摘要：介紹了以DSP單片機為控制核心的同步發(fā)電機原動系統(tǒng)仿真器的原理、硬件構(gòu)成和軟件設計，并給出了現(xiàn)場靜態(tài)和動態(tài)測試結(jié)果。試驗結(jié)果表明，該仿真系統(tǒng)能很好地實現(xiàn)對原型電動機各特性的仿真。
關鍵詞：DSP；離散化處理；原動系統(tǒng)；動態(tài)特性  

3.1 電流環(huán)子程序

3.1.1電流調(diào)節(jié)器的差分方程

3.1.2電流環(huán)子程序

DSP芯片通過高速入口捕捉光學編碼器的脈沖信號，經(jīng)過軟件處理得到實時轉(zhuǎn)速，對速度環(huán)節(jié)，依差分方程得出原動機的輸出功率Pm（K）, 以Pm（K）作為電流調(diào)節(jié)器的給定值，按圖3進行流程計算，最后給出一個和晶閘管延遲角α相對應的控制量Uc（K）。

圖3 電流環(huán)子程序流程圖  圖4 移相觸發(fā)子程序流程圖

3.2移相觸發(fā)子程序

由單片機產(chǎn)生所需的晶閘管移相觸發(fā)脈沖,必須包括同步電壓檢測環(huán)節(jié)、移相延遲角定時環(huán)節(jié)、觸發(fā)脈沖時序分配環(huán)節(jié)等部分，與模擬電路實現(xiàn)的方法類似。產(chǎn)生觸發(fā)脈沖的控制軟件如圖4所示。

3.3繼電保護子程序

完善可靠的報警保護系統(tǒng)對于保證試驗過程中的人身和設備安全具有重要意義，本文重點研究和實現(xiàn)了完善的保護功能。主要包括：過速保護、過流保護、過壓保護、失磁保護、仿真器內(nèi)部故障（包括CPU等）、紅外線測速裝置故障保護等六個方面的保護。保護動作值可以根據(jù)需要進行整定。計算機對檢測到的參數(shù)進行判斷和處理，當檢測到控制系統(tǒng)出現(xiàn)過速、過流、過壓、失磁等故障時，立刻啟動保護電路，使主回路跳閘、迅速切除故障，同時發(fā)出聲光提示信號并指明故障類型。以下是采用匯編語言編寫的飛車（失磁）保護子程序。

ORG  3500H

Excition_lose:  LD     AX，#C7FFH  ；送控制字地址，A1A0=11B

LDB    BL，#92H    ；輸入控制字，方式0

STB    BL，[AX]    ；將方式控制字送送端口

DEC    AX          ；指向C口，A1A0=10B

LDB    BL，#04H   ;

STB    BL，[AX]    ；Pc.3=1跳失磁出口保護繼電器

RET

4 現(xiàn)場測試及實驗結(jié)果分析

4.1靜態(tài)性能測試

切除調(diào)速器，使同步發(fā)電機有功至滿載運行，稍微改變負載，電動機將出現(xiàn)自平衡狀態(tài)，由此可得到在額定轉(zhuǎn)速附近的M-n曲線，如圖5所示。

圖5模擬原動機的機械特性

由圖5可見，模擬原動機的機械特性在額定轉(zhuǎn)速附近基本上是線性的，斜率可通過調(diào)整電流和轉(zhuǎn)速的反饋比來實現(xiàn)，因此直流電動機模型與真實原動機相同。

4.2 動態(tài)性能測試

將調(diào)速器投入，使模擬發(fā)電機正常啟動，轉(zhuǎn)速升至額定值后滿負荷運行，突然100%甩負荷，記錄轉(zhuǎn)速的變化過程，水輪機的錄波圖（部分）如圖6所示。曲線與同步發(fā)電機甩負荷的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程完全一致。改變某一參數(shù)重復上述試驗，然后進行比較，可以得出：τ₀和τ_s中任意一個加大，動態(tài)特性變差，轉(zhuǎn)速過渡過程時間增長；δ，τ_w和τ_rk 中任意一個加大，動態(tài)特性變好，轉(zhuǎn)速過渡過程時間減少。錄波圖所顯示出的水輪機輸出波形的變化過程與實際情況相符，充分體現(xiàn)了電力系統(tǒng)動態(tài)模擬試驗再現(xiàn)試驗對象真實物理過程的特點。

圖6水輪機突然100%甩負荷轉(zhuǎn)速的暫態(tài)響應錄波圖（部分）

5 結(jié)論

本文設計的同步發(fā)電機原動系統(tǒng)仿真模型，以DSP芯片為控制核心，通過調(diào)速器模型與電流速度雙反饋，實現(xiàn)了對原型調(diào)速器、水汽管道以及自平衡特性的仿真。錄波圖所顯示出的原動系統(tǒng)仿真模型動態(tài)特性波形的變化過程及其基本規(guī)律與實際調(diào)速系統(tǒng)情況相符；改變調(diào)速系統(tǒng)仿真模型的參數(shù)值，達到了對原型調(diào)速器不同參數(shù)下動態(tài)特性進行模擬的預期目的，充分顯示了電力系統(tǒng)動態(tài)模擬實驗再現(xiàn)試驗對象真實物理過程的特點。錄波圖證明：該原動系統(tǒng)仿真器具有動態(tài)性能好、響應快的優(yōu)點，較為準確地反映了變化參數(shù)對原動系統(tǒng)帶來的影響。

本文作者創(chuàng)新點：（1）采用DSP芯片取代相關模擬電路或80C196KC芯片的控制功能，突破傳統(tǒng)模擬控制與數(shù)?；旌峡刂颇Ｊ?，簡化了硬件構(gòu)成，并實現(xiàn)對原動系統(tǒng)仿真器的全數(shù)字控制。（2）采用液晶顯示器實時顯示各運行參數(shù)，用戶操作便捷，顯示直觀。

 

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