基于PLC的同步发电机多频预测自校正励磁系统研制

摘要

现代电力系统的快速发展对励磁系统的综合性能提出了更高的要求,迫切需要将先进的励磁控制理论以及高性能的元器件用于实际励磁控制中来以提高励磁系统的动、静态性能。本文在深入分析目前市场上的微机励磁控制装置基本状况的基础上,针对电力系统中大量存在的中小型机组,采用S7-200PLC作为控制核心,并结合目前元器件发展情况以及励磁控制理论的研究应用情况,研制一套经济性好、控制性能优越、适应性强、工作稳定可靠、操作方便的同步发电机PLC励磁系统。
　　 首先,介绍了同步发电机励磁系统的组成、作用、基本要求以及目前国内外研究现状,并阐述了本课题的研究意义。
　　 其次,对PLC励磁系统的硬件进行了设计,包括总体原理图设计、主要元器件选型和主要功能单元实现。在触发板的研制过程中,我们采用可以实现余弦移相的相位控制触发电路TCF792来构造触发脉冲形成电路,有利于将先进的励磁控制算法用于实际励磁控制。
　　 再次,深入研究了PID、PID+PSS、抗扰线性最优励磁控制、多指标非线性励磁控制等控制策略的基本原理和微机实现方法,并在常规积分分离PID的基础上总结出一种用于实际励磁控制的实用积分分离PID算法。同时,在前人工作的基础上,本文提出了一种同步发电机多步预测自校正励磁调节器,数字仿真结果表明,新提出来的励磁调节器具有良好的动、静态性能,能较好的解决传统LOEC在机械功率扰动时机端电压存在静态偏差的问题。
　　 接着,详细介绍了PLC励磁系统软件设计的内容、步骤以及各功能模块的具体实现方法。除配备了较为完善的保护、限制、报警等基本功能外,本文设计的PLC励磁控制程序集成了PID、PID+PSS、抗扰线性最优励磁控制、多指标非线性励磁控制等多种控制算法,各控制算法问可以实现自由、无扰切换,而且用户还可以根据实际运行需要自由选择跟踪电压给定值、跟踪系统电压、跟踪励磁电流给定值等起励方式和投入调差、恒无功、恒励磁电流、恒功率因数等运行方式。此外,我们还设计出了与PLC励磁系统配套的触摸屏人机操作界面,通过对PLC程序和触摸屏界面的交叉设计,能有效提高励磁装置的综合性能。
　　 最后,在实验室条件下对本文研制出来的PLC励磁系统做了部分硬件测试实验以及基于各控制算法的起励、正负阶跃、调差、甩负荷等一系列软件调试实验,并对现场实录波形进行了分析,分析结果表明,本文设计的PLC励磁调节器各项性能指标都达到或优于相关行业标准,具有良好的工业实用价值,特别是将多指标非线性最优励磁控制等先进控制算法成功应用于实际PLC励磁装咒的研制,将对先进非线性励磁控制理论的实用化进程起到积极的推动作用。