基于电动调速器的农村小水电自动准同期装置的研究

论文摘要

准同期并网操作是发电厂的重要运行程序之一,目前在大中型水电站都实现了自动准同期,而由于经济技术的原因,在我国相当一部分农村小型水电站,还在应用电动调速器,通过手动准同期进行并网操作,即通过人工控制电动调速器驱动电动机的正反转,反复调节水轮机的导叶开度,实现调频,当满足准同期条件时,人工合闸并网。这种并网方式要求操作人员多,劳动强度大,调节时间长,且易出现非同期合闸现象。而更换现有的自动调速器,成本高,现有设备废弃,经济不合理。本研究结合我国80年代以前建成的小型水电站多数采用电动调速器,自动化水平低,技术落后,需要进行技术改造的现状,进行了农村小型水电站计算机监控系统总体方案设计,对其中的自动准同期功能的实现进行了重点研究。在对国内外小型水电站自动化发展现状进行深入分析和研究的基础上,本研究结合绥化市北林区幸福水电站的实际情况,将电动调速器功能和准同期功能相融和,采用单神经元自适应PID控制规律调节水轮机导叶开合度,设计了一个基于电动调速器的自动准同期装置,并提出了结合单片机和分布式控制系统总体方案。整个控制系统的设计可分为两部分:上位机系统设计和下位机系统设计。下位机采用AT89C52单片机作为系统的控制核心,设计了信息采集电路、A/D转换电路及调频电路等硬件电路,通过控制交流接触器通电时间与电机正、反转原理相结合,从而控制水轮机导叶开度,进行并网条件的调节。上位机控制管理系统有主窗口界面、参数设置界面、录波界面、历史数据查询、报警模块等部分组成,利用VB语言开发,主要完成与下位机系统通信任务。最后,本文利用MATALAB对并网进行了仿真,结果表明,采用自适应PID控制缩短了并网时间,使系统具有更好的鲁棒性和稳定性,提高了农村小型水电站的自动化水平。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究概况及发展趋势
• 1.2.1 水电站自动化的发展历程
• 1.2.2 国外发展概况
• 1.2.3 国内发展概况
• 1.2.4 水轮机调速器选择的分析
• 1.3 本文主要研究内容
• 2 系统总体方案设计
• 2.1 同期方式选择
• 2.1.1 准同期分类
• 2.1.2 自动准同期装置分类
• 2.2 准同期条件理论分析
• 2.2.1 频率差
• 2.2.2 压差
• 2.2.3 相角差
• 2.2.4 合闸相角差控制
• 2.3 整体方案设计
• 2.4 控制规律的选择
• 2.5 将电动调速器和同期功能融和的方法
• 3 单神经元自适应PID 控制及仿真
• 3.1 频差及压差的控制规律
• 3.2 单神经元自适应PID 控制原理
• 3.3 单神经元自适应PID 控制策略
• 3.4 建立仿真模型
• 3.5 仿真对比分析
• 4 准同期装置的硬件设计
• 4.1 单片机的选型
• 4.2 系统硬件总体结构设计
• 4.2.1 信息采集模块
• 4.2.2 复位模块
• 4.2.3 控制模块
• 4.2.4 电源电路
• 4.2.5 通信模块
• 4.2.6 RS485 芯片的选用
• 4.3 系统硬件抗干扰设计
• 5 系统软件设计
• 5.1 下位机软件设计
• 5.1.1 主程序模块设计
• 5.1.2 频差、压差控制模块设计
• 5.1.3 提前合闸相角差模块设计
• 5.1.4 中断子程序设计
• 5.1.5 通信程序设计
• 5.1.6 软件抗干扰设计
• 5.2 监控系统上位机功能
• 5.2.1 人机接口界面设计
• 5.2.2 用户管理
• 5.2.3 界面管理
• 5.2.4 历史数据查看模块设计
• 5.2.5 报警模块设计
• 6 系统仿真研究及结果分析
• 6.1 发电机并网后过渡过程仿真
• 6.1.1 传统并网后过渡过程仿真
• 6.1.2 改进并网后过渡过程仿真
• 6.2 结论分析
• 7 结论与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文