55KW水斗式半直驱发电系统研究

摘要

水能作为一种经济、清洁的可再生能源，引发人们的广泛关注，水电技术在全世界范围内蓬勃发展。然而，全世界仍有大量的水力资源未被开发利用，尤其是一些小流量河流，鉴于此本文对水斗式半直驱发电系统进行了深入研究。
　　 首先，本文对一种适合小流量河流的新型高效率水轮机进行了研究和改造，并根据其运行特点，匹配了一个以半直驱方式驱动的永磁发电机，力求整个发电机组低成本，高效率的发电。
　　 其次，借鉴其他小水电自动化技术及相关经验，提出了一种PLC和DSP相结合的方式构建小水电的综合自动化，整个自动化系统采用结构分层和功能分块的设计思路。在结构上分为主控层和现地控制保护层，工业控制机构成主控层，PLC、DSP及触摸屏等构成了现地控制保护层。PLC担负起机组顺序控制、与上位机通信等多重任务，DSP接受PLC的控制信号进行数据采集处理以来完成相关功能，并把机组保护，调速，调压，同期并网的这些信息反映到PLC上。在功能上，模块化的设计使得系统易于维护和调试，迎合了小水电自动化的设计原则。
　　 需要指出的是，系统中的DSP板采用DSP芯片+CPLD芯片的结构，它主要实现发电机保护、水轮机调速、发电机调压、同期并网和数据采集和通讯管理的功能，其中，调速技术中的测频环节利用CPLD中设计的多周期测频模块取得机组频率;调压技术中，在永磁电机的定子上安置带有容性负载的补偿绕组，以其中的容性电流产生的磁场来保持气隙磁场的恒定，最终保持机端电压稳定。最后，以Simulink为仿真平台，对调速和调压环节进行了仿真实验。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 绿色水电

1．1．2 小水电的发展现状

1．1．3 世界小水电制约因素及发展趋势

1．2 水力发电系统

1．2．1 水轮机组概况

1．2．2 水轮机发展现状

1．3 本文的主要研究内容

第2章 水力发电系统

2．1 半直驱发电系统

2．2 水轮机

2．2．1 水轮机类型

2．2．2 水轮机的效率

2．2．3 新型坝形轮式水轮机

2．3 永磁发电机

2．3．1 永磁发电机的优、缺点

2．3．2 半直驱永磁发电机

2．3．3 水轮机组的调节技术

2．4 本章小结

第3章 小水电综合自动化设计

3．1 综合自动化设计原则

3．2 综合自动化设计方案

3．2．1 DSP的各个功能模块

3．3 本章小结

第4章 DSP硬件及关键技术的实现

4．1 DSP简介

4．1．1 DSP芯片选型

4．1．2 DSP特点

4．2 DSP板的硬件实现

4．3 调速技术的实现

4．3．1 频率信号调整

4．3．2 频率信号测量

4．3．3 调速器调节原理

4．4 调压技术的实现

4．5 本章小结

第5章 监控系统的设计与实现

5．1 监控系统的结构设计

5．2 PLC控制机组的实现

5．2．1 PLC选型及其硬件配备

5．2．2 软件设计

5．3 人机接口的设计

5．3．1 触摸屏简介

5．3．2 数据交换的实现

5．4 系统通讯设计

5．4．1 两种通讯方式简介

5．4．2 通讯方式的选择

5．5 本章小结

第6章 机组调节系统仿真实验

6．1 调速系统模块化建模

6．1．1 调速系统各个模块组成

6．1．2 各模块建模分析

6．2 调速系统仿真

6．2．1 负荷扰动仿真

6．2．2 空载扰动仿真

6．2．3 空载频率波动仿真

6．2．3 甩负荷过程仿真

6．2 调压系统仿真

6．3 本章小结

第7章 总结与展望

7．1 研究工作的总结

7．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果