CN201656895U - 全数字水轮机电控调速器 - Google Patents
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Abstract
一种全数字水轮机电控调速器，用于控制三相同步发电机，包括有用于控制和调节三相负载电流的电子调速部分，所述的三相同步发电机发出的三相电通过电压互感器连接电子调速部分，所述的三相同步发电机发出的三相电还依次通过断路器及与三相同步发电机三相相对应的三个可控硅的触发端与电子调速部分相连，所述的三相同步发电机发出的三相电还依次通过断路器、与三相同步发电机三相相对应的三个可控硅以及电流采集传感器与电子调速部分相连。本实用新型将励磁系统的控制思想巧妙地移植到电子调速器上，电路简单。而且由于取消了机械结构，调节性能优异，甩负荷时响应速度快；纯数字移相触发，控制电路直接输出触发脉冲，经放大驱动电路后作用于脉冲变压器；取代了传统模拟移相电路，性能优越，可靠性高；高可靠电源系统，交直流双电源供电，大大提高电源的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型属于一种水轮机的控制，特别是涉及一种调节性能优异，甩负荷时响应速度快的全数字水轮机电控调速器。
背景技术
调速系统作为水电站主要的控制设备之一，对保证机组根据需要及时安全可靠的运行在不同的工况下起着非常重要的作用，尤其是当机组甩负荷时，调速系统应能快速作出反应，迅速关机，避免机组飞车事故发生。
水轮机电子调速器主要任务是维持发电机组频率的恒定；并通过电动操作机构开关导叶以实现机组开关机；当机组甩负荷时，能够将负载快速转移，达到限制机组转速升高的目的。考虑到小型机组并在大电网系统上运行时，频率基本维持稳定，因此无需考虑机组调频要求，故只采用电动操作阀门开关的方法实现机组开停机及并网后的增减负荷操作，基本上能够满足运行要求。同时还要考虑成本因素，小型水轮发电机组调速系统一般不会配置常规调速器，而是采用电动机或手动控制进水阀门开度的方法调节水轮机流量，进而控制机组转速(频率)。该种调速方法虽然简单，且成本很低，但缺点也显而易见：当机组甩负荷时，电动机的反应速度远远达不到调速器的动态要求，导致机组过速，严重危害发电机组性能，并大大缩短其使用寿命。而且由于小型机组配置的防雷措施很有限，所以在雷雨多发季节，由于雷击等原因断路器经常跳闸，导致机组突甩满负荷。此时，必须将导叶或进水阀门快速关闭，或将机组甩负荷瞬间所带的负荷快速转移。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种甩负荷时响应速度快，调节性能强，可靠性高的全数字水轮机电控调速器。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种全数字水轮机电控调速器，用于控制三相同步发电机，包括有用于控制和调节三相负载电流的电子调速部分，所述的三相同步发电机发出的三相电通过电压互感器连接电子调速部分，所述的三相同步发电机发出的三相电还依次通过断路器及与三相同步发电机三相相对应的三个可控硅的触发端与电子调速部分相连，所述的三相同步发电机发出的三相电还依次通过断路器、与三相同步发电机三相相对应的三个可控硅以及电流采集传感器与电子调速部分相连。
所述的电流采集传感器与三相同步发电机的零线之间连接有用作假负载的电阻。
所述的电子调速部分包括有同步整形电路、信号整定电路、负载电流整形电路、脉冲放大电路、开关量隔离输出电路、开关量隔离输入电路和控制电路，其中，所述的有同步整形电路和信号整定电路的信号输入端分别与所述的电压互感器相连，输出端分别连接控制电路的信号输入端；所述的负载电流整形电路的信号输入端连接电流采集传感器，输出端连接控制电路的信号输入端；所述的脉冲放大电路的输入端连接控制电路的信号输出端，输出端连接及与三相同步发电机的三相相对应的三个可控硅的触发端；所述的开关量隔离输出电路的信号输入端连接控制电路的信号输出端；所述的开关量隔离输入电路的信号输入端连接开关按钮，输出端连接控制电路的信号输入端。
所述的控制电路上还连接有通讯接口电路。
所述的同步整形电路包括两组完全相同的电路结构构成，两组电路互为备用，其中的一组电路构成是：从电压互感器过来的信号通过第一、第二电阻、第一、第二电容以及第一、第二二极管的滤波整流后，经运算放大器放大，经光电耦合器后进入控制电路的信号输入端。
所述的信号整定电路包括三组电路结构，其中，第一组电路将三相同步发电机的电压信号输入经第一、第二运算放大器二级放大后送入控制电路的信号输入端，第二组电路将备用的信号输入经第三、第四和第五运算放大器三级放大后送入控制电路的信号输入端，第三组电路结构将备用的信号输入经第六、第七和第八运算放大器三级放大后送入控制电路的信号输入端。
所述的负载电流整形电路包括有三组电路结构完全相同的且输入端分别对应与负载电流的三个相相连，输出端分别对应连接控制电路的信号输出端的二级放大电路；将负载电流进行整流滤波、二级放大后送入控制电路的信号输入端的放大电路，以及将负载电压进行分压滤波、二级放大后送入控制电路的信号输入端的放大电路。
所述的脉冲放大电路包括有三组输入端分别与控制电路的信号输出端相连结构完全相同的电路结构，其中的一组电路结构构成是：输入端通过一电阻与控制电路的信号输出端相连的光电耦合器，光电耦合器的输出端通过一电阻与达林顿管的基极相连，达林顿管的发射极输出连接触发脉冲指示灯和脉冲变压器，脉冲变压器的初级线圈还反接有续流二极管，脉冲变压器的次级线圈经保护二极管输出。
所述的开关量隔离输出电路包括有分别与控制电路的五个信号输出端对应相连的第一至第五光电耦合器，所述的第一至第五光电耦合器的输出端分别连接达林顿阵列(U11)的输入端，所述的达林顿阵列的输出端连接继电器。
所述的开关量隔离输入电路包括有10个光电耦合器，所述的10个光电耦合器的输入端各对应的通过一个电阻连接开关按钮，所述的10个光电耦合器的输出端分别对应连接控制电路的信号输入端。
本实用新型的全数字水轮机电控调速器具有的优点和积极效果是：
1、将励磁系统的控制思想巧妙地移植到电子调速器上，而且由于取消了机械结构，调节性能优异，甩负荷时响应速度快。
2、采用纯软件同步信号捕捉功能，捕捉准确、可靠，不漏过任何一个同步信号，而且硬件电路简单。
3、纯数字移相触发，MCU单元直接输出触发脉冲，经放大驱动电路后作用于脉冲变压器。取代了传统模拟移相电路，性能优越，可靠性高。
4、高可靠电源系统，交直流双电源供电，大大提高电源的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型的整体电路构成框图；
图2是本实用新型的同步整形电路的电路原理图；
图3是本实用新型的信号整定电路的电路原理图；
图4是本实用新型的负载电流整形电路的电路原理图；
图5是本实用新型的脉冲放大电路的电路原理图；
图6是本实用新型的开关量隔离输出电路的电路原理图；
图7是本实用新型的开关量隔离输入电路的电路原理图；
图8是本实用新型的控制电路的电路原理图；
图9是本实用新型的通讯接口电路的电路原理图。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明本实用新型的全数字水轮机电控调速器如下：
如图1所示，本实用新型的全数字水轮机电控调速器，用于控制三相同步发电机，包括有用于控制和调节三相负载电流的电子调速部分，所述的三相同步发电机发出的三相电通过电压互感器连接电子调速部分，所述的三相同步发电机发出的三相电还依次通过断路器及与三相同步发电机三相相对应的三个可控硅的触发端与电子调速部分相连，所述的三相同步发电机发出的三相电还依次通过断路器、与三相同步发电机三相相对应的三个可控硅以及电流采集传感器与电子调速部分相连。所述的电流采集传感器与三相同步发电机的零线之间连接有用作假负载的电阻。
如图1所示，所述的电子调速部分包括有同步整形电路1、信号整定电路2、负载电流整形电路3、脉冲放大电路4、开关量隔离输出电路5、开关量隔离输入电路6和控制电路7，其中，所述的有同步整形电路1和信号整定电路2的信号输入端分别与所述的电压互感器PT1相连，输出端分别连接控制电路7的信号输入端；所述的负载电流整形电路3的信号输入端连接电流采集传感器E，输出端连接控制电路7的信号输入端；所述的脉冲放大电路4的输入端连接控制电路7的信号输出端，输出端连接及与三相同步发电机G的三相相对应的三个可控硅K1、K2、K3的触发端；所述的开关量隔离输出电路5的信号输入端连接控制电路7的信号输出端到电动阀门的接触器控制线圈，而输出端到电动进水阀门的接触器控制线圈；所述的开关量隔离输入电路6的信号输入端连接开关按钮，输出端连接控制电路7的信号输入端。所述的控制电路7上还连接有通讯接口电路。
如图2所示，所述的同步整形电路1包括两组完全相同的电路结构构成，两组电路互为备用，其中的一组电路构成是：从电压互感器PT1过来的信号通过第一、第二电阻R49、R50、第一、第二电容C11、C16以及第一、第二二极管VD13、VD14的滤波整流后，经运算放大器U1A放大，经光电耦合器BO22后进入控制电路7的信号输入端IC1/IC2。
如图3所示，所述的信号整定电路2包括三组电路结构，其中，第一组电路将三相同步发电机G的电压信号输入经第一、第二运算放大器U2A、U2B二级放大后送入控制电路7的信号输入端AD1，第二组电路结构将备用的信号输入经第三、第四和第五运算放大器U3A、U3B、U5B三级放大后送入控制电路7的信号输入端AD2，第三组电路结构将备用的信号输入经第六、第七和第八运算放大器U4A、U4B、U5A三级放大后送入控制电路7的信号输入端AD3。
如图4所示，所述的负载电流整形电路3包括有三组电路结构完全相同的且输入端分别对应与负载电流的三个相相连，输出端分别对应连接控制电路7的信号输出端AD4/AD5/AD6的二级放大电路；将负载电流进行整流滤波、二级放大后送入控制电路7的信号输入端AD7的放大电路，以及将负载电压进行分压滤波、二级放大后送入控制电路7的信号输入端AD8的放大电路。
如图5所示，所述的脉冲放大电路4包括有三组输入端分别与控制电路7的信号输出端HDO1/HDO2/HDO3相连结构完全相同的电路结构，其中的一组电路结构构成是：输入端通过一电阻与控制电路7的信号输出端HDO1/HDO2/HDO3相连的光电耦合器BO1/BO2/BO3，光电耦合器BO1/BO2/BO3的输出端通过一电阻R12/R13/R14与达林顿管Q1/Q2/Q3的基极相连，达林顿管Q1/Q2/Q3的发射极输出连接触发脉冲指示灯LED1/LED2/LED3和脉冲变压器T1/T2/T3，脉冲变压器T1/T2/T3的初级线圈还反接有续流二极管VD2/VD4/VD6，脉冲变压器T1/T2/T3的次级线圈经保护二极管VD1/VD3/VD5输出。。
如图6所示，所述的开关量隔离输出电路5包括有分别与控制电路7的五个信号输出端DO1、DO2、DO3、DO4、DO5对应相连的第一至第五光电耦合器BO17、BO18、BO19、BO20、BO21，所述的第一至第五光电耦合器BO17、BO18、BO19、BO20、BO21的输出端分别连接达林顿阵列U11的输入端，所述的达林顿阵列U11的输出端连接继电器。
如图7所示，所述的开关量隔离输入电路6包括有10个光电耦合器BO7～BO16，所述的10个光电耦合器BO7～BO16的输入端各对应的通过一个电阻R19～R37连接开关按钮，所述的10个光电耦合器BO7～BO16的输出端分别对应连接控制电路7的信号输入端D11～D19、D10。
如图8所示，所述的控制电路7，采用美国MICROCHIP公司dsPIC30F系列高性能数字信号控制器DSC，该控制器集成了单片机MCU的控制功能和数字信号处理器DSP的计算能力，因此广泛应用于各种控制系统中。
如图9所示，所述的通讯接口电路是由型号为MAX232的芯片构成。
本实用新型的全数字水轮机电控调速器，通过迅速转移发电机负载电流的方法，解决了频率突增的问题。即，机组突甩负荷时，本实用新型的电子调速器检测到频率突增，经内部PID运算后迅速输出相应可控硅导通角度，主回路部分采用可控硅三相零式接线方式，迅速将机组所带负荷转移到假负载电阻R上。同时本实用新型的电子调速器输出关阀命令，随着阀门的关闭，机组转速(频率)随之下降，可控硅导通角度按常规调速器PID调节模型的调节规律逐渐增大，假负载电阻R上消耗的能量慢慢减小，最终机组平稳完成甩负荷。整个过程调节迅速，频率上升可以被限制在允许范围内。
Claims (10)
1.一种全数字水轮机电控调速器，用于控制三相同步发电机(G)，其特征是：包括有用于控制和调节三相负载电流的电子调速部分，所述的三相同步发电机(G)发出的三相电通过电压互感器(PT1)连接电子调速部分，所述的三相同步发电机(G)发出的三相电还依次通过断路器(F1)及与三相同步发电机(G)三相相对应的三个可控硅(K1、K2、K3)的触发端与电子调速部分相连，所述的三相同步发电机(G)发出的三相电还依次通过断路器(F1)、与三相同步发电机(G)三相相对应的三个可控硅(K1、K2、K3)以及电流采集传感器(E)与电子调速部分相连。
2.根据权利要求1所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的电流采集传感器(E)与三相同步发电机(G)的零线之间连接有用作假负载的电阻(R)。
3.根据权利要求1所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的电子调速部分包括有同步整形电路(1)、信号整定电路(2)、负载电流整形电路(3)、脉冲放大电路(4)、开关量隔离输出电路(5)、开关量隔离输入电路(6)和控制电路(7)，其中，所述的有同步整形电路(1)和信号整定电路(2)的信号输入端分别与所述的电压互感器(PT1)相连，输出端分别连接控制电路(7)的信号输入端；所述的负载电流整形电路(3)的信号输入端连接电流采集传感器(E)，输出端连接控制电路(7)的信号输入端；所述的脉冲放大电路(4)的输入端连接控制电路(7)的信号输出端，输出端连接及与三相同步发电机(G)的三相相对应的三个可控硅(K1、K2、K3)的触发端；所述的开关量隔离输出电路(5)的信号输入端连接控制电路(7)的信号输出端；所述的开关量隔离输入电路(6)的信号输入端连接开关按钮，输出端连接控制电路(7)的信号输入端。
4.根据权利要求3所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的控制电路(7)上还连接有通讯接口电路。
5.根据权利要求3所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的同步整形电路(1)包括两组完全相同的电路结构构成，两组电路互为备用，其中的一组电路构成是：从电压互感器(PT1)过来的信号通过第一、第二电阻(R49、R50)、第一、第二电容(C11、C16)以及第一、第二二极管(VD13、VD14)的滤波整流后，经运算放大器(U1A)放大，经光电耦合器(BO22)后进入控制电路(7)的信号输入端(IC1/IC2)。
6.根据权利要求3所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的信号整定电路(2)包括三组电路结构，其中，第一组电路将三相同步发电机(G)的电压信号输入经第一、第二运算放大器(U2A、U2B)二级放大后送入控制电路(7)的信号输入端(AD1)，第二组电路将备用的信号输入经第三、第四和第五运算放大器((U3A、U3B、U5B)三级放大后送入控制电路(7)的信号输入端(AD2)，第三组电路结构将备用的信号输入经第六、第七和第八运算放大器(U4A、U4B、U5A)三级放大后送入控制电路(7)的信号输入端(AD3)。
7.根据权利要求3所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的负载电流整形电路(3)包括有三组电路结构完全相同的且输入端分别对应与负载电流的三个相相连，输出端分别对应连接控制电路(7)的信号输出端(AD4/AD5/AD6)的二级放大电路；将负载电流进行整流滤波、二级放大后送入控制电路(7)的信号输入端(AD7)的放大电路，以及将负载电压进行分压滤波、二级放大后送入控制电路(7)的信号输入端(AD8)的放大电路。
8.根据权利要求3所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的脉冲放大电路(4)包括有三组输入端分别与控制电路(7)的信号输出端(HDO1/HDO2/HDO3)相连结构完全相同的电路结构，其中的一组电路结构构成是：输入端通过一电阻与控制电路(7)的信号输出端(HDO1/HDO2/HDO3)相连的光电耦合器(BO1/BO2/BO3)，光电耦合器(BO1/BO2/BO3)的输出端通过一电阻(R12/R13/R14)与达林顿管(Q1/Q2/Q3)的基极相连，达林顿管(Q1/Q2/Q3)的发射极输出连接触发脉冲指示灯(LED1/LED2/LED3)和脉冲变压器(T1/T2/T3)，脉冲变压器(T1/T2/T3)的初级线圈还反接有续流二极管(VD2/VD4/VD6)，脉冲变压器(T1/T2/T3)的次级线圈经保护二极管(VD1/VD3/VD5)输出。
9.根据权利要求3所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的开关量隔离输出电路(5)包括有分别与控制电路(7)的五个信号输出端(DO1、DO2、DO3、DO4、DO5)对应相连的第一至第五光电耦合器(BO17、BO18、BO19、BO20、BO21)，所述的第一至第五光电耦合器(BO17、BO18、BO19、BO20、BO21)的输出端分别连接达林顿阵列(U11)的输入端，所述的达林顿阵列(U11)的输出端连接继电器。
10.根据权利要求3所述的全数字水轮机电控调速器，其特征是：所述的开关量隔离输入电路(6)包括有10个光电耦合器(BO7～BO16)，所述的10个光电耦合器(BO7～BO16)的输入端各对应的通过一个电阻(R19～R37)连接开关按钮，所述的10个光电耦合器(BO7～BO16)的输出端分别对应连接控制电路(7)的信号输入端(D11～D19、D10)。
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