CN112072976A - 一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置，包括：K60硬件平台、交流采样模块、转速转矩传感模块、开关量输入输出模块、晶闸管驱动模块、通信模块、人机接口模块和电源模块。能够使调相机灵活的运行在单轴励磁、双轴励磁以及正负交变励磁工况下，突破最小励磁电流为零的限制，通过反向励磁使调相机获得与迟相过载能力相当的短时进相能力，大幅提高单位装机的过电压抑制效果，解决双轴励磁调相机在反向励磁工况下的失步和功率剧烈波动的问题。
Description
技术领域
本申请涉及发电机励磁控制领域，具体涉及一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置。
背景技术
传统调相机或发电机进相能力受最小励磁电流为零的限制，其最大短时进相能力完全取决于本体的电抗参数，远远小于迟相过载能力，对抑制过电压水平非常不利。如果通过进一步优化调相机参数的方法提升其进相能力，则必将引起造价的大幅上升且效果有限。而双轴励磁调相机及其控制技术能够使调相机灵活的运行在单轴励磁、双轴励磁以及正负交变励磁工况下，突破最小励磁电流为零的限制，通过反向励磁使调相机获得与迟相过载能力相当的短时进相能力，大幅提高单位装机的过电压抑制效果，有效提升调相机的投资收益。
双轴励磁调相机在系统过电压工况下可通过反向励磁获得与迟相过载能力相当的短时进相能力，然而随着励磁电流变为负值，电磁转矩由驱动转矩变为制动转矩；若不加以控制，转子将持续减速并进入异步运行，此时调相机有功和无功功率将发生不可控的剧烈振荡。
发明内容
本申请提供一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置，用于解决系统过电压工况下双轴励磁调相机在反向励磁时的失步问题，以及由此带来的有功和无功功率不可控的剧烈振荡问题。
本申请提供一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置，包括：
K60硬件平台，用于开发q轴励磁控制调节器，并提供系统的数据运算和存储；
交流采样模块，通过SPI接口与K60硬件平台相连，用于采集同步调相机定子三相电压、三相电流、励磁电压以及励磁电流；
转速转矩传感模块，通过K60硬件平台的GPIO接口采集脉冲信号，并计算同步调相机功角；
开关量输入输出模块，用于q轴励磁控制调节器外部节点与K60硬件平台的I/O进行信号交互，是实现系统状态监测和控制的外设电路；
晶闸管驱动模块，通过两路MODBUS转换模块，将RS485接口输出的交流信号转换为直流信号；
通信模块，与K60硬件平台通过2路RS232接口与所述q轴励磁控制调节器进行通信；
人机接口模块，与K60硬件平台通过2路网口与q轴励磁控制调节器进行人机交互；
电源模块，用于提供所述控制装置所需的各种电压信号。
优选的，所述K60硬件平台，采用飞思卡尔K60处理器，用于提高系统的实时处理能力。
优选的，交流采样模块的功能，还包括：
定子三相电压和电流，经电压转换、滤波、限幅环节后转换为0-5V交流信号，进入AD采样芯片；
励磁电压、励磁电流，采用直流隔离变送器采集直流量，经过限幅后进入AD采样芯片。
优选的，还包括：
q轴励磁控制调节器外扩一片高性能采样芯片，所述芯片通过SPI接口与K60硬件平台通信，用于保证采样数据的同步性。
优选的，所述高性能采样芯片，具体的型号为AD7606，为16位、8通道同步采样模数数据采集系统。
优选的，所述晶闸管驱动模块，输出的直流信号，具体的为0-5V直流信号。
优选的，所述开关量输入输出模块，各预留2路用于开关量的输入和输出。
本申请提供一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置，能够使调相机灵活的运行在单轴励磁、双轴励磁以及正负交变励磁工况下，突破最小励磁电流为零的限制，通过反向励磁使调相机获得与迟相过载能力相当的短时进相能力，大幅提高单位装机的过电压抑制效果，解决解决系统过电压工况下双轴励磁调相机在反向励磁时的失步问题，以及由此带来的有功和无功功率不可控的剧烈振荡问题。
附图说明
图1是本申请提供的双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置硬件模块示意图；
图2是本申请提供的双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置逻辑控制图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
图1是本申请提供的双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置硬件模块示意图，图1提供的控制装置包括：K60硬件平台、交流采样模块、转速转矩传感模块、开关量输入输出模块、晶闸管驱动模块、通信模块、人机接口模块和电源模块。
K60硬件平台，用于开发q轴励磁控制调节器，并提供系统的数据运算和存储；K60硬件平台，采用飞思卡尔K60处理器，用于提高系统的实时处理能力飞思卡尔K60处理器具有很快的计算速度，内核采用cortex-M4F内置DSP核，外扩1MB RAM，8MB SPI Flash，能够满足系统的数据运算和存储，主频最高可到150MHz，极大地提高了系统的实时处理能力。
交流采样模块，通过SPI接口(串行外设接口)与K60硬件平台相连，用于采集同步调相机定子三相电压、三相电流、励磁电压以及励磁电流；定子三相电压和电流，经电压转换、滤波、限幅等环节后转换为0-5V交流信号，进入AD采样芯片。励磁电压、励磁电流，采用直流隔离变送器采集直流量，经过限幅后进入AD采样芯片。q轴励磁控制调节器外扩一片高性能采样芯片，所述芯片通过SPI接口与K60硬件平台通信，用于保证采样数据的同步性。所述高性能采样芯片，具体的型号为AD7606，为16位、8通道同步采样模数数据采集系统(DAS)。采集系统(DAS)内置模拟输入箝位保护、二阶抗混叠滤波器、采样保持放大器、16位电荷再分配逐次逼近模数转换器(ADC)、灵活的数字滤波器、2.5V基准电压源、基准电压缓冲以及高速串行和并行接口。
转速转矩传感模块，通过K60硬件平台的GPIO接口采集脉冲信号，并计算同步调相机功角。
开关量输入输出模块，用于q轴励磁控制调节器外部节点与K60硬件平台的I/O进行信号交互，是实现系统状态监测和控制的外设电路；各预留2路用于开关量的输入和输出。
晶闸管驱动模块，通过两路MODBUS(串行通信协议)转换模块，将RS485接口输出的交流信号转换为直流信号；晶闸管驱动模块要求输出0-5V直流信号，采用两路MODBUS转直流模块，通过MODBUS规约输出0-5V直流信号。
通信模块，与K60硬件平台通过2路RS232接口与所述q轴励磁控制调节器进行通信。
人机接口模块，与K60硬件平台通过2路网口与q轴励磁控制调节器进行人机交互。
电源模块，用于提供所述控制装置所需的各种电压信号，包括+24V、+5V、+3.3V、+2.5V等电压信号，满足装置测量、控制和保护电源需求。
具体应用实施例如下：
如图1所示，本申请提供的一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置，包括：K60硬件平台，具备SPI、GPIO、RS232、RS485、网口等硬件接口。其控制流程如图2所示。
交流采样模块，由交流采集模块和直流采集模块组成。交流采集模块采集调相机三相机端电压、三相机端电流，机端电压经过PT把输入电压信号220V转换为电流信号，在输入端串入电阻，使得输入端和输出端电流为2mA左右，在输出端并联电阻，将电流信号转换为电压信号，幅值在0-5V之间。三相机端电流采样原理与三相机端电压采样原理相同，机端电流经CT转换后输出为2.5mA的电流，在输出端并联电阻，讲信号转换为0-5V电压信号，送入交流采样模块。励磁电压为0-25V直流信号，励磁电流为0-30A直流信号，经直流变送器后，励磁电压、励磁电流转换成0-5V信号，送入交流交流采样模块。
转速转矩模块，q轴励磁控制装置有4路转速转矩传感器接口，4路接口采用直流5V光耦隔离后，送入K60硬件平台计算同步调相机功角。
开关量输入输出模块，q轴励磁控制装置有2路开关量输入接口通道，接口电路采用直流24V光耦隔离输入。2路开关量输出接口通道，经过装置内部的直流24V光耦隔离后启动继电器，通过继电器的节点输出。
晶闸管驱动模块，晶闸管驱动模块输出0-5V直流信号驱动晶闸管控制电路，采用2路MODBUS转直流模块，通过编写MODBUS规约实现直流信号输出。
通信模块，q轴励磁控制装置设计2路RS232通信接口、2路网口，实现与d轴励磁调节器通信以及人机交互。
电源模块，提供装置所需+24V、+5V、+3.3V、+2.5V等电压信号，满足装置测量、控制和保护电源需求。
本申请的控制装置设置有q轴励磁控制装置，能够使调相机灵活的运行在单轴励磁、双轴励磁以及正负交变励磁工况下，突破最小励磁电流为零的限制，通过反向励磁使调相机获得与迟相过载能力相当的短时进相能力，大幅提高单位装机的过电压抑制效果，解决系统过电压工况下双轴励磁调相机在反向励磁时的失步问题，以及由此带来的有功和无功功率不可控的剧烈振荡问题。
最后应该说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种双轴励磁调相机的q轴励磁控制装置，其特点在于，包括：
K60硬件平台，用于开发q轴励磁控制调节器，并提供系统的数据运算和存储；
交流采样模块，通过SPI接口与K60硬件平台相连，用于采集同步调相机定子三相电压、三相电流、励磁电压以及励磁电流；
转速转矩传感模块，通过K60硬件平台的GPIO接口采集脉冲信号，并计算同步调相机功角；
开关量输入输出模块，用于q轴励磁控制调节器外部节点与K60硬件平台的I/O进行信号交互，是实现系统状态监测和控制的外设电路；
晶闸管驱动模块，通过两路MODBUS转换模块，将RS485接口输出的交流信号转换为直流信号；
通信模块，与K60硬件平台通过2路RS232接口与所述q轴励磁控制调节器进行通信；
人机接口模块，与K60硬件平台通过2路网口与q轴励磁控制调节器进行人机交互；
电源模块，用于提供所述控制装置所需的各种电压信号。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述K60硬件平台，采用飞思卡尔K60处理器，用于提高系统的实时处理能力。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，交流采样模块的功能，还包括：
定子三相电压和电流，经电压转换、滤波、限幅环节后转换为0-5V交流信号，进入AD采样芯片；
励磁电压、励磁电流，采用直流隔离变送器采集直流量，经过限幅后进入AD采样芯片。
4.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，还包括：
q轴励磁控制调节器外扩一片高性能采样芯片，所述芯片通过SPI接口与K60硬件平台通信，用于保证采样数据的同步性。
5.根据权利要求4所述的控制装置，其特征在于，所述高性能采样芯片，具体的型号为AD7606，为16位、8通道同步采样模数数据采集系统。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述晶闸管驱动模块，输出的直流信号，具体的为0-5V直流信号。
7.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，所述开关量输入输出模块，各预留2路用于开关量的输入和输出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201211 |