专利名称：一种全数字式的在线变参数的励磁调节器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种全数字式的在线变参数的励磁调节器，更确切地说，它是属于一种利用计算机实现交流或直流功率输入变换为直流功率输出的同步电机的励磁调节器。
根据检索文献可知微机型励磁调节器80年代中已在国内外出现，对中小型电机均采用PID控制。在PID控制中其控制算法目前多数是采用理想的PID控制，有些文献提出用积分分离法，也有的文献认为应采用在线变总增益的变参数法，前者控制方式在大偏差时，将积分项去除；后者控制方式，是在大扰动时，加大微分比例因子，同时积分因子也增大，这会引起振荡及超调。本实用新型采用的在线变参数是在线变积分因子，同时变微分因子。防止了在大扰动时，微分信号急剧升、降引起振荡，同时也防止了积分系数太大使积分饱和超调。
观察目前励磁调节器的测量单元，目前多数采用电压变送器、电流变送器，有功功率变送器，无功功率送器及励流变送器。其中无功率送器是恒无功及调差单元所必须的，有功变送器是作为低励限制用的。由于无功变送器存在很多缺点，因此，本设计人与陈树棠等在专利CN2166559Y提出一种“无功率变送器的微机励磁调节器”，利用模拟式调节器的电阻补偿法构成无功电流测量单元，此方法保留了补偿电阻，不同的是调差系数的改变不是调电阻，而是用数字给定。此方法该电阻选择必须恰当，否则有功电流会对无功测量产生影响。
本实用新型目的就是设计一种全数字式的在线变参数的励磁调节器。
本实用新型是这样实现的，它主要由测量单元、调差单元、电压/无功比较单元、运算控制单元、同步与触发控制单元、脉冲放大单元及功率单元组成，其硬件结构主要由中央控制器，模拟量输入通道，开关量输入/输出通道、脉冲输出通道、通信接口及人机对话设备等组成，其测量单元用相位差检测回路，取代无功功率变送器及使用硬件电阻构成的模拟式补偿装置，相位差测量环节一端与调差单元相连，另一端分别与电流变送器和电压变送器相连。
本实用新型具有以下的特点其调节系统包括测量比较单元、调差单元、运算控制单元、移相触发单元及功率单元。调差单元不用无功变送器，亦不依赖于模拟式的补偿装置，其调差特性用软件实现、调差系数用数字给定，同时采用交流采样；调节规律采用不完全微分算式，同时根据系统运行情况在线变积分和变微分、比例因子。本实用新型具有结构简单、可靠，调节特性好，成本低，调试方便等优点，适用于中小型电机的励磁调节。
以下将结合附图对本实用新型具体实例作进一步的描述
图1为数字式自动励磁控制系统原理框图图2为数字式自动励磁调节器硬件结构框图图3为数字式自动励磁调节控制系统图图4为测量单元结构框图图5为相位差测量环节结构框图图1中，A为测量单元、B为调差单元、C为电压/无功比较单元、D为运算控制单元、E为同步与触发控制单元、F为脉冲放大单元。
图2中，G0为光耦，K0为开关量，T/M为同步/触发脉冲，MF为脉冲放大。
图4中，BA为电流变送器；BV为电压变送器；Φ为相位差测量单元图5中，A为滤波器；B为比较器；C为反相器本实用新型推出的一种全数字式在线变参数的励磁调节器，它不用无功变送器，有功变送器，亦不借助于电阻硬件等构成模拟式补偿装置来取得无功电流。在控制规律上采用不完全微分在线改变积分、微分和比例因子，但此三者不是同时增大或减小，在大扰动时后者作用方向是相反的。本实用新型是将一般的微机励磁调节器中的测量单元A，不用无功功率变送器，亦不用电阻、变送器等构成的无功电源测量单元A，无功电流、无功功率的取得是利用测量发电机端线电压与线电流的相位差。当发电机端电压与电流相位差为零时，即各相电源的相电压与相电电流相位差为零时，即Φ=0,sinΦ=0,cosΦ=1,IQ=0；当发电机相电压与电流相位差不为零时，即cosΦ≠0时，IQ≠0。此时，若发电机电流越前于电压，在0～90°，发电机呈容性，发电机吸收系统感性无功电流(即进相运行)；若发电机电流迟后于电压，在0～90°，呈感性，发电机发感性无功功率。无功电流、无功功率、有功功率的测量是利用机端线电压与其线电流之间的向量关系，通过一相位差检测单元检测其相位差，并变为时间及相应电角度，而求得Φ,sinΦ、cosΦ求出无功电流有无功功率及有功功率，相位差测量单元A主要用于求得无功功率及有功功率。先通过低滤波比较器获得低频信号，然后通过比较器得到方波信号，最后接计算机进行比较。测量单元A中的无功电流、无功功率、有功功率的测量采用交流采样的交流电压电流变送器，取代了通常的I/U变换电阻及整流型电压变送器，其测量单元A中一般只需电压、电流两个交流变送器，此外还有测励流用的直流变送器。在采用双机系统时，两机电流、电压变送器接至不同相的电压、电流互感器。
其硬件结构调节系统中的调差单元B不用无功变送器亦不用硬件电阻等构成的模拟式补偿装置。其控制算法采用不完全微分在线变积分，同时变微分和比例因子。
无功电流、无功功率、有功功率的测量是利用机端线电压与其线电流之间的向量关系，通过一检测比较电路检测其相位差，并变为时间及相应电角度，而求得Φ,sinΦ、cosΦ并求出无功电流有无功功率及有无功功率作为调差计算，恒无功调节及低励限制等用。
采用新的一种在线变参数法，即积分因子随电网扰动量大小变化，扰动大时积分因子小，扰动小时积分因子大。而微分因子在大扰动时是增大。
本机调节控制运算单元D，采用不完全微分的改进型的PID算式，本调节器用的不完全微分控制算式是△(k)=p(k)-p(k-1)=kp[e(k)-e(k-1)]+kIe(k)+kD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+a[pd(k-1)-pd(k-2)]=kp[e(k)-e(k-1)]+KD[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]+kIe(k)+a[pd(k-1)-pd(k-2)]式中kp、K1为变参数因子，kI按变速积分因子，偏差越大，积分越慢，反之越快。
同时采用一种新的在线变参数的参数自适应系统，即在线变速积分，此变积分因子自适于电网的扰动量而变化，当扰动大时积分因子小，而扰动小时积分因子大，而微分因子随扰动是增大而增大。
变积分的PID算式如下设置一个函数f[e(k)]，当e(k)增大时，f减小，反之增大。f与e(n)的系统设为线性关系。
其积分因子算式如下设置一个函数f[e(k)]，当｜e(k)｜增大时，f减小，反之增大。每次采样后用f[e(k)]乘e(k)，再累加。
设PID输出为P(K)=Pp(k)+PI(K)+PD(k)其中积分项输出为 f值在[0,1]变化，当e(k)＞分离区间(M+N)时，f=0，不再累加当e(k)小于N时f=1，累加速度最快。
权利要求1．一种全数字式的在线变参数的励磁调节器，它主要由测量单元(A)、调差单元(B)、电压/无功比较单元(C)、运算控制单元(D)、同步与触发控制单元(E)、脉冲放大单元(F)及功率单元组成，其硬件结构主要由中央控制器，模拟量输入通道，开关量输入/输出通道、脉冲输出通道、通信接口及人机对话设备等组成，其特征在于其测量单元(A)用相位差检测回路，取代无功功率变送器及使用硬件电阻构成的模拟式补偿装置，相位差测量单元(A)一端与调差单元(B)相连，另一端分别与电流变送器和电压变送器相连。
专利摘要本实用新型公开了一种全数字式在线变参数励磁调节器。调节系统包括测量单元、调差单元、运算控制单元、移相触发单元及功率单元。其调差单元不用无功变送器,亦不依赖于模拟式的补偿装置,调差特性用软件实现、调差系数用数字给定,同时采用交流采样;调节规律采用不完全微分算式,同时根据系统运行情况在线变积分和变微分、比例因子。本实用新型具有结构简单、可靠,成本低,调试方便等优点,特别适用于中小型电机的励磁调节。
文档编号H02P5/00GK2444342SQ0022112
公开日2001年8月22日 申请日期2000年7月18日 优先权日2000年7月18日
发明者戴树梅, 戴超波, 施隆照 申请人:福建省智海自动化科技有限公司