基于DSP的多指标非线性励磁控制装置研究
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摘要
随着电网规模的不断扩大，在带来巨大经济效益同时也给电力系统的安全稳定运行带来严重的挑战。改善电力系统控制品质，提高其稳定性和安全水平，是电力系统稳定研究的一个重要课题。本文围绕这一问题，研究和探讨了多指标非线性控制理论在同步发电机励磁控制中的应用。
励磁控制器是励磁系统的重要组成部分，对电力系统的安全稳定运行有着十分重要的意义。随着大规模集成电路技术及计算机技术的发展，采用微处理器作为硬件控制核心的微机励磁控制器将成为今后励磁控制器的发展方向。随着励磁控制法的不断改进与发展，对微机励磁控制器的运算速度提出了非常高的要求，本文根据这种要求，以DSP(数字信号处理器)作为控制核心，研究了基于DSP的励磁控制器。
本文首先介绍了励磁控制器的发展趋势，包括励磁控制器的硬件结构及控制方法的发展，目前微机励磁控制器的基本结构以及励磁控制方式对励磁控制器的要求。其次，文中在介绍了控制理论的基础上设计了一个基于DSP的同步发电机多指标非线性励磁控制器，并着重介绍了励磁限制器的原理和设计。最后，文中分别从DSP、A／D采样、FFT产生等几个方面详细地论述了基于DSP的励磁控制器的硬件设计以及实时的软件设计。文中提出的这种基于DSP的励磁控制器采用了许多先进技术，如交流采样、数字脉冲等。这些先进技术的采用使得本文中的励磁控制器结构简单、性能可靠、操作方便。
这种基于DSP的励磁控制器在半实物仿真器上进行了相关实验。实验表明，该励磁控制器的各项功能符合设计要求，且有些功能优于其他的励磁控制器。
With the continuous enlargement of power grid, the demand to system security and stability is getting more and more. The large power grid brings latent threat and challenge to system security and stability while getting enormous economic benefits simultaneously. This paper is enclosed this problem and study in the nonlinear control theory in a number of indicators of synchronous generator excitation control.
Excitation controller, as a main part of excitation system, is very important to the safe and steady operation of power systems. With the development of large-scale integrate circuit technology and computer technology, microcomputer-based excitation controller will become the main stream of excitation controllers in the future. Constant improvement in excitation control method set an even higher requirement for the computation of the microcomputer -based excitation controller. Based on this request, the paper studies the DSP-based excitation controller by using DSP (Digital Signal Processor) as the control center.
Firstly, this paper introduces the developing tendency of excitation controller, including the development of hardware and control method, microcomputer-based excitation controller's hardware structure and requirement of excitation control method to hardware. Secondly, this paper also introduces the theory basis of Multiple Indicator nonlinear excitation controller, and the theory and design of the excitation limiter. Finally, this paper deals with the design of the DSP-based excitation controller's hardware and realization method of its software from the aspects of DSP, A/D conversion, FFT. The DSP-based excitation controller adopts many advanced technologies, such as alternating current sampling, digital pulse etc. Because of the adoption of these advanced technologies, the excitation controller's structure is simpler, its performance is reliable and its operation convenient.
The DSP-based controller in this exciting semi-loop simulation on the experimental device. Results of the test show that all functions of the excitation controller are efficient and some are even better than the other microcomputer-based excitation controllers.
励磁控制器是励磁系统的重要组成部分，对电力系统的安全稳定运行有着十分重要的意义。随着大规模集成电路技术及计算机技术的发展，采用微处理器作为硬件控制核心的微机励磁控制器将成为今后励磁控制器的发展方向。随着励磁控制法的不断改进与发展，对微机励磁控制器的运算速度提出了非常高的要求，本文根据这种要求，以DSP(数字信号处理器)作为控制核心，研究了基于DSP的励磁控制器。
本文首先介绍了励磁控制器的发展趋势，包括励磁控制器的硬件结构及控制方法的发展，目前微机励磁控制器的基本结构以及励磁控制方式对励磁控制器的要求。其次，文中在介绍了控制理论的基础上设计了一个基于DSP的同步发电机多指标非线性励磁控制器，并着重介绍了励磁限制器的原理和设计。最后，文中分别从DSP、A／D采样、FFT产生等几个方面详细地论述了基于DSP的励磁控制器的硬件设计以及实时的软件设计。文中提出的这种基于DSP的励磁控制器采用了许多先进技术，如交流采样、数字脉冲等。这些先进技术的采用使得本文中的励磁控制器结构简单、性能可靠、操作方便。
这种基于DSP的励磁控制器在半实物仿真器上进行了相关实验。实验表明，该励磁控制器的各项功能符合设计要求，且有些功能优于其他的励磁控制器。
With the continuous enlargement of power grid, the demand to system security and stability is getting more and more. The large power grid brings latent threat and challenge to system security and stability while getting enormous economic benefits simultaneously. This paper is enclosed this problem and study in the nonlinear control theory in a number of indicators of synchronous generator excitation control.
Excitation controller, as a main part of excitation system, is very important to the safe and steady operation of power systems. With the development of large-scale integrate circuit technology and computer technology, microcomputer-based excitation controller will become the main stream of excitation controllers in the future. Constant improvement in excitation control method set an even higher requirement for the computation of the microcomputer -based excitation controller. Based on this request, the paper studies the DSP-based excitation controller by using DSP (Digital Signal Processor) as the control center.
Firstly, this paper introduces the developing tendency of excitation controller, including the development of hardware and control method, microcomputer-based excitation controller's hardware structure and requirement of excitation control method to hardware. Secondly, this paper also introduces the theory basis of Multiple Indicator nonlinear excitation controller, and the theory and design of the excitation limiter. Finally, this paper deals with the design of the DSP-based excitation controller's hardware and realization method of its software from the aspects of DSP, A/D conversion, FFT. The DSP-based excitation controller adopts many advanced technologies, such as alternating current sampling, digital pulse etc. Because of the adoption of these advanced technologies, the excitation controller's structure is simpler, its performance is reliable and its operation convenient.
The DSP-based controller in this exciting semi-loop simulation on the experimental device. Results of the test show that all functions of the excitation controller are efficient and some are even better than the other microcomputer-based excitation controllers.
引文
[1] 何满，杭乃善．基于DSP的励磁控制的设计，广西大学，2001．5
[2] 陆翔，戴先中，张腾，张凯锋．多目标励磁控制的神经网络逆系统方法，电力系统自动化，2002．26(12)：35-39
[3] 高辉，崔文进，谢小荣等．基于DSP的电力系统分散励磁控制及其动模试验[J]．，华大学学报(自然科学版)，2003，43(3)：354
[4] 区干生，容太平．基于TMS320LF2407A的同步发电机微机励磁调节器的设计，仪器仪表装置，2004(2)16-19
[5] 杨冠城．电力系统自动装置原理，第二版．北京：中国电力出版社，1995
[6] 崔学深，张建华，肖刚．DSP技术在电力系统中的应用和硬件实现方式，现代电力，2002，19(2)：36-41
[7] 区干生，容太平．同步发电机微机励磁调节器的设计与实现，水电自动化与大坝监测，2004．28(2)：33-38
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[9] 晋清祥，李志民，陈学允．同步发电机非线性PID励磁控制，电力系统及其自动化学报，1997，9(2)：15-20
[10] 卢强，孙元章．电力系统非线性控制。北京：科学出版社．1993．
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[12] 李啸骢，颜卓胜，韦化，王辑祥．U型非线性抗扰励磁控制律设计，中国电机工程学报．1999．9．19(9)：71-75．
[13] 李啸骢，程时杰，韦化，王少荣．具有多性能指标的汽轮发电机非线性综合控制，中国电机工程学报，2003，23(4)：96-101．
[14] 李啸骢，程时杰，韦化，孙海顺．TCSC与水轮发电机励磁和水门的多指标非线性协凋控制，中国电机工程学报，2004．11．24(11)：21-27．
[15] 李啸骢，程时杰，韦化，王少荣．一种高性能的非线性励磁控制，中国电机工程学报，2003，23(12)37-42
[16] 何仰赞，温增银．电力系统分析．华中科技大学出版社．2005
[17] 肖庆清，廖勇，姚骏，向大为．交流励磁发电机励磁控制系统的设计，重庆大学学报，2004，27(1)：40-44
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[51] 电机工程手册编辑委员会．电机工程手册(第4卷)．北京：机械工业出版社，1982