发电机原动系统高精度动态仿真新方法的研究

论文摘要

研究发电机原动系统特性对于提高电力系统静态及动态稳定性具有重要意义。目前国内电力系统动态模拟试验室中的原动系统仿真器一般采用单片机作为控制核心,其存在控制电路硬件结构复杂、通用性差、应速度慢、仿真精度低等缺点。本文研究的以DSP(Digital Single Processing)微控制器作为控制核心的新型原动系统仿真器,采用数字和物理联合仿真新方法,较好的克服了上述缺点,可有效提高原动系统仿真精度。发电机原动系统仿真的主要内容包括：原动机自平衡特性及机组惯性；水锤效应及蒸汽容积效应；调速器。本文在参阅大量关于电力系统仿真文献资料以及总结原动系统仿真器已有成果的基础上,阐述了发电机原动系统数字物理联合仿真系统的布局结构和技术路线。仿真系统包括物理仿真子系统、数字仿真子系统和上位机。物理仿真子系统利用经改造的直流电动机模拟原动机,数字仿真子系统利用数字程序模拟调速器和管道特性。接下来,文章总结了发电机原动系统的各环节数学模型,提出了原动系统仿真的原理方法,构建了原动系统仿真的流程框图,并通过在仿真系统增加空载给定通道和负载匹配系数,使得仿真模型能真实反映原动系统的各种特性。文章设计了仿真系统的硬件电路、软件功能及流程图和人机接口。硬件包括主回路和数字控制电路。主电路是系统的能量转换平台,包括电枢供电回路、电枢回路的保护电路、操作回路和测量显示四部分。数字控制电路按功能分为电源板、主板、测量及保护板、脉冲放大板四个模块,详细介绍了各电路模块的设计原理和元器件的选型。在完成了对原动系统数学模型离散化的基础上,设计了调速器数字仿真程序及系统主程序的功能和流程图。人机接口采用专用单片机电路板进行控制,提高了显示效率和可靠性,节约了DSP硬件及软件资源,完成了人机界面和人机接口程序的设计文章最后利用对发电机原动系统仿真数学模型的Matlab仿真,证实了仿真系统与真实原动系统的物理相似性与仿真的准确性。并通过仿真试验,研究了原动系统各环节参数对其静态和动态特性的影响,说明了发电机原动系统仿真的重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 原动系统模拟的国内外研究现状与研究意义
• 1.1.1 原动系统模拟的国内外研究现状
• 1.1.2 原动系统模拟的研究意义
• 1.2 本文的研究基础与完成的主要工作
• 第2章 发电机原动系统数字物理联合仿真系统
• 2.1 发电机原动系统数字物理联合仿真系统原理框图
• 2.2 原动机的基本特性与模拟方法
• 2.3 调速器的数学模型与模拟方法
• 2.4 原动机管道特性的数学模型
• 2.5 本章小节
• 第3章 发电机原动系统仿真硬件电路
• 3.1 主回路
• 3.1.1 电枢供电回路
• 3.1.2 电枢回路的保护电路
• 3.1.3 操作回路的设计
• 3.1.4 测量显示电路
• 3.2 控制电路
• 3.2.1 DSP电源电路
• 3.2.2 看门狗电路
• 3.2.3 时间电路
• 3.2.4 测速电路
• 3.2.5 光电编码器电路
• 3.2.6 人机接口电路
• 3.2.7 与PC机的通信电路
• 3.2.8 模拟量测量电路
• 3.2.9 同步信号电路
• 3.2.10 脉冲放大电路
• 3.2.11 继电保护电路
• 3.3 本章小结
• 第4章 发电机原动系统仿真程序流程与设计
• 4.1 发电机原动系统数学模型的离散化
• 4.1.1 调速器数学模型的离散化
• 4.1.2 流调环节数学模型的离散化
• 4.2 调速器仿真程序功能与流程设计
• 4.3 仿真系统主程序功能与流程设计
• 4.4 人机接口程序设计
• 4.4.1 人机接口主程序
• 4.4.2 定时中断程序
• 4.4.3 串行中断程序
• 4.4.4 通信处理程序
• 4.4.5 界面显示设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 发电机原动系统的Matlab仿真
• 5.1 自平衡特性的Matlab仿真
• 5.1.1 自平衡特性参数寻优
• 5.1.2 自平衡特性仿真
• 5.2 水锤效应仿真
• 5.3 甩负荷试验仿真
• 5.4 调差系数对原动系统的影响仿真
• 5.5 油动机时间常数对原动系统的影响仿真
• 5.6 蒸汽容积时间常数对原动系统的影响仿真
• 5.7 失灵区仿真
• 5.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间主要科研成果简介
• 附录B 电路原理图