基于DSP的农村小水电站自动励磁调节器的研究

摘要

励磁调节器是同步发电机系统中的核心部分，在电力系统正常运行或故障运行中起着十分重要的作用。它对控制发电机输出电压，合理分配并联运行发电机的无功功率，改善电力系统的运行条件，保障电力系统安全稳定运行有着十分重要的意义。然而，目前我国许多的农村小水电站多数还采用相复励自动励磁调节器，甚至是不带励磁调节器的直流机励磁系统，这些技术落后的电气设备使农村小水电站的经济效益和社会效益大大降低，没有充分发挥其应有的功用。本研究结合80年代以前建成的小型水电站自动化水平低，技术落后，急需进行技术改造的现状，以绥化市北林区幸福水电站为研究对象，设计一个基于DSP的自动励磁调节装置，并对其中的部分功能进行了实验验证。
　　 本研究主要内容包括：第一，经过实地调查了解到，幸福水电站位于黑龙江省绥化市北林区双河镇西南部，电站距县城约30km，引水式电站。水电站有四台机组，机组容量为320kW卧式水轮发电机组。发电机端电压为6.3kV，设两台变压器和四个励磁柜，分别调节各机组的电压。站内设一个控制室，从控制室可以观察到每台机组的各项运行参数；电站在正常运行和事故处理时主要采用的是人工调节，运行人员凭借经验进行操作。第二，针对幸福水电站工作效率和调节精度低，人工成本和调节误差大，调节实时性差的特点，研究设计了基于TMS320LF2407A的自动励磁调器的硬件组成和功能，并详细介绍了设计思路和实现方法，具体包括输入/输出通道单元、信号同步捕获单元、触发脉冲的调制放大单元、故障检测单元、通讯单元和人机接口单元等。第三，在软件部分的设计采用模块化设计思想，将自动励磁调节器的整个软件部分划分成主程序和中断服务子程序两部分。其中主程序包括：初始化、开中断、电量计算、调节控制和限制保护等几个模块；中断服务程序主要包括：同步信号捕获、A/D转换完成、移相脉冲、看门狗以及人机操作与显示等；软件部分的设计中加入看门狗中断可以有效提高系统的稳定性和可靠性。第四，完成自动励磁调节器的软、硬件设计并完成调试后，在实验室现有的条件下，在一台小型发电机上分别进行了A/D采样实验、PWM实验、发电机单机起励实验、电压/频率特性实验和负载运行实验，通过实验验证了该励磁控制器能够达到预期设计目标，励磁系统各项功能能够满足设计要求。