专利名称：水轮发电机组dsp微机励磁、调速调节器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器，特别是采用一套 调节器既可实现发电机机端电压和无功的调节，也可实现水轮机频率和有功的调节。
背景技术：
早在上世纪七十年代，水轮机微机调速器均是基于单板机或单片机开发的。因当 时系统设计、器件选择、生产工艺等方面的原因，微机调速器电气部份故障率相对较高，为 此，科研与制造单位以通用PLC和PCC控制器为平台，研制了基于PLC和PCC的水轮机微机 调速器。该类调速器电气部份的硬件为工业化批量生产的通用件，调速器生产厂家只需专 注于软件的设计，因此，系统可靠性得到了大幅提高，取得了很好的应用效果。应该说，PLC 或PCC调速器的开发应用，对提高我国微机调速器的可靠性，推动我国调速器制造商的成 长起到了居功至伟的作用。但是，我们更应该看到，PLC或PCC型调速器的应用也阻碍了我 国具有自主知识产权的调速器硬件平台的研究和开发，我们应该有适应水轮机调节专用的 硬件核心部件，我国继电保护专业、发电机励磁专业没有采用通用的控制器，目前都有自主 开发的硬件平台，技术性能和可靠性同样得到了保证。随着MCU技术的飞速发展，开发具有 自主知识产权的调速器硬件平台已是调速器进一步发展的必然。DSP是一种独特的微处理器，它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒 数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑 芯片。采用一体化DSP芯片来实现水轮发电机组的励磁、调速调节与控制已成为可能。
发明内容本实用新型的目的是设计一种水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器，实现同 时对发电机和水轮机的调节与控制，不需要进行选择，实现软、硬件的一体化，也就是说，在 一套调节板上，同时存放有发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元。本实用新型的技术方案本实用新型的水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器 包括发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元，将发电机励磁控制单元和水轮机调速 器控制单元集成于DSP—体化的硬件中，DSP与外界的连接包括脉冲量输入端、模拟量输 入端、开关量输入端、至励磁可控硅单元的脉冲量输出端、至调速器随动系统的模拟量输出 端，DSP中包含脉冲量、模拟量、开关量采集单元，脉冲量、模拟量、开关量的输出与中断处理 单元连接，发电机励磁控制单元的输出与DSP硬件的脉冲量输出端连接；水轮机调速器控 制单元的输出与DSP硬件的模拟量输出端连接。所述的模拟量输出端采用CPU的高速SPI接口。所述的脉冲量输出端采用CPU的高速PWM接口，能同时控制8路的高速输出，该高 速输出的脉冲量可以直接控制步进电机或交流伺服电机及控制励磁单元的移相脉冲。所述的模拟量的采集利用DSP自带的A/D转换器，8路同步、12位分辨率、士5V 双极性输入A/D，用于采集各种电气参数测量量。[0009]本实用新型的优点1、用户对发电机和水轮机的调节与控制，不需要进行选择，采用一套调节与控制 板，便可满足他们对机组辅机单独控制或同时控制的硬件要求，这种思路是以前所没有的， 成为首创。2、用户对发电机和水轮机的调节与控制，不需要进行选择，还表现在软件的一体 化上，也就是说，在一套调节板上，同时存放有发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单 兀。3、本实用新型的优点还表现在励磁与调速的对象连接分别自成一体，互不矛盾， 互不冲突，能适应大、中、小各型机组；且整机可靠性高、性能指标优良、性能价格比高。
图1是本实用新型的硬件逻辑框图。图2是本实用新型的控制原理逻辑框图。图3是本实用新型的软件逻辑框图。
具体实施方式
图1是本实用新型的硬件逻辑框图本实用新型将发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元集成于DSP —体化 的硬件中，DSP采用TMS320F2812，DSP与外界的连接包括脉冲量输入端、模拟量输入端、开 关量输入端、至励磁单元的脉冲量输出端、至调速器机械液压随动系统的模拟量输出端，至 调速器选择开关的开关量输出端。模拟量的输入模拟量通过模拟量调整隔离单元送入DSP。模拟量的输出为了不将TMS320F2812的总线引出，同时保证D/A输出的精度和高速同步性，对调 节器的模拟量输出处理如下采用CPU的高速SPI接口一串行外设SPI接口，保证了 12位 的D/A转换精度，实现4路D/A输出至调速器的机械液压随动系统，实现调速器的调节输出 和协联输出等控制信号。脉冲量输入同步方波信号通过脉冲量分频处理送入DSP。脉冲高速输出脉冲量的输出采用CPU的高速PWM 口，能同时控制8路的高速输出。该高速输出 可以进行脉冲移相的控制及直接控制步进电机或交流伺服电机。开关量IO输入、输出接口采用IO锁存接口，通过开关量光电隔离器采集系统的开机、停机、并网、增功、减 功、增磁、减磁等开关量输入信号，并通过开关量输出隔离放大，将各种信号输出。通讯接口及显示利用DSP自带两个异步的SCI串口一个串口 SCIA用于与上位机通讯；另一串口 SCIB在现场调试时使用，直接与手提电脑进行串行通信，接收监测数据，传递控制参数等。 液晶显示及键盘接口通过总线与DSP连接。[0029]图2是本实用新型的控制原理逻辑框图DSP中包含脉冲量、模拟量、开关量采集单元，脉冲量、模拟量、开关量采集单元与 中断处理单元连接，中断处理单元与机组工况识别和判断单元连接，机组工况识别和判断 单元的输出分别与发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元连接，发电机励磁控制单 元的输出与DSP硬件的脉冲量输出端连接；水轮机调速 器控制单元的输出与DSP硬件的模 拟量输出端连接。本实用新型是一种基于TI公司DSP控制器TMS320F2812和与之适应的软硬件构 成的励磁、调速调节器。图3是本实用新型的软件逻辑框图本实用新型的工作过程1、脉冲量、模拟量、开关量采集脉冲量采集机组频率、功率角等。模拟量采集包括发电机的PT电压、CT电流、转子电流、转子电压、水轮机导叶反 馈、轮叶反馈、水头等多种量的采集。开关量采集开机、停机、并网、增功率、减功率、增磁、减磁等开关量。2、脉冲中断处理采用DSP的捕获单元CAP来采集发电机PT电压、转子电流、发电机功率角的中断 信号，快速测量频率、功率角等信号，本DSP调节器可以同时采集六路高速输入，能满足不 同情况下对机组频率测量以及励磁脉冲输出的同步中断要求。在脉冲中断处理单元对各模 拟量进行处理包括A/D转换。3、机组工况识别与判断单元当处于空载、并网状态时，将经过处理的各数字量进行区分，分别送给发电机励磁 控制单元和水轮机调速器控制单元。4、控制输出发电机励磁控制单元对输入信号进行机端电压偏差计算、电压偏差PID运算、机 组无功给定运算、脉冲控制信号输出，将脉冲控制信号输出至可控硅励磁单元。水轮机调速器控制单元对输入信号进行机组频率偏差量计算、频率偏差PID运 算、机组有功给定运算得出导叶控制信号，导叶控制信号输出通过高速SPI接口，将导叶控 制信号输出至调速器机械液压随动系统。
权利要求一种水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器，包括发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元，其特征在于将发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元集成于DSP一体化的硬件中，DSP与外界的连接包括脉冲量输入端、模拟量输入端、开关量输入端、至励磁可控硅单元的脉冲量输出端、至调速器随动系统的模拟量输出端，DSP中包含脉冲量、模拟量、开关量采集单元，脉冲量、模拟量、开关量的输出与中断处理单元连接，发电机励磁控制单元的输出与DSP硬件的脉冲量输出端连接；水轮机调速器控制单元的输出与DSP硬件的模拟量输出端连接。
2.根据权利要求1所述的水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器，其特征在于模拟 量输出端采用CPU的高速SPI接口。
3.根据权利要求1所述的水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器，其特征在于脉冲 量输出端采用CPU的高速PWM接口，能同时控制8路的高速输出，该高速输出的脉冲量可以 直接控制步进电机或交流伺服电机及控制励磁单元的移相脉冲。
4.根据权利要求1所述的水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器，其特征在于模拟 量的采集利用DSP自带的A/D转换器，8路同步、12位分辨率、士5V双极性输入A/D，用于采 集各种电气参数测量量。
专利摘要本实用新型提供一种水轮发电机组DSP微机励磁、调速调节器，包括发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元，将发电机励磁控制单元和水轮机调速器控制单元集成于DSP一体化的硬件中，DSP与外界的连接包括脉冲量输入端、模拟量输入端、开关量输入端、至励磁可控硅单元的脉冲量输出端、至调速器随动系统的模拟量输出端，DSP中包含脉冲量、模拟量、开关量采集单元，脉冲量、模拟量、开关量的输出与中断处理单元连接，发电机励磁控制单元的输出与DSP硬件的脉冲量输出端连接；水轮机调速器控制单元的输出与DSP硬件的模拟量输出端连接。所述的模拟量输出端采用CPU的高速SPI接口，脉冲量输出端采用CPU的高速PWM接口。
文档编号F03B15/00GK201629715SQ20102003951
公开日2010年11月10日 申请日期2010年1月19日 优先权日2010年1月19日
发明者刘立祥, 叶炜, 周颖, 张祖贵, 潘熙和, 黄业华 申请人:武汉长江控制设备研究所