大型同步发电机励磁调节器测量单元设计

摘要

对于电力系统中大型同步发电机输出的交流信号进行多参数快速测量，可以从测量结果充分了解发电机的运行状况，并通过励磁调节器对同步发电机的波动变化做出实时的调整。因此设计开发一种性价比高、工作稳定、响应速度快、精度良好、可多参数同时测量的系统是十分必要的，也是人们一直研究的重要方向。本系统设计的测量功能主要包括电压有效值、电流有效值、有功功率、无功功率、功率因数等参数，并将测量结果的数据发送给励磁调节器进行处理。
　　本文首先对同步发电机及其励磁调节系统的结构和工作原理进行概述，在了解相关测量参数背景知识的前提下，对测量中涉及到的常用理论算法进行分析比较，进而得到本系统的设计方案。有效值的测量方法采用一个周期的等间隔采样法，对多个采样值进行均方根法运算，其中求平均值时采用递归滑动滤波法。频率的算法采用硬件测频跟踪和软件两点间隔采样法测频。功率的测量则在有效值的测量结果基础上代入理论公式进行求解。
　　在对各种测量算法进行理论分析的基础上，提出一套测量系统的实现方法。在硬件设计方面，采用 TI公司型号为 TMS320F2812的微处理器芯片作为主要控制器。系统前端调理电路通过电流电压转换器、滤波、模数转换产生数字量送入控制器中进行算法处理。处理结果经串行通信接口传回励磁调节器。其中模数转换未使用微处理器内部A/D，而是采用ADS8556芯片，可同时进行6路模拟电压信号转换。数据存储部分采用外部 SRAM并行扩展方式实现高速存储。在软件设计方面，控制器首先完成了对外围硬件的初始化配置及相应功能的驱动。其次，在数字采样数据的基础上进行算法处理，完成相应参数测量功能。
　　本次系统设计具有较强的理论基础、可靠的算法支持及严谨的软件辅助。在实验室环境下，对理想的交流信号在开发板上进行了实验算法验证，可以达到预期效果。

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第1章 绪 论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状分析

1.3主要研究内容

第2章 同步发电机励磁调节系统原理及分析

2.1同步发电机的概述

2.2励磁调节系统概述

2.3本章小结

第3章 测量原理及算法分析

3.1测量原理与方法

3.2测量算法分析

3.3采样技术分析

3.4本章小结

第4章 系统硬件设计

4.1系统的总体设计

4.2信号调理电路设计

4.3频率检测模块

4.4模数转换模块

4.5微处理器模块

4.6存储器扩展模块

4.7串行通信接口模块

4.8电源模块

4.9本章小结

第5章 系统软件设计

5.1系统软件总体设计

5.2信号采集存储程序单元

5.3微处理器算法及程序流程

5.4数据通信程序设计

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢