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经济型双通道小水电励磁系统研究(一)

时间:2014-07-16 15:47来源:未知 作者:admin 点击:
0 引言 通常的大型水电是传统能源,而小水电属于新能源。小水电指装机容量不超过50 MW(含50 MW)的小型水电站。截至2008 年年底,中国已建成小水电站4.5 万多座,总装机容量5 100 多万千瓦。2008年小水电发电量1 600 多亿千瓦时(相当于节约了5600 万t 标准煤,减少二氧化碳排

     0 引言


     通常的大型水电是传统能源,而小水电属于新能源。小水电指装机容量不超过50 MW(含50 MW)的小型水电站。截至2008 年年底,中国已建成小水电站4.5 万多座,总装机容量5 100 多万千瓦。2008年小水电发电量1 600 多亿千瓦时(相当于节约了5600 万t 标准煤,减少二氧化碳排放1.4 亿t),在改善生产生活条件、促进节能减排等多方面发挥了重要作用。在第五届“今日水电论坛”上水利部部长陈雷指出,2020 年全国农村水电装机力争超7 500万kW 。十七届五中全会审议通过关于制定“十二五”规划的建议,拉开了中国经济全面转型的序幕。消费、战略性新兴产业、区域振兴规划、节能减排等领域将蕴含巨大的投资机会。新能源将成为“十二五”规划主角。


     在我国相比大中型水电站自动化水平的不断提高, 小型水电站自动化仍处于非常落后的水平。本文根据小水电的特点提出了一套基于dsPIC30F6014 的双通道自并励励磁装置。它比早期的单片机励磁系统系性能好、可靠性高而且更加智能化,又比目前大型水电站流行的基于DSP 的励磁装置节约了成本。


     1 双通道经济型小水电励磁装置的结构


     同步发电机励磁装置是电力系统的重要组成部分,它除了维持发电机机端电压的恒定和控制无功功率的合理分配外,还必须有利于提高电力系统的静态、动态和暂态稳定性。励磁系统主电路包括励磁变压器、功率单元、起励、灭磁等部分[1-2]。双通道冗余结构是在单通道基础上增加一个备用通道,两个通道同时工作,主控通道进行控制调节,备用通道实时跟踪,当主控通道出现故障时备用通道自动接替主控通道实施调节,并且能够保证切换前后的机端电压和电网无功不会出现大的波动,切换过程无扰动。这样,就实现了水轮机组的不间断运行,保证了机组和电力系统的安全性和稳定性。


     2 经济型小水电励磁装置硬件和软件设计


     2.1 经济型小水电励磁装置的硬件设计


     dsPIC 是以PIC16 位单片机为核心,内嵌DSP引擎的数字信号控制器。它不仅有功能强大的外围设备和快速中断处理能力,还融合了先进的数字信号处理器功能。dsPIC 价格相对便宜,控制能力强,外设丰富,十分符合经济型小水电励磁装置的需要。在硬件设计中,根据小水电励磁装置的特点,设计了以dsPIC30F6014 为控制核心的硬件电路。包括频率跟踪模块、移相触发脉冲产生和通信单元等[3]。


     1) 频率跟踪模块:在励磁系统中,触发脉冲的形成、实时采样以及限制保护都要实时跟踪交流侧的频率。对于三相全控整流桥式电路,就是要求在各相晶闸管处于正向电压时,需要通过控制α 角来控制触发脉冲使晶闸管导通。而控制角α 的精度取决于对频率的测量。dsPIC30F6014 的输入捕捉模块可以精确捕捉电压上升沿和下降沿,这使得捕捉系统频率更加简单高效[4]。图1 为同步电压形成电路,该电路将交流信号转换为同频率的+5 V 方波信号输入到dsPIC30F6014 的输入捕捉单元。将dsPIC30F6014 中晶振频率f0 进行分频后得到的频率定为计数频率fc,这样就可以把标准计时单位定为fc,用它来度量信号的周期T,如果测出信号周期T 的宽度等于m 个标准计时脉冲,则有


     信号周期: T=m×1/fc (1)


     信号频率: f=1/T=fc/m (2)

 

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