输出变量，即有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U和无功功率Q_t；输出为同步发电机(1)的5个关键待测变量，分别为d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ；逆软仪表(4)由逆运算器(41)、第一微分器(421)、第二微分器(422)、第三微分器(423)组成，其中，逆运算器(41)的第一个输入端(B1)以及第一微分器(421)的输入端接同步发电机(1)的第一个输出端(A1)，第二个输入端(B2)接第一微分器(421)的输出端，第三个输入端(B3)以及第二微分器(422)的输入端接同步发电机(1)的第二个输出端(A2)，第四个输入端(B4)接第二微分器(422)的输出端，第五个输入端(B5)以及第三微分器(423)的输入端接同步发电机(1)的第三个输出端(A3)，第六个输入端(B6)接第三微分器(423)的输出端，第七个输入端(B7)接同步发电机(1)的第四个输出端(A4)，第八个输入端(B8)接同步发电机(1)的第五个输出端(A5)，第九个输入端(B9)接同步发电机(1)的输入端(A6)，逆运算器(41)的5个输出即为逆软仪表(4)的5个输出，分别为：d轴电流分量I_d(B10)、q轴电流分量I_q(B11)、q轴暂态电势E′_q(B12)、d轴暂态电势E′_d(B13)和功角δ(B14)。

2. 根据权利要求1所述的一种同步发电机的逆软仪表，其特征在于逆软仪表(4)采用数字信号处理器即DSP控制器(5)及其外围设备实现；第一微分器(421)、第二微分器(422)、第三微分器(423)通过一阶数值微分运算实现；逆运算器(41)通过逆软测量运算子程序实现；有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U、无功功率Q_t和励磁输入E_f通过AD转换器(51)转换成相应的数字量，并以中断方式读入DSP控制器(5)，DSP控制器(5)对读入的数字量进行一阶数值微分运算，获得有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f的导数，即

然后，DSP控制器(5)进行逆软测量运算，得到d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ的数值，并通过输出显示单元(52)显示输出。

3. 根据权利要求2所述的一种同步发电机的逆软仪表，其特征在于DSP控制器(5)中包括主程序和两个中断服务程序；

DSP主程序先进行初始化，然后进入数据显示和故障诊断的循环；如果接收到主程序结束命令，则结束主程序；在主程序数据显示和故障诊断期间，按一定时间间隔运行逆软测量中断服务程序；同时，在主程序数据显示和故障诊断期间，如果出现命令或保护故障，则运行异常中断服务程序；

逆软测量中断服务程序的处理流程为：首先对主程序进行现场保护，再通过AD转换器(51)采集有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f、机端相角θ_U、无功功率Q_t和励磁输入E_f，接下来运行一阶数值微分运算程序，获得有功功率P_t、机端电流I_t、励磁电流I_f的导数，即

然后运行逆软测量运算程序，得到d轴电流分量I_d、q轴电流分量I_q、q轴暂态电势E′_q、d轴暂态电势E′_d和功角δ的数值，并把运算结果输出到显示单元(52)的存储器中，最后恢复现场并返回主程序。

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