發(fā)電機(jī)電氣量測量和電壓調(diào)節(jié)計(jì)算
發(fā)布時(shí)間：2023-09-23 點(diǎn)擊：249
發(fā)電機(jī)電氣量測量和電壓調(diào)節(jié)計(jì)算
aer工作過程中，需將發(fā)電機(jī)的各種電氣量轉(zhuǎn)換成微機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量，不僅調(diào)節(jié)控制計(jì)算時(shí)要采用，限制程序中同樣要采用。因此，電壓調(diào)節(jié)計(jì)算程序、限制控制程序中均有采樣程序，用以獲取各種電氣量的數(shù)字量。被采集的電氣量有機(jī)端電壓ug、有功功率p、無功功率q、定子電流ig、勵(lì)磁電壓ufd、勵(lì)磁電流ifd、發(fā)電機(jī)頻率f（空載時(shí)反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速）、勵(lì)磁變低壓側(cè)電流。
一、電氣量測量
1．發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測量
發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測量要求有較高的測量精度，因?yàn)槠涫莿?lì)磁調(diào)節(jié)的最重要依據(jù)，應(yīng)當(dāng)采用交流采樣方式實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的原因，電動(dòng)勢中存在各種諧波，可以在采樣電路的交流側(cè)配備級(jí)聯(lián)式有源濾波器濾除高次諧波，低通效果要好。a／d變換的位數(shù)取用高位數(shù)的。在電壓有效值計(jì)算程序中，采用濾波效果好的計(jì)算方法濾除低次諧波，提高測量精度。
通過電壓互感器tv1（專用電壓互感器）、tv2（儀用電壓互感器）可測量機(jī)端電壓。采用兩只電壓互感器的目的是防止專用電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷引起aer誤強(qiáng)勵(lì)。
機(jī)端電壓測量有兩種方式：
① 將經(jīng)輸入電路隔離變換后的三相電壓進(jìn)行整流、濾波變成直流電壓，再經(jīng)a／d變換，變成微機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量；
② 將隔離變換后的三相電壓先進(jìn)行a／d變換，變換成數(shù)字量后，取出正序電壓，再進(jìn)行數(shù)字濾波獲得微機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量。采用發(fā)電機(jī)的正序電壓反映機(jī)端電壓可提高系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)aer的檢測靈敏度。
發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測量示意圖
2．定子電流測量
定子電流數(shù)字量可采用傅氏算法直接求得；也可通過整流、濾波變換成直流量，再經(jīng)a／d變換測量三相電流。
3．有功功率和無功功率的測量
在aer中，有功功率和無功功率測量有兩種方式：
① 采用功率變送器，直接獲得三相有功功率和三相無功功率的數(shù)字量；
② 應(yīng)用定子電壓、定子電流的采樣值直接計(jì)算出發(fā)電機(jī)三相有功功率和三相無功功率。前者要增加硬件設(shè)備，后者不增加硬件設(shè)備，完全由軟件實(shí)現(xiàn)。
4．勵(lì)磁電流測量
勵(lì)磁電流可通過接在勵(lì)磁回路中的分流器、交流／直流變換器濾波后，經(jīng)a／d變換就可測得勵(lì)磁電流。在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中，由于橋式整流電路兩側(cè)的電流具有一定的比例關(guān)系，因此，測量整流電路交流側(cè)電流可以推算出直流側(cè)的轉(zhuǎn)子電流，即測量勵(lì)磁變低壓側(cè)電流（圖6-33中ta2的二次電流）來反映勵(lì)磁電流。
無刷發(fā)電機(jī)勵(lì)磁原理圖
二、發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)計(jì)算
電壓調(diào)節(jié)計(jì)算主要由采樣、調(diào)差計(jì)算、測量比較、pid計(jì)算等組成。其中采樣計(jì)算就可獲得有關(guān)發(fā)電機(jī)的各種電氣量，供電壓調(diào)節(jié)計(jì)算時(shí)使用。
1．調(diào)差計(jì)算（調(diào)差環(huán)節(jié)）
將電壓測量值ug與整定值uref直接比較，得到電壓差值δug，即無差調(diào)節(jié)特性為
δug=k1(ug－uref)(6-25)
式中ug——發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗；
uref ——發(fā)電機(jī)電壓給定值；
k1——比例系數(shù)k1＜0。
當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于整定值時(shí)，輸出將是一個(gè)負(fù)的電壓差值。
考慮調(diào)差系數(shù)的有差特性為
δug=k1(ug+δqg-uref )(6-26)
式中qg——發(fā)電機(jī)機(jī)端無功功率測量值；
δ——發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)。
其他參數(shù)同式（6-25）。
經(jīng)數(shù)值采樣后機(jī)端電壓的數(shù)字表達(dá)為ug（kt），調(diào)節(jié)器對(duì)機(jī)端電壓的設(shè)定值為uref（kt）。
無差特性為
δu(kt)=kp[ug(kt)－uref(kt)](6-27)
在電壓差計(jì)算公式中加入調(diào)差系數(shù)δ與發(fā)電機(jī)輸出的無功功率qg的乘積。改變發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)δ，即取士δq（kt），可以得到不同的發(fā)電機(jī)有差特性，即
δu(kt)=kp[ug(kt)±δqg(kt)－uref (kt)](6-28)
式中ug（kt）——發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓采樣值；
qg（kt）——發(fā)電機(jī)無功功率的采樣值；
uref （kt）——電壓給定值的采樣值；
kp——勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)；
δ——調(diào)差系數(shù)。
從式（6-28）可以看出，考慮調(diào)差系數(shù)后，測量比較的電壓為ug±δq。當(dāng)δ前取“＋”號(hào)時(shí)，若qg增加，測量比較的輸入電壓比機(jī)端電壓給定值要高，則調(diào)節(jié)器將減少勵(lì)磁，使調(diào)差特性下傾即正調(diào)差；若取“－”號(hào)，則使測量比較的電壓比機(jī)端電壓設(shè)定值低，調(diào)節(jié)器將加大勵(lì)磁，使電壓升高，結(jié)果是調(diào)差特性上翹即負(fù)調(diào)差。
當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出無功功率qg（電流）變化時(shí)，其變化量乘以調(diào)差系數(shù)δ，相應(yīng)影響測量比較的結(jié)果，由此影響發(fā)電機(jī)電壓的相對(duì)變化。
2．pid調(diào)節(jié)計(jì)算
pid計(jì)算環(huán)節(jié)輸入的是偏差信號(hào)電壓δu（n），輸出的是信號(hào)電壓y（n）。pid計(jì)算就是比例、積分、微分運(yùn)算，在模擬式控制裝置中，pid的調(diào)節(jié)規(guī)律為
式中 kp——比例放大系數(shù)；
k1——積分系數(shù)；
kd——微分系數(shù)。
比例調(diào)節(jié)用以提高aer調(diào)節(jié)靈敏度，kp愈大，aer靈敏度愈高；積分調(diào)節(jié)用以提高調(diào)節(jié)精度，即使δu（t）很小，但經(jīng)一段時(shí)間積分后，就有一定量的y（t），aer調(diào)節(jié)結(jié)果使δu（t）更小，即機(jī)端電壓更趨近給定電壓，當(dāng)然增大k1可進(jìn)一步提高調(diào)節(jié)精度；微分調(diào)節(jié)可提高調(diào)節(jié)速度，特別在機(jī)端電壓發(fā)生突變時(shí)，可使aer快速作出反應(yīng)。kp、k1、kd系數(shù)的選擇，應(yīng)保證aer穩(wěn)定運(yùn)行，并處最佳匹配狀態(tài)。在數(shù)字式aer中，可在線（發(fā)電機(jī)空載時(shí)）修改參數(shù)。
用離散采樣值計(jì)算時(shí)，差分方程為
式中 ty ——采樣計(jì)算周期；
δu（n）——t＝nty，時(shí)刻偏差電壓δu（t）采樣值；
δu（k）——t＝kty，時(shí)刻偏差電壓δu（t）采樣值；
y（n）——t＝nty，時(shí)刻pid計(jì)算輸出值；
y（0）——初始輸出值。
可以看出，y（n）與過去的狀態(tài)有關(guān)。為使aer調(diào)節(jié)平穩(wěn)、無沖擊，廣泛采用增量算法。即將n時(shí)刻和n-1時(shí)刻的y（t）值相減，可得增量算法表達(dá)式為
其中，δy（n）為t＝nty時(shí)刻輸出電壓增量，故y（n）可表示為
y(n)=y(n－1)+δy(n)(6-32)
式中 y（n）——數(shù)字移相的輸入控制信號(hào)。
康明斯PowerBloc C2750D5B集裝箱式機(jī)組順利通過72小時(shí)耐久性測試考驗(yàn)
上柴發(fā)電機(jī)組潤滑油的粘度過大會(huì)有什么后果？
柴油發(fā)電機(jī)組在潮濕環(huán)境下使用時(shí)該如何維護(hù)？
高效延長柴油發(fā)電機(jī)組蓄電池使用壽命的秘訣，就在這
柴油發(fā)電機(jī)組對(duì)氣門間隙作出動(dòng)態(tài)調(diào)整：過大或過小都有害
簡單易懂！風(fēng)力發(fā)電機(jī)原理及結(jié)構(gòu)知識(shí)介紹
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柴油發(fā)電機(jī)組的內(nèi)冷水的處理用什么辦法呢
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一、電氣量測量
1．發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測量
發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓測量要求有較高的測量精度，因?yàn)槠涫莿?lì)磁調(diào)節(jié)的最重要依據(jù)，應(yīng)當(dāng)采用交流采樣方式實(shí)現(xiàn)。由于發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)的原因，電動(dòng)勢中存在各種諧波，可以在采樣電路的交流側(cè)配備級(jí)聯(lián)式有源濾波器濾除高次諧波，低通效果要好。a／d變換的位數(shù)取用高位數(shù)的。在電壓有效值計(jì)算程序中，采用濾波效果好的計(jì)算方法濾除低次諧波，提高測量精度。
通過電壓互感器tv1（專用電壓互感器）、tv2（儀用電壓互感器）可測量機(jī)端電壓。采用兩只電壓互感器的目的是防止專用電壓互感器高壓側(cè)熔絲熔斷引起aer誤強(qiáng)勵(lì)。
機(jī)端電壓測量有兩種方式：
① 將經(jīng)輸入電路隔離變換后的三相電壓進(jìn)行整流、濾波變成直流電壓，再經(jīng)a／d變換，變成微機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量；
② 將隔離變換后的三相電壓先進(jìn)行a／d變換，變換成數(shù)字量后，取出正序電壓，再進(jìn)行數(shù)字濾波獲得微機(jī)能識(shí)別的數(shù)字量。采用發(fā)電機(jī)的正序電壓反映機(jī)端電壓可提高系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路故障時(shí)aer的檢測靈敏度。
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2．定子電流測量
定子電流數(shù)字量可采用傅氏算法直接求得；也可通過整流、濾波變換成直流量，再經(jīng)a／d變換測量三相電流。
3．有功功率和無功功率的測量
在aer中，有功功率和無功功率測量有兩種方式：
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② 應(yīng)用定子電壓、定子電流的采樣值直接計(jì)算出發(fā)電機(jī)三相有功功率和三相無功功率。前者要增加硬件設(shè)備，后者不增加硬件設(shè)備，完全由軟件實(shí)現(xiàn)。
4．勵(lì)磁電流測量
勵(lì)磁電流可通過接在勵(lì)磁回路中的分流器、交流／直流變換器濾波后，經(jīng)a／d變換就可測得勵(lì)磁電流。在自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)中，由于橋式整流電路兩側(cè)的電流具有一定的比例關(guān)系，因此，測量整流電路交流側(cè)電流可以推算出直流側(cè)的轉(zhuǎn)子電流，即測量勵(lì)磁變低壓側(cè)電流（圖6-33中ta2的二次電流）來反映勵(lì)磁電流。
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1．調(diào)差計(jì)算（調(diào)差環(huán)節(jié)）
將電壓測量值ug與整定值uref直接比較，得到電壓差值δug，即無差調(diào)節(jié)特性為
δug=k1(ug－uref)(6-25)
式中ug——發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗；
uref ——發(fā)電機(jī)電壓給定值；
k1——比例系數(shù)k1＜0。
當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于整定值時(shí)，輸出將是一個(gè)負(fù)的電壓差值。
考慮調(diào)差系數(shù)的有差特性為
δug=k1(ug+δqg-uref )(6-26)
式中qg——發(fā)電機(jī)機(jī)端無功功率測量值；
δ——發(fā)電機(jī)調(diào)差系數(shù)。
其他參數(shù)同式（6-25）。
經(jīng)數(shù)值采樣后機(jī)端電壓的數(shù)字表達(dá)為ug（kt），調(diào)節(jié)器對(duì)機(jī)端電壓的設(shè)定值為uref（kt）。
無差特性為
δu(kt)=kp[ug(kt)－uref(kt)](6-27)
在電壓差計(jì)算公式中加入調(diào)差系數(shù)δ與發(fā)電機(jī)輸出的無功功率qg的乘積。改變發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)δ，即取士δq（kt），可以得到不同的發(fā)電機(jī)有差特性，即
δu(kt)=kp[ug(kt)±δqg(kt)－uref (kt)](6-28)
式中ug（kt）——發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓采樣值；
qg（kt）——發(fā)電機(jī)無功功率的采樣值；
uref （kt）——電壓給定值的采樣值；
kp——勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)；
δ——調(diào)差系數(shù)。
從式（6-28）可以看出，考慮調(diào)差系數(shù)后，測量比較的電壓為ug±δq。當(dāng)δ前取“＋”號(hào)時(shí)，若qg增加，測量比較的輸入電壓比機(jī)端電壓給定值要高，則調(diào)節(jié)器將減少勵(lì)磁，使調(diào)差特性下傾即正調(diào)差；若取“－”號(hào)，則使測量比較的電壓比機(jī)端電壓設(shè)定值低，調(diào)節(jié)器將加大勵(lì)磁，使電壓升高，結(jié)果是調(diào)差特性上翹即負(fù)調(diào)差。
當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出無功功率qg（電流）變化時(shí)，其變化量乘以調(diào)差系數(shù)δ，相應(yīng)影響測量比較的結(jié)果，由此影響發(fā)電機(jī)電壓的相對(duì)變化。
2．pid調(diào)節(jié)計(jì)算
pid計(jì)算環(huán)節(jié)輸入的是偏差信號(hào)電壓δu（n），輸出的是信號(hào)電壓y（n）。pid計(jì)算就是比例、積分、微分運(yùn)算，在模擬式控制裝置中，pid的調(diào)節(jié)規(guī)律為
式中 kp——比例放大系數(shù)；
k1——積分系數(shù)；
kd——微分系數(shù)。
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式中 ty ——采樣計(jì)算周期；
δu（n）——t＝nty，時(shí)刻偏差電壓δu（t）采樣值；
δu（k）——t＝kty，時(shí)刻偏差電壓δu（t）采樣值；
y（n）——t＝nty，時(shí)刻pid計(jì)算輸出值；
y（0）——初始輸出值。
可以看出，y（n）與過去的狀態(tài)有關(guān)。為使aer調(diào)節(jié)平穩(wěn)、無沖擊，廣泛采用增量算法。即將n時(shí)刻和n-1時(shí)刻的y（t）值相減，可得增量算法表達(dá)式為
其中，δy（n）為t＝nty時(shí)刻輸出電壓增量，故y（n）可表示為
y(n)=y(n－1)+δy(n)(6-32)
式中 y（n）——數(shù)字移相的輸入控制信號(hào)。
康明斯PowerBloc C2750D5B集裝箱式機(jī)組順利通過72小時(shí)耐久性測試考驗(yàn)
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柴油發(fā)電機(jī)組在潮濕環(huán)境下使用時(shí)該如何維護(hù)？
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