基于pic单片机的小型同步发电机励磁控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于pic单片机的小型同步发电机励磁控制器(以下简称pic励磁控制器),包括采样单元(a)、测相单元(b)、运算控制单元(c)、同步与触发单元(d)、功率单元(e)、人机对话单元(f)、电源单元(g)，pic励磁控制器是采用一种电阻电流电路的输入电压相量与输出电压相量比较,通过数字电路与函数计算实现的相位测量，采用pic18c4521/p单片机为主芯片,pic励磁控制器所有单元集成为一主模块，插入3u机箱，具有简单、可靠、实用的优点,适用于小型同步发电机励磁控制器。
【专利说明】
基于pic单片机的小型同步发电机励磁控制器
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种基于pic单片机的小型同步发电机励磁控制器。
【背景技术】
[0002]励磁系统是发电机重要组成部分，它为同步发电机提供可调励磁电流，励磁控制系统作用是在正常运行时维持发电机机端电压和合理分配机组间的无功功率，并按系统与用户要求调节功率因数；当电力系统发生事故而使发电机机端电压下降时，对发电机进行强行励磁，以提高继电保护动作的灵敏性及发电机并列运行的稳定性，同时提高电力系统暂态稳定性与动态稳定性，抑制低频振荡;在发电机甩负荷电压升高时，对发电机进行强行减磁，以限制过电压；当发电机内部及发电机机端发生三相短路时，进行强行灭磁，以防止事故的扩大，对水轮发电机组励磁装置还起电气制动作用。同步发电机励磁控制技术是一门涉及通信技术、控制理论、控制技术、网络技术的综合技术，也是一门关系到发电机运行特性及电力系统运行安全性、稳定性的重要技术。
[0003]中小型同步发电机励磁控制，要求基本功能完备、安全可靠、结构紧凑、接线简单、体积小、成本低、运行操作简单、维修方便，能实现一个指令开停机、自动调压、自动调节无功功率，保证发电机及电力系统安全、稳定运行，便于实现无人值守与远程监控。中小型与微型发电机多数采用直流励磁机励磁系统、自并激静止可控硅励磁系统及交流励磁机旋转整流器的无刷励磁系统，其中直流励磁机励磁系统已逐渐被淘汰。
[0004]测相单元是同步发电机励磁控制器重要环节，通过它求发电机端部电压与电流相位差，并导出无功电流、功率因数，作为恒定无功功率调节控制、恒coso调节控制与限制保护用，电压一无功电流特性(常称为调差特性)用以保证发电机间并列运行的稳定性及合理分配发电机间无功功率。模拟式励磁调节器测量相位及电压一无功电流调节特性一般是采用单相、两相、三相式电阻电流电路或变压器耦合式的电路，其体积笨大，结构复杂，且有一个庞大的“调差电阻”，调整亦不方便，响应速度慢，灵敏度差，但可靠较高而且不受干扰。数字式励磁调节器测量相位及无功电流，通常采用将电流、电压整形为方波进行相位比较或用交流采样方法，其硬件电路及软件计算比较复杂。
[0005]因此，本实用新型提出一种较简单、实用的小型发电机组励磁控制器。
【发明内容】
[0006]本实用新型的任务是提供一种基于pic18c4521/p单片机的小型同步发电机励磁控制器(简称:pic励磁控制器)。本实用新型的任务是通过如下技术方案来实现的:
[0007]本实用新型的基于pic单片机的小型同步发电机励磁控制器，设置采样单元(a)、测相单元(b)、运算控制单元(c)、同步与触发单元(d)、功率单元(e)、人机对话单元(f)、电源单元(g)，采用pic18c4521/p单片机为主芯片；
[0008]本实用新型的采样单元(a)—端接至al-模拟量输入，al模入分别接至发电机c相电流(ic)、发电机端线电压(uab)、系统电压(ux)、系统频率(fx)、系统电压与发电机电压的相位差(s)、励磁电压(ul)、励磁电流(il)，另一端接至d 1-开关量输入，d i分别接至断路器位置信号dl、控制命令l，还有一端接至mi数字量输入，mi接至给定值gd;
[0009]本实用新型的测相单元(b)—端与电阻电流电路的输入电压uab、输出电压itab联接，另一端与运算控制单元(c)联接；
[0010]本实用新型的运算控制单元(c)一端联接至采样单元(a)，另一端联接至同步与触发单元(d)，还有一端联接至故障报警信号输出至报警器bz，pic励磁控制器并具有常规励磁控制器通信功能，亦即可通过485通信口接至上位机进行远方监控、通过232通信口接至触摸屏。
[0011]本实用新型的所述的功率单元(e)对可控硅励磁系统可采用三相半控桥式全波整流或三相全控桥式全波整流，对无刷励磁系统采用单相半波可控整流或单相全波可控整流，功率单元(e) —端联接至同步与触发单元(d)，另一端联接至励磁线圈lq。
[0012]本实用新型的pic励磁控制器人机对话单元(f)包括4位数码显示器显示频率、控制角、机端电压、励磁电流、cosci)的实时值与给定值，3个运行控制方式指示灯显示恒电压、恒coso、恒励磁电流的运行控制方式，4个运行参数指示灯显示频率、恒电压、控制角、给定电压值的运行参数，5个按键，分别为增励、减励、启励/灭磁、控制方式切换、招显。
[0013]与现有技术比较，本实用新型从一次电路及相量图看，与模拟式励磁调节器调差电路很相似，但事实上有重大区别，主要区别是:(1)模拟式励磁调节器调差电路的调差电阻r。是一个体积与阻值很大的可调电阻，本实用新型采用的r。是100欧姆左右的小电阻；(2)模拟式的调差电阻rc是用于改变调差系数，rc采用触点式的可调电阻，本实用新型经数字电路转换为弱电电路后，是采用小型无触点的固定电阻，改变相位及调节无功分配是用数字给定，调差系数改变是通过调整输出电压itab的放大倍数，一般不改变rc阻值；(3)本实用新型根据图3相量分柝计算，在纯有功功率(cos【附图说明】
[0014]图1是pic励磁控制器原理结构图；
[0015]其中采样单元(a)、测相单元(b)与运算控制单元(c)联接，运算控制单元(c)另一端联接至同步与触发单元(d)，还有一端联接人机对话单元(f)，同步与触发单元(d)联接至功率单元(e);
[0016]图中:(a)为采样单元、(b)为测相单元、(c)为运算控制单元、(d)为同步与触发单元、(e)为功率单元、(f)为人机对话单元、(g)电源单元、lq为励磁线圈。
[0017]i为模拟量输入，输入模拟量有发电机相电流(ic)、发电机端线电压(uab)、系统电压(ux)、系统频率(fx)、系统电压与发电机电压的相位差(φ )、励磁电压(ul)、励磁电流(il);
[0018]di为开关量输入，包括断路器位置信号dl、控制命令l和测速信号输入n;
[0019]mi为数字量输入，输入数字给定值gd。
[0020]图2是pic励磁控制器采样单元(a)的单相式电阻电流电路图；
[0021]本电路图采用ab线电压，c相电流，并联补偿电阻接在a相电压互感器；
[0022]图中:电流互感器lh，电压互感器yh，电流互感器并联的补偿电阻rc，补偿电阻rc并接在电流互感器lh的次端，并联补偿电阻rc的一端还串连于所述电压互感器yh的次端。
[0023]图3是pic励磁控制器接线框图；
[0024]图中:(a)为采样单元、(b)为测相单元、(c)为运算控制单元、(d)为同步与触发单元、(e)为功率单元。
[0025]图4是pic励磁控制器原理接线图例；
[0026]图中:f是发电机，lq是励磁线圈，lh是电压互感器，yh是电流互感器，lb是励磁变压器,a为采样单元,b为运算控制单元,c为同步与触发单元,d为功率单元。
[0027]图5是pic励磁控制器的人机对话单元(f)，
[0028]包括:4位数码显示器，6个运行状态指示灯，6个运行状态指示灯，3个运行控制方式指示灯，4个运行参数指示灯，5个按键。
[0029]4位数码显示器显示频率、控制角、电压、励流、ο^φφ的实时值与给定值；
[0030]6个运行状态指示灯显示运行、并网、低频、灭磁、欠励、过励的运行状态；
[0031]3个运行控制方式指示灯显示恒电压、恒cos? φ、恒励流的运行控制方式；
[0032]4个运行参数指示灯显示频率、恒电压、控制角、给定电压值的运行参数；
[0033]5个按键，分别为增励、减励、启励/灭磁、方式切换、招显。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图对本实用新型做进一步的描述，但不是对本实用新型的限制。
[0035]本实用新型的基于pic单片机的小型同步发电机励磁控制器，设置采样单元(a)、测相单元(b)、运算控制单元(c)、同步与触发单元(d)、功率单元(e)、人机对话单元(f)、电源单元(g)，采用pic18c4521/p单片机为主芯片；
[0036]本实用新型的采样单元(a)—端接至al-模拟量输入，al模入分别接至发电机c相电流(ic)、发电机端线电压(uab)、系统电压(ux)、系统频率(fx)、系统电压与发电机电压的相位差w)、励磁电压(ul)、励磁电流(il)，另一端接至d 1-开关量输入，d i分别接至断路器位置信号dl、控制命令l，还有一端接至mi数字量输入，mi接至给定值gd;
[0037]本实用新型的测相单元(b)—端与电阻电流电路的输入电压uab、输出电压itab联接，另一端与运算控制单元(c)联接；
[0038]本实用新型的运算控制单元(c)一端联接至采样单元(a)，另一端联接至同步与触发单元(d)，还有一端联接至故障报警信号输出至报警器bz，pic励磁控制器并具有常规励磁控制器通信功能，亦即可通过485通信口接至上位机进行远方监控、通过232通信口接至触摸屏。
[0039]本实用新型的所述的功率单元(e)对可控硅励磁系统采用三相半控桥式整流或三相全控桥式整流，对无刷励磁系统采用单相半控整流或单相全控整流，功率单元(e) —端联接至同步与触发单元(d)，另一端联接至励磁线圈lq。
[0040]本实用新型的pic励磁控制器人机对话单元(f)包括4位数码显示器显示频率、控制角、机端电压、励磁电流、cosci)的实时值与给定值，3个运行控制方式指示灯显示恒电压、恒coso、恒励磁电流的运行控制方式，4个运行参数指示灯显示频率、恒电压、控制角、给定电压值的运行参数，5个按键，分别为增励、减励、启励/灭磁、控制方式切换、招显。
[0041]测相电路(b)根据测量精度要求，可选用单相电阻电流电路与数字电路组成的单相式测相电路，也可选用两相电阻电流模拟电路与数字电路组成的两相式测相电路，所述的电阻电流电路是由电流变送器、电压变送器及补偿电阻组成的，所述的补偿电阻并接在所述电流变送器次端，该补偿电阻的一端同时串接于所述电压变送器次端。单相式测相电路由一个电流变送器，一个电压变送器及一个补偿电阻组成，两相式测相电路由两个电流变送器，两个电压变送器及两个补偿电阻组成，该两补偿电阻分别并接在所述两电流变送器次端，该两补偿电阻的一端还分别串连于所述两电压变送器次端，
[0042]所述的测相位单元(b)是采用一种电阻电流电路的输入电压相量与输出电压相量比较，通过数字电路与余弦函数计算，求得机端电压电流相位φ、无功电流iqc与功率因数coso值，所述的并联补偿电阻前(即电压互感器二次侧)电压uab与电阻后(即测相电路输出端)电压itab的相量差，它正比于无功电流iqc，因此根据相量关系，通过余弦函数计算，求无功电流iqc与功率因数cos φ值；
[0043]pic励磁控制器采样单元(a)、运算控制单元(c)、同步与触发单元(d)、功率单元
(e)、电源单元(g)集成为一主模块，插入3u机箱，机箱外壳一方面作散热用，另方面作为接地用。人机对话单元(f)嵌入面板上。
[0044]pic励磁控制器有单机系统和双机系统，双机系统可工作于单机模式，也可工作于双机模式，当单机时，则自动工作于所述的单机模式，当两台机并列运行时，则工作于所述的双机模式。双机分为a机与b机，设定a机为主控机，b机作为热备用机，兼对a机进行监控，当诊断到a机出故障，或用按键手动进行双机切换时，切换至b机；pic励磁控制器具有rs232接口可联接触模屏，同时通过rs485可联接上位机。
[0045]单相电阻电流测相电路的输出电压itab及无功电流iqc跟并联补偿电阻r。与电流、电压互感器配置及接线方式有关。
[0046]图2是单相式电阻电流测相位单元电路图，图中测相电路的输入电压与发电机端电压同相(即pt为y/y-12接线)，采用ab线电压，c相电流，并联补偿电阻接在b相，电压引自电压互感器yh 二次侧。
[0047]测相位电路输出电压clab主要与无功电流分量有关，与有功电流分量关系不大。在(kcosci)〈i时，不是输入电压与补偿电阻re电阻前后压降算术相减，而是相量相减，因此应通过相量运算，这里采用佘弦函数运算。测相电路输出cab与输入uab之差，不是直接数值相减，测相电路输出itab与输入电压uab相量差，正比于无功电流iqc =ic，小型发电机励磁控制器也可以采用为两相式电阻电流测相电路。两相式电阻电流测相电路包括两个电流互感器lh，两个电压互感器yh及两个并联补偿电阻rcj且成，两相式测相电路比单相测相电路测量准确度较高，但一次电路较复什。
[0048]图5是pic励磁控制器的人机对话单元(f)，包括:
[0049]4位数码显示器，6个运行状态指示灯，6个运行状态指示灯，3个运行控制方式指示灯，4个运行参数指示灯，5个按键。
[0050]4位数码显示器显示频率、控制角、电压、励流、ο^φφ的实时值与给定值；
[0051]6个运行状态指示灯显示运行、并网、低频、灭磁、欠励、过励的运行状态；
[0052]3个运行控制方式指示灯显示恒电压、恒cos? φ、恒励流的运行控制方式；
[0053]4个运行参数指示灯显示频率、恒电压、控制角、给定电压值的运行参数；
[0054]5个按键，分别为增励、减励、启励/灭磁、方式切换、招显。
[0055]人机对话单元(f)装在面板上。
[0056]以上是本实用新型的的具体实施例，凡依上述构思所作的相类似改变，理应属本实用新型的的范围。
【主权项】
1.基于pic的小型同步发电机励磁控制器，其特征在于:所述的基于pic的小型同步发电机励磁控制器，设置采样单元(a)、测相单元(b)、运算控制单元(c)、同步与触发单元(d)、功率单元(e)、人机对话单元(f)、电源单元(g)，采用pic18c4521/p单片机为主芯片； 采样单元(a) —端接至al—模拟量输入，al模入分别接至发电机c相电流(ic)、发电机端线电压(uab)、系统电压(ux)、系统频率(fx)、系统电压与发电机电压的相位差(δ)、励磁电压(ul)、励磁电流(il)，另一端接至d 1-开关量输入，d i分别接至断路器位置信号dl、控制命令l，还有一端接至mi数字量输入，mi接至给定值gd; 测相单元(b)—端与电阻电流电路的输入电压uab、输出电压itab联接，另一端与运算控制单元(c)联接； 运算控制单元(c) 一端联接至采样单元(a)，另一端联接至同步与触发单元(d)，还有一端联接至故障报警信号输出至报警器bz，pic励磁控制器并具有常规励磁控制器通信功能，它可通过485通信口接至上位机进行远方监控、通过232通信口接至触摸屏； 功率单元(e)对可控硅励磁系统采用三相半控桥式全波整流或三相全控桥式全波整流，对无刷励磁系统采用单相半波可控整流或单相全波可控整流，功率单元(e) —端联接至同步与触发单元(d)，另一端联接至励磁线圈lq; 人机对话单元(f)包括4位数码显示器显示频率、控制角、机端电压、励磁电流、cosci)的实时值与给定值，3个运行控制方式指示灯显示恒电压、恒coso、恒励磁电流的运行控制方式，4个运行参数指示灯显示频率、恒电压、控制角、给定电压值的运行参数，5个按键，分别为增励、减励、启励/灭磁、控制方式切换、招显。2.根据权利要求1所述的基于pic的小型同步发电机励磁控制器，其特征在于:所述的测相电路(b)根据测量精度要求，可选用单相电阻电流电路与数字电路组成的单相式测相电路，也可选用两相电阻电流模拟电路与数字电路组成的两相式测相电路，所述的电阻电流电路是由电流变送器、电压变送器及补偿电阻组成的，所述的补偿电阻并接在所述电流变送器次端，该补偿电阻的一端同时串接于所述电压变送器次端； 单相式测相电路由一个电流变送器，一个电压变送器及一个补偿电阻组成，两相式测相电路由两个电流变送器，两个电压变送器及两个补偿电阻组成，该两补偿电阻分别并接在所述两电流变送器次端，该两补偿电阻的一端还分别串连于所述两电压变送器次端。3.根据权利要求1所述的基于pic的小型同步发电机励磁控制器，其特征在于:所述的测相位单元(b)是采用一种电阻电流电路的输入电压相量与输出电压相量比较，通过数字电路与余弦函数计算，求得发电机机端电压电流相位φ、无功电流iqc与功率因数cosci)值，电压互感器二次侧电压uab与测相电路输出端电压itab的相量差，它正比于无功电流iqc，因此4.根据相量关系，通过余弦函数计算，求无功电流iqc与功率因数cosci)值。4.根据权利要求1所述的基于pic的小型同步发电机励磁控制器，其特征在于:所述的采样单元(a)、运算控制单元(c)、同步与触发单元(d)、功率单元(e)、电源单元(g)集成为一主模块，插入3u机箱，机箱外壳一方面作散热用，另方面作为接地用，人机对话单元(f)嵌入面板上。5.根据权利要求1所述的基于pic的小型同步发电机励磁控制器，其特征在于:所述的励磁控制器有单机系统和双机系统，双机系统可工作于单机模式，也可工作于双机模式，当单机系统时，则自动工作于所述的单机模式，当双机并列运行时，则工作于所述的双机模式，双机分为a机与b机，设定a机为主控机，b机作为热备用机，兼对a机进行监控，当诊断到a机出故障，则自动或用按键手动进行双机切换，切换至b机运行；pic励磁控制器具有rs232接口可联接触模屏，同时通过rs485可联接上位机进行远方监控。
【文档编号】h02p9/30gk205566150sq201620215506
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】戴树梅, 戴超波
【申请人】戴树梅