CN114629400B - 一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法，记录当前发电机机端电压以及起励流程的起始时刻，控制全控整流桥6桥臂全部导通，并维持在导通状态，自起励时刻起1秒后再次记录发电机机端电压，发电机机端电压升高小于0.006倍额定电压，则投入初励电源；否则继续维持整流桥全导通状态并判断4秒内发电机机端电压是否达到0.08倍额定电压，再进一步判断是否投入初励电源。本发明可以有效提高起励的可靠性，本发明可以较大的概率建立初始阳极电压，保障发电机顺利起励建压。其次尽量减少初励电源的投入，延长控制初励电源的接触器使用寿命。

Description

一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法
技术领域
本发明属于自动控制领域，具体涉及一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法，适用于采用自并励接线方式的励磁系统。
背景技术
三相全控整流桥的输入电压和输出电压的关系可以表示为：
Figure 523637DEST_PATH_IMAGE001
，如图1所示，其中，/>
Figure 881937DEST_PATH_IMAGE002
是整流桥控制角，Uin是输入的阳极电压有效值，Uout是整流桥输出电压。
如图2所示，励磁系统一般通过硬件电路将阳极电压或机端电压的正弦波整形调制成方波信号，上升沿对应正弦波的上升过零点，在方波信号上升沿触发的同步中断中设置控制角中断。
两次同步中断的时间差就是正弦波周期T，控制角
Figure 88927DEST_PATH_IMAGE002
对应的中断延时/>
Figure 405639DEST_PATH_IMAGE003
为
Figure 796782DEST_PATH_IMAGE004
，为了保证控制器有足够的延时完成中断服务程序，最小控制角/>
Figure 489931DEST_PATH_IMAGE002
不能为0，一般在5~15°。最大控制角大于等于90°，小于180°，一般设置为120°。
励磁系统输出到晶闸管的触发脉冲可以采用图3（a）所示的双窄脉冲，也可以采用图3（b）所示的120°宽脉冲。使用双窄脉冲，脉冲功率小，可以选用容量较小的脉冲变压器。使用宽脉冲可以正常控制的控制角范围更大。
如图4所示，机端电压通过励磁变压器降压后作为整流桥阳极电源称为自并励接线方式，这样提高机端电压时，整流桥阳极电压也随之提高，输出的励磁电压也得到提高，这种正反馈特性使得自并励系统响应迅速，成为目前励磁系统的主流接线方式。
起励流程开始前的机端电压称为残压。
整流桥6桥臂全导通时，等同于二极管整流桥，此时输出电压最大，相当于
Figure 817007DEST_PATH_IMAGE002
=0°，而且整流桥控制与同步信号无关。如果发电机剩磁足够大，即发电机残压足够高，在此阶段保持整流桥6桥臂全导通还是可以提高发电机机端电压和阳极电压到可以实现正常励磁控制的水平。
在起励初始阶段，因为发电机机端残压极低，触发脉冲打开桥臂晶闸管后将因为电流过小而无法保持导通状态，整流桥无法有效输出以提高发电机机端电压。此阶段一般投入初励电源提高励磁电压，进而将发电机机端电压抬高到一定程度，使得整流桥桥臂电流不小于保证晶闸管导通的最小电流，整流桥可以有效输出，此时的机端电压称为初励退出电压，此时的阳极电压称为初始阳极电压。给定值设置范围的下限一般略高于初励退出电压。如果初励电源故障，励磁系统的整流桥会因为阳极电压过低无法正常工作，导致起励失败。
起励阶段也可在起励初始阶段给整流桥各桥臂控制端输入高电平，而非常规的触发脉冲，使各桥臂保持全导通状态，在发电机残压足够高时可以在不投入初励电源的情况下建立初始阳极电压。但如果发电机组停机时间过长，或者因为检修消除了发电机转子剩磁，均可能造成起励时阳极电压过低，励磁系统将无法通过整流桥全导通的方式抬高发电机电压。此时投入整流桥全导通功能没有任何效果。
初励电源如图5所示，是并联于转子绕组的直流电源，可以直接采用直流电源，也可以使用交流电源整流得到。在自并励接线方式的励磁系统中，起励流程的起始阶段阳极电压低于初始阳极电压，即使在最小控制角下也无法维持保证晶闸管导通的最小电流，输出的励磁电压基本为0。此时接入初励电源，在转子绕组两端叠加一个直流电压可以提高机端电压，进而抬高整流桥阳极电压，保证整流桥能够正常工作。当机端电压持续提高到一定阶段，可以退出初励电源，此时整流桥阳极电压足以保证整流桥续流，可以正常工作。
励磁系统如果采用图6所示的同步信号整形电路，输入电压达到阈值后输出信号才能由低电平转为高电平。
这种同步整形电路中输入电压幅值对于同步相位有一定影响，尤其是低电压下，相位滞后较大，如图7所示。励磁系统大多数情况下工作在高电压下，所以软件补偿T1’即可保证输出与理论一致。但在起励流程的初始阶段，输入电压较低，T1’<T2’，输出会因为同步相位补偿不足造成整流桥输出电压小于理论值。
励磁控制一般采用PID控制，如图10所示，是一个典型的串联PID控制传递函数。其中U为当前发电机机端电压测量值，Ref是给定值，即控制目标，T11<T12，(1+sT11)/(1+sT12)是一个微分环节，T13>T14，(1+sT13)/(1+sT14)是一个微分环节，K是增益。闭环控制时电压与给定值之间的偏差经过PID环节得到控制量，控制量限幅之后经过反余弦环节得到控制角，控制角限幅之后转为发脉冲控制整流桥触输出。限幅指将结果与限幅范围比较，如果大于最大值则输出最大值，小于最小值则输出最小值，结果在最大值与最小值之间则不变。开环控制指跳过PID控制结果，直接指定控制角，此时电压与给定值之间的偏差与控制角无关。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法。结合初励电源和整流桥全导通功能提高起励的可靠性，在初励电源故障时整流桥全导通控制可以作为一种应急手段，有较大的概率建立初始阳极电压。其次尽量减少初励电源的投入，延长控制初励电源的接触器使用寿命。最后如果发电机剩磁过低，即发电机机端残压过低，不能通过整流桥全导通控制抬高机端电压，可以通过1秒后的电压检测尽快退出整流桥全导通控制，起励流程不至于延长过多时间。
本发明的目的通过以下技术手段实现：
一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、起励流程开始时记录当前发电机机端电压，以及起励流程的起始时刻，
步骤2、励磁系统控制全控整流桥6桥臂全部导通，并维持在导通状态，
步骤3、自起励时刻起1秒后再次记录发电机机端电压，
如果发电机机端电压升高小于第一设定电压，则转入步骤5，
如果发电机机端电压升高大于等于第一设定电压，则继续维持整流桥全导通状态，进入步骤4；
步骤4、如果起励时刻起4秒内发电机机端电压达到第二设定电压，则退出整流桥全导通状态，转为整流桥闭环控制，否则进入步骤5，第二设定电压高于第一设定电压，
步骤5、退出全导通状态，投入初励电源，转为整流桥闭环控制，然后进入步骤6，
步骤6、若起始时刻起10秒内发电机机端电压仍然没有上升到第二设定电压，则停止励磁系统输出，并报起励失败故障；若起始时刻起10秒内发电机机端电压上升到第二设定电压，则退出初励电源，继续执行起励流程。
如上所述的第一设定电压为0.006倍额定电压，第二设定电压为0.08倍的额定电压。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
结合初励电源和整流桥全导通功能可以有效提高起励的可靠性，在初励电源故障时整流桥全导通控制可以作为一种应急手段，有较大的概率建立初始阳极电压，保障发电机顺利起励建压。其次尽量减少初励电源的投入，延长控制初励电源的接触器使用寿命。最后如果发电机机端残压过低，不能通过整流桥全导通控制抬高机端电压，可以通过1秒后的电压检测尽快退出整流桥全导通控制，起励流程不至于延长过多时间。
附图说明
图1为三相全控整流桥电路图；
图2为同步方波与控制角示意图；
图3（a）为可控硅触发双窄脉冲示意图，图3（b）为可控硅触发宽脉冲示意图；
图4为自并励系统示意图；
图5为初励电源示意图；
图6为同步整形电路示意图；
图7为不同输入电压下同步信号相位偏差示意图；
图8为起励流程中建立初始电压的流程示意图；
图9（a）为起励到额定电压（投初励电源）示意图，图9（b）为起励到额定电压（整流桥全导通）示意图；
图10为串联PID传递函数示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
一种整流桥全导通与初励电源相结合在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、起励流程开始时记录当前发电机机端电压，以及起励流程的起始时刻。
励磁系统一般使用CPU的一个片上定时器由0递增到最大值，循环记数作为各个流程的公共时钟。一个32位定时器最大计数值232-1，在以84MHz频率记数时，最长计数时间超过51秒，可以满足高速控制的绝大多数计时需求。
步骤2、励磁系统控制全控整流桥6桥臂全部导通，并维持在导通状态。
在此阶段实行整流桥开环控制，整流桥6桥臂全导通相当于0°控制角输出，实现了全控整流桥的最大输出，有利于建立初始阳极电压。
步骤3、自起励时刻起1秒后再次记录发电机机端电压，
如果发电机机端电压升高小于0.006倍额定电压（第一设定电压），说明发电机残压过低，不足以建立初始阳极电压，则转入步骤5。
如果发电机机端电压升高大于等于0.006倍额定电压，说明发电机残压足以实现起励，无需投入初励电源，则继续维持整流桥全导通状态，进入步骤4；
步骤4、如果起励时刻起4秒内发电机机端电压达到0.08倍额定电压（第二设定电压），则建立初始阳极电压成功，退出整流桥开环控制，退出整流桥全导通状态，转为整流桥闭环控制，继续执行起励流程，否则进入步骤5，第二设定电压高于第一设定电压。
步骤5、退出全导通状态，投入初励电源，转为整流桥闭环控制。
然后进入步骤6。
步骤6、若起始时刻起10秒内发电机机端电压仍然没有上升到0.08倍额定电压（第二设定电压），则无法初始阳极电压，起励失败，停止励磁系统输出，并报起励失败故障；若起始时刻起10秒内发电机机端电压上升到0.08倍额定电压（第二设定电压），则建立初始阳极电压成功，退出初励电源，继续执行起励流程。
起励流程以发电机机端电压达到0.08倍额定电压作为建立初始阳极电压的判据，在此电压下，励磁系统可以通过闭环控制继续提高发电机机端电压。一般发电机机端电压的设置范围的下限略高于0.08倍额定电压。
在起励流程的初始阶段优先执行整流桥全导通，可以有效减少投入初励电源的次数，延长初励接触器的使用寿命，在初励电源故障时也可以作为一种应急措施。如果因为发电机剩磁/残压过低导致整流桥全导通也无法有效提升发电机机端电压，则初励电源可以作为后备措施保证起励流程可以继续正常执行。设置起励1秒后检测电压可以保证发电机剩磁/残压过低时不会在整流桥全导通阶段浪费太多时间。
图9（a）给出了残压过低，需要投初励电源的起励波形：在整流桥全导通持续1秒后机端电压没有抬高，退出整流桥全导通状态并投入初励电源。图9（b）给出了残压足够高，无需投入初励电源即可起励成功的起励波形：整流桥全导通状态持续1秒后电压得到提高，所以没有投入初励电源，整流桥全导通状态持续约3.5秒后，机端电压达到0.08倍额定电压，退出整流桥全导通状态，转入闭环控制。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (2)

1.一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、起励流程开始时记录当前发电机机端电压，以及起励流程的起始时刻，
步骤2、励磁系统控制全控整流桥6桥臂全部导通，并维持在导通状态，
步骤3、自起励时刻起1秒后再次记录发电机机端电压，
如果发电机机端电压升高小于第一设定电压，则转入步骤5，
如果发电机机端电压升高大于等于第一设定电压，则继续维持整流桥全导通状态，进入步骤4；
步骤4、如果起励时刻起4秒内发电机机端电压达到第二设定电压，则退出整流桥全导通状态，转为整流桥闭环控制，否则进入步骤5，第二设定电压高于第一设定电压，
步骤5、退出全导通状态，投入初励电源，转为整流桥闭环控制，然后进入步骤6，
步骤6、若起始时刻起10秒内发电机机端电压仍然没有上升到第二设定电压，则停止励磁系统输出，并报起励失败故障；若起始时刻起10秒内发电机机端电压上升到第二设定电压，则退出初励电源，继续执行起励流程。
2.根据权利要求1所述的一种在起励流程中建立初始阳极电压的控制方法，其特征在于，所述的第一设定电压为0.006倍额定电压，第二设定电压为0.08倍的额定电压。
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