專利名稱：一種同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信 號產(chǎn)生裝置。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)數(shù)字仿真是保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要手段之一，其 中，同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的數(shù)學模型是進行電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的基礎(chǔ)。過 去，同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的模型采用的典型結(jié)構(gòu)和參數(shù)，與實際發(fā)電機并 不對應。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴大，需要采用與實際發(fā)電機組對應的勵磁 系統(tǒng)模型，這就需要對發(fā)電機進行勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗。"發(fā)電機勵磁系統(tǒng)建模與參數(shù)辨識綜述"(賀仁睦，沈峰，韓冬，韓志勇.電網(wǎng)技術(shù)，2007， Vol. 31， No. 14， pp62 67) —文給出了現(xiàn)有的同步 發(fā)電機勵磁系統(tǒng)建模測試試驗的主要方法有頻域法和時域法。頻域法是在 勵磁控制器的輸入端疊加偽隨機信號，時域法是疊加階躍信號，通過測試 發(fā)電機輸出響應特性進行勵磁系統(tǒng)建模。因此，辨識信號的產(chǎn)生和輸入是 勵磁系統(tǒng)建模試驗中非常重要的步驟，目前辨識信號的輸入主要有兩種方 法， 一是發(fā)電機勵磁系統(tǒng)預留有外加信號輸入端口，可以將辨識信號直接 從這個端口輸入到發(fā)電機中；二是某些新型的勵磁系統(tǒng)的控制單元自帶辨 識試驗功能，無需從外部輸入測試信號。但是，對于電力系統(tǒng)中的很多實際運行的發(fā)電機，原來并沒有預留辨 識信號的輸入端口，同時其控制單元也沒有提供辨識試驗功能，無法采用 參考文獻中給出的辨識信號輸入方法，給勵磁系統(tǒng)辨識試驗帶來了較大的 困難。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供的一種同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝 置，該裝置可以對沒有預留外加信號端口而且勵磁系統(tǒng)控制單元也沒有自 帶辨識試驗功能的同步發(fā)電機進行勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗。本發(fā)明提供的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置，其特征在于該裝置包括電源單元、信號產(chǎn)生單元和控制單元；電源單元為信號產(chǎn)生單元和控制單元提供所需的工作電源； 信號產(chǎn)生單元的四個信號輸入端口分別接發(fā)電機機端三相電壓信號和中性點信號，并根據(jù)控制單元提供的控制信號將勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗所 需的辨識信號疊加到發(fā)電機端電壓信號中，再分別將疊加有辨識信號的四 個綜合信號輸出至勵磁系統(tǒng)；控制單元用于產(chǎn)生偽隨機信號或階躍信號，提供給信號產(chǎn)生單元，或 者直接從輸出信號端口輸出。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，上述信號產(chǎn)生單元包括三個構(gòu)成相同的電阻 開關(guān)組件，各電阻開關(guān)組件均包括依次串聯(lián)的第一、第二和第三電阻，第 一、第二和第三電阻分別與第一、第二和第三開關(guān)并聯(lián)，串聯(lián)后的電阻與 第四開關(guān)并聯(lián)，第四電阻與第三電阻串聯(lián)；各電阻開關(guān)組件的第一電阻的 另一端分別與發(fā)電機機端三相電壓相接，三個第四電阻的另一端連接在一 起，并與發(fā)電機機端的中性點相接，并接入勵磁系統(tǒng)的對應的輸入端口， 各電阻開關(guān)組件的第三電阻與第四電阻的中間點分別接入勵磁系統(tǒng)的另外 的三個輸入端口。本發(fā)明辨識信號產(chǎn)生裝置為電力系統(tǒng)中各種類型的同步發(fā)電機勵磁系 統(tǒng)模型辨識試驗提供了一套完整統(tǒng)一的辨識信號產(chǎn)生和輸入方法及裝置。 對于預留有外加信號輸入端口的發(fā)電機，該裝置可以產(chǎn)生偽隨機信號或階 躍信號供試驗用，無需再用其它的信號發(fā)生裝置；對于沒有預留有外加信號輸入端口的發(fā)電機，該裝置可以將產(chǎn)生的偽隨機信號或階躍信號直接疊 加到勵磁系統(tǒng)的固有輸入信號(即發(fā)電機端電壓信號)中。因此，本發(fā)明 為電力系統(tǒng)提供了一種新的試驗裝置，它不但解決了對沒有預留外加信號 輸入端口的發(fā)電機進行勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗的難題，而且精簡了試驗設(shè) 備，提高了試驗效率。


圖1為同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的原理示意圖；圖2為本發(fā)明辨識信號產(chǎn)生裝置的原理示意圖；圖3為本發(fā)明辨識信號產(chǎn)生裝置的原理結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明辨識信號產(chǎn)生裝置的一種實現(xiàn)方案示意圖；圖5為本發(fā)明辨識信號產(chǎn)生裝置中控制單元的程序流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進一步詳細的說明。 如圖1所示，同步發(fā)電機1接入電力系統(tǒng)4運行，勵磁系統(tǒng)2通過電 壓變換器3實時跟蹤檢測發(fā)電機機端電壓Ut并輸入到勵磁系統(tǒng)2的控制信 號輸入端口 5，勵磁系統(tǒng)2的控制單元根據(jù)電壓Ut的變化為同步發(fā)電機1 提供合適大小的勵磁電流。對于勵磁系統(tǒng)2預留有外加信號輸入端口 6的 發(fā)電機，可以從該端口輸入辨識信號(包括偽隨機信號和階躍信號)，方便 地進行勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗。如果勵磁系統(tǒng)2的控制單元自帶辨識試驗 功能，也可以通過該功能進行辨識試驗。對沒有預留辨識信號輸入端口、同時勵磁系統(tǒng)控制單元沒有自帶辨識 試驗功能的同步發(fā)電機進行辨識試驗時，可以采用本發(fā)明的辨識信號產(chǎn)生 裝置進行辨識試驗，其原理如圖2所示，具體實現(xiàn)步驟如下。(1) 在電壓變換器3和勵磁系統(tǒng)2之間接入一個電阻值合適的電阻Rl;(2) 在輸入信號端5與地電位之間接入一個電阻值合適的電阻R2;(3) 在Rl兩端并聯(lián)一個可控開關(guān)K，K閉合或斷開由相應的控制信號確定；(4)在進行辨識試驗時，將需要輸入的偽隨機信號或階躍信號作為控制信 號控制K的狀態(tài)，則可進行辨識試驗。本發(fā)明方法的原理如下當K閉合時，勵磁控制系統(tǒng)的輸入電壓信號就是發(fā)電機端電壓，艮卩Ut，=Ut;當K斷開時，若設(shè)勵磁控制系統(tǒng)的等效輸入電阻為Rl， Rl的電阻值為A， R2的電阻值為及2，則勵磁控制系統(tǒng)的輸入電壓信號Ut，為. 及，〃及， ^n式中，/ 2//^表示112與1^并聯(lián)，Ro表示R2與RL的并聯(lián)電阻值，卩為擾 動系數(shù)，且A丄當K不斷開合時，勵磁系統(tǒng)的實際輸入電壓信號Ut'就在Ut和(3Ut之 間來回變化，相當于加入了 (1一P) Ut的階躍信號。定義則5為等效階躍系數(shù)。從以上可以看出，改變R1的阻值就可以改變等效階 躍系數(shù)的大小。因此，如果用一個偽隨機信號來控制K的開合，那么就相當于在發(fā)電 機端電壓信號Ut上疊加了一個幅度為^Ut的偽隨機信號，從而可以采用頻 域法進行參數(shù)辨識；如果用一個階躍信號來控制K的開合，那么就相當于 加入了一個幅度為5Ut的階躍信號，從而可以采用時域法進行參數(shù)辨識。圖3所示為本發(fā)明的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置的原理結(jié) 構(gòu)圖。裝置由電源單元7、信號產(chǎn)生單元8和控制單元9組成。整套裝置需要由外接的220V交流電源供電，電源單元7將AC220V交 流電進行轉(zhuǎn)換，為信號產(chǎn)生單元8和控制單元9提供所需的工作電源。信號產(chǎn)生單元8按照圖2中虛框內(nèi)所示的原理結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過8個信 號端口與外部信號相連，其中4個端口輸入圖2中電壓變換器3的3個輸 出信號，即發(fā)電機機端三相電壓Ua、 Ub、 Uc，以及中性點Uo，另外4個 端口輸出疊加了辨識信號的綜合信號Ua'、 Ub'、 Uc'以及中性點Uo'，這4 個信號接入圖2中的勵磁系統(tǒng)2的輸入端口 5?？刂茊卧?主要功能為向信號產(chǎn)生單元8提供控制信號，控制信號產(chǎn) 生單元8中的開關(guān)K(參見圖2)的閉合與斷開?？刂菩盘栍袀坞S機信號和 階躍信號可供選擇，控制信號的等效階躍系數(shù)S的大小可在一定范圍內(nèi)進 行調(diào)節(jié)。所產(chǎn)生的偽隨機信號或階躍信號也可以直接從控制單元9的信號 輸出端口 IO輸出，供預留有外加信號輸入端口的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行建模 試驗時使用。圖4為同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置的一種具體實現(xiàn)方案， 所有元件可安裝在一個鋁合金手提箱中。信號產(chǎn)生單元8由12個電阻和12 個開關(guān)組成，其中，電阻R1A、 R2A、 R3A、 R4A和開關(guān)K1A、 K2A、 K3A、 K4A構(gòu)成一個電阻開關(guān)組件，電阻R1B、 R2B、 R3B、 R4B和開關(guān)K1B、 K2B、 K3B、 K4B構(gòu)成另一個電阻開關(guān)組件，電阻R1C、 R2C、 R3C、 R4C 和開關(guān)K1C、 K2C、 K3C、 K4C構(gòu)成第三個電阻開關(guān)組件，各電阻開關(guān)組 件的結(jié)構(gòu)相同。下面以發(fā)電機機端電壓的A相為例說明其結(jié)構(gòu)。3個電阻R1A、 R2A、 R3A串聯(lián)共同構(gòu)成圖2中A相的R1，總串聯(lián)電 阻兩端并聯(lián)一個開關(guān)K4A，每一個電阻兩端都分別并聯(lián)一個開關(guān)，即K1A、 K2A、 K3A，另外一個電阻R4A構(gòu)成圖2中A相的R2。為進一步提高本發(fā)明的技術(shù)效果，當R1A、 R2A、 R3A的阻值大小按 照1:2:4的方式選擇，這樣通過控制K1A、 K2A、 K3A的狀態(tài)可以使總串聯(lián) 電阻值在Rn 7Rn等7個電阻值之間變化，得到不同等效階躍系數(shù)S的信 號，Rn為RlA的阻值，可以根據(jù)實際勵磁系統(tǒng)的參數(shù)進行選擇。圖4中的開關(guān)根據(jù)需要按照不同組合采用聯(lián)動控制，即K1A、 K1B、 K1C由同一個控制信號同時進行閉合和斷開的控制，其它3組聯(lián)動控制的組合為K2A、 K2B、 K2C; K3A、 K3B、 K3C; K4A、 K4B、 K4C。控制單元9可以采用單片機或數(shù)字信號處理器以及相應的外圍電路實 現(xiàn)。通過控制單元9可以產(chǎn)生所需的辨識信號的波形，即偽隨機碼信號或 階躍信號，根據(jù)辨識信號產(chǎn)生開關(guān)控制信號，分別控制上述4組開關(guān)開合， 從而將辨識信號疊加入勵磁系統(tǒng)的輸入信號中，方便地進行勵磁系統(tǒng)模型 辨識試驗。所產(chǎn)生的偽隨機信號或階躍信號也可以直接從控制單元9的信 號輸出端口 IO輸出，供預留有外加信號輸入端口的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)進行建 模試驗時使用?？刂茊卧?的程序流程如圖5所示。電源7可以采用常用的開關(guān)電源，輸入為220V交流電，通過轉(zhuǎn)換提供 信號產(chǎn)生單元8和控制單元9的工作電源和所有開關(guān)的操作電源。
權(quán)利要求
1、一種同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置，其特征在于該裝置包括電源單元(7)、信號產(chǎn)生單元(8)和控制單元(9)；電源單元(7)為信號產(chǎn)生單元(8)和控制單元(9)提供所需的工作電源；信號產(chǎn)生單元(8)的四個信號輸入端口分別接發(fā)電機機端三相電壓信號和中性點信號(Ua、Ub、Uc、Uo)，并根據(jù)控制單元(9)提供的控制信號將勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗所需的辨識信號疊加到發(fā)電機端電壓信號中，再分別將疊加有辨識信號的四個綜合信號(Ua’、Ub’、Uc’、Uo’)輸出至勵磁系統(tǒng)；控制單元(9)用于產(chǎn)生偽隨機信號或階躍信號，提供給信號產(chǎn)生單元(8)，或者直接從輸出信號端口(10)輸出。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置，其 特征在于信號產(chǎn)生單元(8)包括三個構(gòu)成相同的電阻開關(guān)組件，各電阻 開關(guān)組件均包括依次串聯(lián)的第一、第二和第三電阻，第一、第二和第三電 阻分別與第一、第二和第三開關(guān)并聯(lián)，串聯(lián)后的電阻與第四開關(guān)并聯(lián)，第 四電阻與第三電阻串聯(lián)；各電阻開關(guān)組件的第一電阻的另一端分別與發(fā)電機機端三相電壓(Ua、 Ub、 Uc)相接，三個第四電阻的另一端連接在一起，并與發(fā)電機機端的中 性點(Uo)相接，并接入勵磁系統(tǒng)的對應的輸入端口，各電阻開關(guān)組件的 第三電阻與第四電阻的中間點分別接入勵磁系統(tǒng)的另外的三個輸入端口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置， 其特征在于各電阻開關(guān)組件中的第一、第二和第三電阻的阻值大小之比 為1:2:4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)辨識信號產(chǎn)生裝置，包括電源單元(7)、信號產(chǎn)生單元(8)和控制單元(9)；電源單元為其它二個單元提供所需的工作電源；信號產(chǎn)生單元分別與發(fā)電機機端三相電壓和中性點相接，并根據(jù)控制單元提供的控制信號將勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗所需的辨識信號疊加到發(fā)電機端電壓信號中，再分別將疊加有辨識信號的四個綜合信號接入的勵磁系統(tǒng)的輸入端口；控制單元用于產(chǎn)生偽隨機信號或階躍信號，提供給信號產(chǎn)生單元，或者直接從輸出信號端口輸出。本發(fā)明為電力系統(tǒng)提供了一種新的試驗裝置，它不但解決了對沒有預留外加信號輸入端口的發(fā)電機進行勵磁系統(tǒng)模型辨識試驗的難題，而且精簡了試驗設(shè)備，提高了試驗效率。
文檔編號H02P9/14GK101217259SQ200810046699
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月17日
發(fā)明者孫建波, 孫海順, 文勁宇, 李大虎, 王少榮, 程時杰, 敏 蔡 申請人:華中科技大學;湖北省電力公司