110kv降压变电所电气一次部分设计--电气毕业设计论文

'北华大学毕业设计（论文）摘　要本文毕业设计的题目为110kV降压变电所电气一次部分设计，通过对负荷计算及远景规划，确定了主变压器的台数、容量及型号。此110kV降压变电所设有两台主变压器。通过对所建变电站及出线的考虑和负荷资料分析，满足安全性、经济型及可靠性的要求确定了110kV、35kV、10kV侧主接线的形式。通过负荷计算及供电范围确定了主变压器台数、容量、及型号，从而得出各元件的参数，进行等值网络化简，然后选择短路点进行短路计算，根据短路电流计算结果及最大持续工作电流，选择并效验电气设备，包括母线、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器等，并确定配电装置。根据计算结果为线路、变压器、母线配置继电保护并进行整定计算。完成高压配电装置的设计；绘制有关图纸（电气主接线图）。关键词：变电站；电气部分；继电保护；电气设备选择-3- 北华大学毕业设计（论文）AbstractGraduationarticleentitled110kVelectricsubstationbuckoncepartofthedesign,bytheloadcalculationandvision,identifiedthemaintransformerstationnumber,sizeandtype.Thishastwomainstep-downsubstation110kVtransformer.Throughthebuiltsubstationandqualifyingconsiderationandloaddataanalysis,tomeetthesecurity,economyandreliabilityrequirementsidentified110kV,35kV,10kVformsideofthemainwiring,Throughloadcalculationsanddeterminethescopeofthepowersupplymaintransformerstationnumber,capacity,andmodelstoderivetheparametersofeachcomponent,equatingnetworksimplification,andthenselecttheshort-circuitpointshortcircuitcalculations,basedontheshort-circuitcurrentcalculationresultsandmaximumcontinuousoperatingcurrentSelectandefficacyofelectricalequipment,includingbus,circuitbreakers,disconnectors,voltagetransformers,currenttransformers,andtodeterminethedistributionequipment.Accordingtotheresultsoflines,transformers,busconfigurationandrelaysettingcalculation.Completehighvoltagepowerdistributionequipmentdesign;therelateddrawings(MainElectricalwiringdiagram).KeyWords：Substation;Electricalpart;Relay;Electricalequipment-3- 北华大学毕业设计（论文）目　　录摘　要1Abstract21、绪论11.1励磁控制装置的系统简介11.2励磁控制系统的任务及作用21.2.1电压控制21.2.2控制无功功率的分配21.2.3提高高同步发电机并联运行的稳定性31.2.4改善电力系统的运行条件51.2.5水轮发电机组强行减磁51.3研究的目的和意义61.4国内外励磁装置研究发展的概况61.5自动励磁调节装置结构72、励磁装置的硬件设计112.1系统硬件结构及功能112.1.1数据采集部分112.1.2功率因数的测量132.1.3微机CPU部分152.1.4脉冲触发及同步电路172.1.5功率驱动电路222.1.6键盘部分232.1.7显示部分及其他252.2阻容保护25-3- 北华大学毕业设计（论文）2.3硬件抗干扰设计253、励磁控制算法273.1励磁控制算法介绍273.2PID控制器的基本原理273.3位置式PID控制算法303.4增量式PID控制算法313.5数字PID控制器的参数整定324、自动励磁调节装置的软件实现334.1励磁调节装置的软件结构334.2中断处理354.3数据采集和处理394.4数据显示404.5可控硅控制角的计算424.5.1首先进行PID调节计算424.5.2无功调差的概念434.6按键程序及键值所对应功能464.7逆变停车与限制动作474.8软件抗干扰设计48结　论50参考文献51附录A［单击此处键入附录题名］52致　　谢53-3- 北华大学毕业设计（论文）1110kv/35kv/10kv变电站1.1原始资料1.1.1地区电网的特点(1)本地区即使在最枯的月份，水电站发电保证出力时亦能满足地区负荷的需要，加上小火电，基本不需要外系统支援。(2)本系统的水电大多数是迳流式电站，除发保证出力外的月份，均有电力剩余，特别是4至7月份。1.1.2建站规模(1)变电站类型：110kV变电工程(2)主变台数：最终两台(要求第一期工程全部投入)(3)电压等级：110kV、35kV、10kV(4)出线回数及传输容量(5)无功补偿：采用电力电容两组,容量为2×4500kva表1.1出线方式①110kV 出线 6 回本变—长泥坡15000kW6kmLGJ—120本变—双溪变15000kW42.3kmLGJ—120本变—系统30000kW72kmLGJ—150本变—芷江8000kW36kmLGJ—120备用两回②35kV 出线 8 回本变—长泥坡8000kW6kmLGJ—95本变—火电厂10000kW8kmLGJ—95本变—中方变5000kW15kmLGJ—95本变—水电站10000kW12kmLGJ—120(两回)本变—鸭嘴岩变5000kW10kmLGJ—95备用两回60 北华大学毕业设计（论文）③10kV 出线 10 回本变—氮肥厂2500kW2km本变—化工厂1500kW3km本变—医院1500kW5km(两回)本变—印刷厂2000kW4km本变—造纸厂2500kW6km本变—机械厂2500kW4km备用三回1.1.1环境条件(1)当地年最高温度为40℃,年最低温度为-5℃；(2)当海拔高度为800米；(3)当地雷暴日数为55日/年；1.1.2短路阻抗(1)系统作无穷大电源考虑：0.05，,，。(2)火电厂装机容量为3×7500kW，X""d=0.125,最大运行方式下,该火电厂只投入二台机组,最小运行方式下,该火电厂三台机组全部投入,并满发。(3)水电厂装机容量为3×5000kW，X""d=0.27，最大运行方式下，该水电厂三台机组全部投入运行，并满发，最小运行方式下，该水电厂只投入一台机组。1.2电气主接线设计原则电气主接线的基本原则：确保供电的可靠性高,根据项目的实际情况和设计要求基于主要的供电可靠、调度灵活、满足各项技术要求的前提下尽可能多节省投资保证设备和组件设计可靠、先进、经济、可靠、先进、而且要适用于审美原则。接线方式：对于变电站的电气接线，当能满足运行要求时，其高压侧应尽可能采用断路器较少或不用断路器的接线，如线路—变压器组或桥形接线等。若能满足继电保护要求时，也可采用线路分支接线。60 北华大学毕业设计（论文）1.1设计主接线的要求依照可靠性、灵活性和经济性三项基本要求进行设计。（1）可靠性：其可靠性就是保证其在应该工作的时候该工作不该工作的时候不工作，供电中断不仅给电力系统造成损失，而且给国民经济各部门造成损失，后者往往比前者大几十倍变电站安全可靠的运行是电力生产的中心，所以保证供电的可靠性是电气主接线最基本的要求。停损点越靠近变电站损失越大，而且其对国民经济各部门所带来的损失将会更加严重，特别是在经济发达、电力需求大的地区，故障停电所带来的经济损失也许达到当时电价的百倍以上，而由于断电事故引发的人身伤亡以及经济损失将会非常严重，这会对社会产生严重的影响。（2）灵活性：主接线不仅要满足系统的各种正常运行形式，并且要灵活的进行运行方式的切换。其包括一下几点：①操作的方便性；②扩建的方便性；③调度的方便性等。（3）经济性：在设计变电站的主接线时，其主要的矛盾基本是经济性与可靠性之间的矛盾。一般经济性主要是从以下几个方面考虑：①节省变电站的一次投资；②减少其占地面积；③减少电能的线路损耗等。1.2几种电气主接线形式的介绍（1）单母线接线与单母线分段接线的介绍及比较单母线接线通常只使用在一台发电机或一台主变压器的以下几种情况：①6～10kV配电装置的出线回路数少于5回。②35～63kV配电装置的出线回路数少于3回。③110～220kV配电装置的出线回路数少于两回。单母线分段接线通常使用在①6～10kV配电装置出线回路数为6回或者6回以上时。②35～63kV配电装置出线回路数为4～8回时。③110～220kV配电装置出线回路数为3～4回时。。单母线分段带旁路接线通常使用在①6～10kV配电装置，一般不设旁路母线。当地区电力网或用户不允许停电检修断路器时，可设置旁路母线②35～63kV配电装置，一般不设旁路母线。当线路断路器不允许停电检修时可采用分段兼旁路断路器的接线③110～220kV配电装置线路输送距离较远，输送功率较大，一旦停电，影响范围大，且断路器检修时间长一般需设置旁路母线。60 北华大学毕业设计（论文）在大容量变电站中，为了限制6～10kV出线上的短路电流，一般可采用下列措施：①变压器分列运行；②在变压器回路中装置分裂电抗器或电抗器；③采用低压侧为分裂绕组的变压器。④出线上装设电抗器。1.1.1110kV侧接线变电站110kV线路有6回，可选择双母线接线或单母线分段接线两种方案，如图1.1所示方案一供电可靠。通过两组母线隔离开关的倒换操作，可以轮流检修一组母线而不致使供电中断一组母线，当其中一个回路需要单独进行试验，可将该回路分开，单独接到另一组母线上。方案二母线被分段断路器分段，能从不同段引出两条回路，有两个电源供电。其中一段母线故障时，分段断路器断开故障段，使非故障段不间断供电，但是运行可靠性和灵活性比方案一稍差。本变电站为地区性变电站，基本不需要外系统支援，采用方案二能够满足本变电站110kV侧对供电可靠性的要求，故选用方案二。设置旁路设施的目的是为了减少在断路器检修时对用户供电的影响。变电站110kV侧采用SF6断路器，不设旁路母线。60 北华大学毕业设计（论文）图1.1110kV电压侧接线方案1.1.135kV电压侧接线本变电站35kV线路有8回，可选择双母线接线或单母线分段带旁路母线接线两种方案，根据本地区电网特点，110kV是电源电压，10kV和35kV是二次电压在35kV侧，需设置旁路设施，如图1.2所示。方案一占地面积大，配电装置多，接线复杂，容易误操作，但供电稳定、容易改变参数，需要大量财力支持。方案二接线简单，技术要求少，不宜失误，有很好的操作性。旁路断路器可以代替出线断路器，进行不停电检修出线断路器，保证重要回路特别是电源回路不停电。方案二符合本此设计的供电接线需求。图1.235KV电压侧接线方案1.1.210kV电压侧接线《35～110kV变电所设计规范》规定，当变电所装有两台主变压器时，6～10kV侧宜采用分段单母线。当不允许停电检修断路器时，可设置旁路设施。本变电站10kV侧线路为10回，可采用双母线接线或手车式高压开关柜单母线分段接线两种方案，如图1.360 北华大学毕业设计（论文）所示。方案一占地面积大，配电装置多，接线复杂，容易误操作，但供电稳定、容易改变参数，需要大量财力支持。方案二所需设备少，占地面积小，简洁明了，容易调节，能对重要用户单独供电，出现问题不会导致整个站停运。手车式断路器的出现和运行成功，断路器检修问题可不用复杂的旁路设施来解决，而用备用的手车断路器来替代需要检修的工作的手车断路器。采用手车式高压开关柜，可不设置旁路设施。故选择方案二图1.310kV电压侧接线综上所述,本变电站主接线如图1.4所示。60 北华大学毕业设计（论文）图1.4电气主接线简图变电站低压侧在计算短路电流之前没有采用限流措施，计算之后，再采用对应的限流方法。最直接的的办法是让变压器低压侧采用分列运行的方式。如果在变压器回路中装设电抗器或分裂电抗器的方法，会使母线电抗器体积增大、价格变高且限流效果变小，而且出线上装电抗器，费用较高，且需双层配电装置室，所以尽量少用。60 北华大学毕业设计（论文）1.1.1站用变压器低压侧接线同步发电机的运行特性与它的气隙电势值的大小有关，而的值是发电机励磁电流的相关函数，改变励磁电流就可以影响同步发电机在电力系统中的运行特性。所以要对同步发电机的运行实行控制控制励磁就是其中一个重要的内容。同步发电机的一个重要组成部分就是励磁控制系统，它的主要任务是为同步发电机的励磁绕组提供一个可调节的直流电流，这个电流称作励磁电流。因此想要控制发电机的机端电压使发电机满足正常发电的要求，我们可以通过调节励磁电流。此外励磁控制系统对于电力系统的稳定和发电机的安全运行都有着重要的作用。因此我们也可以说，在某种程度上励磁控制器与系统的运行状态有着密切的关系。同步发电机的励磁调节系统由励磁功率单元和励磁调节器组成，如图1.1所示。励磁功率单元的作用是向同步发电机的转子部分提供一个可调节的直流电流（励磁电流），励磁调节器的作用是根据给定的调压标准和输入信号来控制励磁单元的输出。两个部分相互配合构成一个反馈控制系统使发电机满足运行要求。60 北华大学毕业设计（论文）图1.1同步发电机励磁控制系统结构1.1励磁控制系统的任务及作用在电力系统运行中，同步发电机的励磁控制系统起着相当重要的作用。一个好的励磁控制系统对保证发电机的可靠运行和提供合格的电能有着决定性的作用。而且还可以有效率的提高系统的技术指标。根据电力系统的运行要求，励磁调节系统应有以下几个作用。1.1.1电压控制当电力系统正常运行时，负荷总在不断地波动着。因此不同容量的负载，以及负载的不同功率因数，对同步发电机励磁磁场的反应作用都是不同的，对同步发电机的内部阻抗压降也是不一样的。要维持同步发电机的端电压为一稳定水平，就必须根据负载的大小以及负载的性质随时调节同步发电机的励磁电流。这个调节过程就需要依靠调节电压的励磁调节装置来实现。60 北华大学毕业设计（论文）图1.2同步发电机的外特性如图2.1所示，曲线1表示无电压自动励磁调节装置的外特性，曲线2表示有电压自动励磁调节装置的外特性。1.1.1控制无功功率的分配几台发电机在同一母线上并联运行时，改变任何一台机组的励磁电流将影响该机组的无功电流，以及同一母线上并联运行其它机组的无功电流，与此同时也引起了母线电压的变化。以上这些变化与机组的无功调节特性有关，为了合理并且稳定地分配机组间的无功负荷，合适的调差系数对机组的无功调节特性至关重要。调差系数δ可由下式表示：δ%=×100%（1.1）为发电机的额定电压，、分别是发电机空载电压和额定无功电流时的电压。当正调差系数δ>0时，其调节特性下倾，发电机的电压随着无功电流的增大而降低。在带有正调差单元的电压自动励磁调节装置中，若无功电流增大，自动励磁调节器将感应到发电机机端电压虚假的升高。此时自动励磁调节器将降低发电机的励磁电流从而降低发电机的机端电压，因此我们将得到一个向下倾斜的外特性。。当δ60 北华大学毕业设计（论文）<0时为负调差，调节特性向上翘，此时发电机机端电压将随着无功电流的增大而增大。在带有负调差单元的自动调节励磁装置中，若无功电流增大，自动励磁调节器将感应到发电机机端电压降低。此时自动励磁调节器将增加发电机的励磁电流从而是发电机的机端电压升高，因此我们将得到一个向上翘的外特性。当δ=0时是无差特性，此时同步发电机的机端电压是一个恒定不变的值。1.1.1提高高同步发电机并联运行的稳定性当电力系统运行时会不定期的收到许多的干扰，这个时候我们就要求同步发电机具有恢复同步运行或者维持同步运行的能力，也就是要求同步发电机具有保持发电机并联运行时的稳定性的能力。自动励磁调节装置能提高电力系统的动态稳定、暂态稳定、静态稳定能力。1、提高静态稳定性在电力系统遭受微小扰动后，不会发生非周期性失步及自发振荡，并且能够自动恢复到起始运行状态的能力我们称之为系统的静态稳定性。在单机无穷大系统中，同步发电机的有功功率方程为：（1.2）式中δ表示发电机电势与系统电压U之间的相位差角；为发电机、变压器和线路电抗之和（）。由式（1.2）有，δ=90°时P有最大值，为功率极限，此点为静差稳定极点。在实际工程中为了保持静态稳定运行点的相位差角应小于90°。图1.3为式(1.2)所对应的功角特性曲线。对于同样的输出功率，曲线越高，功角越小，稳定储备就大，尤其是当输出功率波动时，曲线3要比曲线1稳定裕度大。有图可知若想要提高运行功率特性和静态稳定储备并扩大稳定域。则需要增加发电机的负荷电流，是机端电压下降，此时励磁调节会使增大从而使功角特性上移。60 北华大学毕业设计（论文）图1.3自动励磁装置功角特性曲线2、提高暂态稳定性电力系统在正常运行时突然遭受大扰动后，能过渡到一个新的稳定运行状态或者恢复到原来的运行状态的能力我们称之为系统的暂态稳定性。图1.4时间常数与暂态稳定极限功率的关系励磁系统时间常数与暂态稳定极限功率的关系图如1.4，由图可见时间常数在0.3s以下时，提高强励倍数K对提高暂态稳定极限功率有显著的效果。但是当时间常数较大时，该效果就不明显了。60 北华大学毕业设计（论文）图1.5强励倍数与暂态稳定极限功率的关系强励倍数与暂态稳定极限功率的关系如图1.5，由图可知要使电力系统的稳定有明显的改善不仅要励磁系统具有快速响应特性还有具有很高的强励倍数才可以。1.1.1改善电力系统的运行条件1、为发电机异步运行创造条件同步发电机失去励磁时，需要从系统中吸收大量无功功率，将严重降低系统的电压，情况严重的话甚至会影响系统的安全。在这种情况下，若系统中还存在其他发电机组能够提供足够的维持系统电压水平所需的无功功率，该发电机还能在一定的时间里以异步运行的方式维持运行，保证系统的安全有利于热力设备的运行。2、提高机电保护装置工作的正确性当系统工作在低负荷运行状态时，发电机的励磁电流很小，若此时发生短路故障，短路电流会比较小，随着时间的增加而降低，此时带时限的继电保护装置无法准确动作。这种情况下自动励磁调节器将增大短路电流是带时限的保护装置正常工作。1.1.2水轮发电机组强行减磁当水轮发电机组发生故障突然跳闸时，因为较大的惯性调速系统不能快速关掉导水叶，会造成转速迅速增加。此时若不采取有效措施快速降低发电机励磁电流有可能使发电机的电压增加过多以至于危及定子的绝缘。此时我们就需要自动励磁控制系统强行减磁。60 北华大学毕业设计（论文）1.1研究的目的和意义励磁调节控制系统性能的好坏将影响发电机运行的稳定性及可靠性，仅为影响电网的质量。我国电力系统的容量在不断增加，对同步发电机励磁控制系统的性能要求也随之增高。老式的励磁调节方式已经难以满足现代电网励磁控制系统的要求，因此研究开发可靠、高效、功能齐全、性能良好的励磁控制系统成为了当务之急。如今投入使用的微机型自动励磁控制装置多采用传统的单片机，如51系列、96系列。并且多用一片单片机来实现，它的运算速度与精度十分有限，系统的稳定性、快速性等性能指标很低，不能达到电网要求。然而新款的单片机较于传统的单片机具有成本低、功能齐全、稳定性好、速度快等优点，并且采用多片单片机主从控制其性能得到了相当大的改善。虽然从积极发展中小型水电站和增加环保意识的国策上来看，电力系统将从节能减耗的方向来发展，则具有较高性能自动励磁调节装置的小型水电站、中小型热电站将得到大力的发展，在市场上具有很强大的潜力，这也是我们研究此课题的意义。1.2国内外励磁装置研究发展的概况在现代一个科学技术高度发展、生产技术不断现代化，国民经济各部门都在朝着极速化、自动化的方向不断发展的社会中，我们队电网供电质量的要求也随之增高。又由于励磁控制系统对发电机供电质量之间的关系，励磁控制系统性能的好坏直接影响到供电质量的好坏。国外的专家们从20世纪70年代开始研究数字励磁调节器，在80年代中期生产初二世界上第一台数字励磁调节器(digital-basedexcitationregulator简称DER)。自此以后国内外的各大厂家开始研制励磁调节器并且不断的生产处新的产品，因此推动着DER的发展和应用。在国外有着许多强大且有实力的公司都在生产DER，他们大都有着很强大的科研开发能力，他们的DER使用的硬件大都是自制的专门控制板。近十多年以来，我国不仅引入了相当数量的DER还引入了大容量的发电机机组。我们根据DER的硬件构成来划分种类可分为单CPU系统60 北华大学毕业设计（论文）、多CPU系统以及模拟数字混合系统(数字部分采用PLC)等三种。因为单CPU系统反应快速、总体集成度高的原因，它的生产成本相当的高，其生产厂家有ABB公司以及我们的大部分生产厂家。多CPU系统具有并行处理的特点能够满足快速性的要求，其调节功能也能分配给多个CPU单元，并且它的软件程序编写十分简化，但是它在某些方面也有着非常明显的缺点。此外的模拟数字混合系统可看做一种过渡系统，它在国内的用户群体并不是十分的大，只受到一部分人的青睐。不管怎样，在当今社会数字式的励磁调机器已经成为了多功能励磁系统的第一选择，成为了当代励磁调节器的发展方向。如今我们国家小型水利发电机组使用较多的励磁方式大多数都是相复励励磁系统、交流励磁机、晶闸管励磁以及直流励磁机。其中直流和交流励磁机采用的是经过整流后再提供给发电机的励磁方式，在他们的内部包含了旋转元件，因此他们的可控性方面比较欠缺。近年来采用的全静态励磁方式将主副励磁机都给取消了，这样的做法在根源上克服了因为旋转元器件造成的缺陷，因此在中小型发电机组励磁系统中得到了广泛的运用。由于微型计算机和大规模的集成电力在电力工业上得到了越来越广的运用，全数字是自动励磁调节装置在大型发电站中开始推广，但是中小型发电站如今在研究开发阶段并未得到推广。根据发电机机组的容量等级及所在电力系统的重要性来对数字式励磁调节器的硬件结构形式进行选择与设计，如今采用较多的是单、双通道微机以及多通道微机结构。核心控制器主要为16位和32位两种。控制器的结构形式有很多种类，例如单板机结构、单片机结构、可编程控制器结构以及工控机结构等，在当今的励磁装置市场中单片机结构和工控机结构占了相当大的百分比。其中单片机结构的励磁调节器具有成本低廉、体积小、结构简单的有点，并且除了控制核心以外其他的硬件部分可以根据系统的需求自主的进行设计，所以单片机结构的励磁调节器的硬件功能更加容易集成。随着单片机功能及运算速度的强大化，数字式励磁调节器的硬件也越来越简单，如今国外生产的励磁控制器向功能强大的单片机发展，运行维护量必将减少，最终效果越来越趋向于“傻瓜机”。从发展趋势来看，小型水电站、中小型热电厂将得到大力发展，则具有较高性能自动励磁调节装置的小型水电站、中小型热电站将得到大力的发展，在市场上具有很强大的潜力。目前，己经投入实际使用的微机型数字式励磁控制装置的控制核心使用的多为传统的单片机(如5l系列、96系列)或工控机，由于运算精度和速度有限，再加上部分装置采集数据所用变送器的时间延迟，影响了励磁控制响应速度和准确性的进一步提高，限制了一部分先进控制理论和方法的推广应用。新款单片机成本低廉，且功能强大、稳定性高、速度快，用多片单片机主从通讯、集散控制就容易实现，性能得到了很大的改善。60 北华大学毕业设计（论文）1.1自动励磁调节装置结构自动励磁控制装置是同步发电机励磁系统的重要组成部分，是电力系统中最重要的自动装置之一，它对于提高电力系统的稳定性并改善其动态品质具有非常重要的作用其基本的原理框图如图1.6所示。图中同步发电机是控制对象，励磁调节器是控制器。励磁机为执行环节，而校正装置是为改善系统特性而设定的。励磁控制系统是一种闭环控制系统主要由测量比较、综合放大与移相触发单元组成。图1.6自动励磁调节系统框图1、测量比较单元测量比较单元由正序电压滤波器电路、多相整流电路、滤波电路及检测电路等组成（如图1.7），总的效应可以用一阶惯性环节近似表示其动态特性。其作用是将发电机电压转变为与之成比例的直流电压，再直流电压与给定基准电压作比较，得出电压偏差信号。图1.7测量比较环节框图2、综合放大单元60 北华大学毕业设计（论文）综合放大单元作用是，通过运算放大器将偏差电压△U与其他辅助信号（反馈、限制）进行线性综合放大，以提高整个装置的灵敏度和调节质量，并给出适合移相触发环节需要的控制电压。综合放大电路工作特性如图1.8，由图可知当|△U|大于一定值后，输出不再变化呈饱和状态，放大器可双向上下限幅，这是移相电路要求的。图1.8综合放大电路工作特性3、移相触发单元移相触发单元的作用是，将控制信号转换成触发脉冲，以触发对应的晶闸管，达到调节励磁的目的。由于同步电路和移相触发电路关系密切，一般情况下常把同步电路作为移相电路的一部分。不同的移相触发电路一般都包括同步、移相、脉冲形成和脉冲放大几个部分（如图1.9）。图1.9移相触发电路框图触发电路是晶闸管装置中的重要环节，是晶闸管装置能否正常工作的关键。移相触发环节的移相特性如图1.10，特性曲线应满足励磁系统要求：60 北华大学毕业设计（论文）（1）强励时移相到（θ指的相位），对应的应起到强励作用；（2）若是全控整流桥，在灭磁时，对应的应起到允许逆变灭磁的作用；（3）正常工作范围应具有良好的线性关系。图1.10移相特性60 北华大学毕业设计（论文）、励磁装置的硬件设计1.1系统硬件结构及功能本励磁装置选用的单片机为两片INTEL公司生产的AT89C52，该芯片结合了CMOS的高速和高密度技术及CMOS的低功耗特征，完全满足了本设计装置的需求。本设计采用两片单片机主从控制励磁装置，主芯片分别对电流、电压、功率因数、频率等电网参数进行采集；同时负责从MCU与从机的通信及人机对话的设定。从单片机则主要负责晶闸管的触发。自动励磁装置主要由数据采集部分、功率因数角测算电路、输出控制、通讯接口、键盘及显示电路五部分组成。励磁装置硬件结构框图如2.1所示。图2.1励磁装置硬件结构框图1.1.1数据采集部分为了维持发电机端电压水平和机组间无功功率的合理分配，需测得发电机的机端电压、发电机输出电流、有功功率、无功功率、励磁电压、励磁电流以及功率因数，再经过一系列调节计算和无限制计算来得到整定之后的励磁电压所对应的可晶闸管的移相角，从而触发晶闸管，使机端电压在一个新的水平点稳定。60 北华大学毕业设计（论文）本系统的数据及变换由电压互感器和电流互感器测得，所采集的数据包括发电机出口的线电压、电流、励磁电流、励磁电压、有功功率P和无功功率Q可以用来测得电压、电流以及功率因数运算关系式为：（2.1）（2-2）交流信号经过整流滤波后，接入A/D转换器的输入端口。这种采样方式不但能够满足调节计算的要求，且硬件电路简单，采样速度要求不高，软件数据处理方便，可以降低了整个系统的成本。由于我们采用的A/D转换器是电压值输入，所以在四路输入中电压可以直接输入，而电流要在输入端口接一个适当的电阻，使其转换成相应的电压值再输入。当A/D转换器的输入端中有输入电压超过它的最高输入电压时，就会损坏元器件。因此我们在的输入端接上对地5.1V的稳压管。当有高于参考电压的输入电压出现时，利用稳压管可以把它稳定在适合的范围之内。A/D转换器采用ADC0809，该芯片为可以直接连接单片机接口，多路开关的8位模数转换器，可采集8路信号。模拟量采集部分的接线图如图2.2所示。图2.2模拟量采集电路原理图60 北华大学毕业设计（论文）由于采用PID算法来实现调节控制，因此需要求出两个相邻时刻的电压偏差值，我们把采集的电压值送入一个[3]中。同理，发电机的机端电流和励磁电压也送入相对应的数组[3]和[3]中。1.1.1功率因数的测量功率因数是指任意二端网络(与外界有二个接点的电路)两端电压U与其中电流I之间的相位差的余弦cosφ。由于线电压和相电流的夹角θ和被测相位角φ之间有着一定的线性关系，则检测电路所用的信号为电压和相电流。我们测得与，分析其间的夹角θ与相角φ间的关系的所对应的矢量图，如图2.3所示。图2.3相角φ与θ之间的对应关系由图2.3可看出：纯阻性负载时：；感性负载时：；纯感性负载时：；容性负载时：；纯容性负载时：；由此可知，负载不同，则θ角不同，因为θ角的大小与、同时为负值的时间长短具有线性关系，可以得出：60 北华大学毕业设计（论文）纯阻性：（T为电网周期时间）感性：纯感性：容性：纯容性：综上所述，只要测得时间τ，便可间接测得相角φ。为了测量时间τ，又为了使测量的φ角的精确度不受电网频率波动的影响，采用的接口电路如图2.4所示。图2.4功率因素测量接口电路由变压器TR取得线电压和由电流互感器取得的相电流均由检测器、转换器转换成相应的方波信号。把电压方波信号和电流方波信号经过异或门后作为过零点的检测信号（CPU的中断由下降沿产生），我们要节省外部中断，所以采用一个反相传输门和模拟开关结合的电路。由P3.0控制模拟开关的选通。这样可以控制用于脉冲宽度测量的定时器T1的计数值n，即当Ug1由负变正时，计数器T1启动，开始计数，当Ug2由正变负时，T1停止计数，这样就可以得到n的值，我们假设测量工频半个周期所对应的计数值为N，我们可以通过N，n的关系推得θ和φ的值。（2-3）(2-4)60 北华大学毕业设计（论文）由单片机完成上述的计算，进一步观查正弦和余弦即可得出功率因数。若为负，就说明该负载为容性负载。为了精确计算，我们采用了滑动数组的滤波技术。1.1.1微机CPU部分CPU是系统的控制中枢，它的运算能力直接影响到采样的速度和精度，所以选择适合的CPU对开发系统，完成系统的功能有很重要的影响。在励磁控制中，多次用到定时器和计数器来完成系统功能，如：在测量功率因数时用来计量脉冲宽度；在可控硅导通角上的时间延迟，以及触发可控硅的每相邻脉冲之间的时间上的延迟，所以采用了两片MCS-51系列单片机中的89C52微处理器作为主控制器和从控制器，并依据需求外扩了8KRAM和64KEPROM，主振频率12MHz，信号处理能力强，运行速度快，MCS-51单片机编译器支持C语言，C语言是一种通用的计算机程序语言，用C语言编写的程序便于移植，它既有汇编语言的功能，又具备高级语言的特征，目前已成为软件开发的主流。用汇编语言编写的程序，效率高，结构紧凑，但可读性差，编程复杂，而用C语言编写软件可以大大地缩短开发周期，提高效率。89C52片内数据存储器RAM为地址空间的0～256B。有3个定时/计数器T0，T1和T2。我们运用线选法来分配其外接模块的地址如图2.5。图2.5译码电路原理图60 北华大学毕业设计（论文）根据接口电路的译码电路，如图2.5可知8255（1）的A口，B口，C口和控制口的入口地址分别为6000h，6001h，6002h，6003h；8255（2）的A口，B口，C口和控制口的入口地址分别为8000h，8001h，8002h，8003h。在本硬件系统中，扩展了数据存储器6164（容量为8K），还有两片I/O接口芯片8255。MCS-51系列单片机的外部数据存储器和I/O接口都是统一编址，单片机可以像访问外部RAM那样访问外部I/O接口进行读写操作，用户可以把外部8K字节的RAM的一部分作为扩展I/O接口的地址空间。MCS-51可以通过地址总线发出的地址来选择某一个存储单元，因此在外扩的多片存储器中，必须进行两种选择：一是必须选择出该存储器芯片（或I/O接口芯片），称为字选；二是选择出该芯片的某一个存储单元（或某一寄存器），称为片选。常用的存储器选址的方法有两种：线选法和地址译码法。我们在本系统中采用译码器74LS138实现地址译码。我们把P2.7、P2.6、P2.5分别接到138译码器的C、B、A端，P2.4～P2.0，P0.7～P0.0这13根地址线接6164的A12～A0脚。由于对高3位地址译码，这样译码器有8个输出Y7～Y0，可以选择外扩的芯片。除了参加字选的地址线外，剩余的高位地址线全参加译码，这种译码方式称为全译码。由于采用全译码方式，CPU发出地址译码时，每次只能选中一个存储单元，这样I/O接口芯片和存储器之间就不会产生地址冲突。我们来看I/O接口芯片和数据存储器的地址范围。我们把74LS138的Y2、Y3、Y4分别接6164存储器的片选接口，两片8255的片选接口。如表2.1所示。表2.16164的地址P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.00100或10或10或10或10或1高8位的地址变化范围：40H～5FH低8位的地址变化范围：00H～FFH所以6164的地址范围为：4000H～5FFFH其中8255（1）的地址如表2.2所示。表2.28255（1）的地址P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.001100000P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.060 北华大学毕业设计（论文）0110000或10或1高8位的地址变化范围：60H低8位的地址变化范围：00H～03H所以8255（1）的地址范围为6000H～6003H；6000H为8255（1）的A口地址；6001H为8255（1）的B口的地址；6002H为8255（1）的C口的地址；6003H为8255（1）的命令字的地址。其中8255（2）的地址如表2.3所示。表2.38255（2）的地址：P2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.001100000P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.00110000或10或1高8位的地址变化范围：80H低8位的地址变化范围：00H～03H所以8255（2）的地址范围为8000H～8003H；8000H为8255（2）的A口地址；8001H为8255（2）的B口的地址；8002H为8255（2）的C口的地址；8003H为8255（2）的命令字的地址。1.1.1脉冲触发及同步电路1、同步电路为了满足对可控硅进行导通的控制要求，可控硅上所加的电压和控制端上所加的触发脉冲在相位上的配合必须合理，否则可控硅将无法正常工作，这就是同步信号相位的问题。同步信号取样信号直接来源于被控晶闸管的电压，而不是使用同步变压器。因为微机只取一相交流信号，其他两相可以从相序关系计算得到，这样就避免了模拟电路中存在的触发脉冲和主电路的同步问题。我们采用LM358和OP07相互配合的形式来完成此项功能，其输出的方波经过光电隔离后送入主单片机的中断1来进行交流信号的过零检测。同步信号过零检测电路如图2.6所示。60 北华大学毕业设计（论文）图2.6同步电路1、工作原理三相全控桥整流电路如图2-7所示，六个桥臂均为可控硅，其中T2，T4，T6阳极连在一起，阴极分别接于w，u，v三相交流电源，构成共阳极组连接；T1，T3，T5阴极连在一起，阳极分别接于u，v，w三相交流电源，构成共阴极组连接。在一个周期内，两组晶闸管要出现六次不同的导通组合方式6，1；1，2；2，3；3，4；4，5；5，6。本系统采用双窄脉冲触发方式，每个工频周期发出六对脉冲。由于用单片机输出的脉冲对晶闸管进行控制，所以输出脉冲必须和晶闸管承受的电源电压同步，因此在交流电源的每个周期产生一个同步基准信号。图2.7三相全控桥整流电路原理图2、触发脉冲的要求60 北华大学毕业设计（论文）1）触发脉冲应该具备足够的功率，使晶闸管元件安全可靠的导通，并且要有一定的裕量。2）触发脉冲的上升前沿一定要陡，且上升时间一般在10us左右。3）触发脉冲要有一定的宽度。在励磁调节器中，由于晶闸管的主电路中具有较大的感性负载，因此触发脉冲应该加宽。因为在大电感负载下，晶闸管的导通电流由零逐渐上升，如果电流未上升到擎住电流就消失，晶闸管又会重新关断。一般脉冲宽度不小于100us，通常为1ms。对三相桥式全控整流电路来说，要求触发脉冲宽度大于60°或者采用双窄脉冲，在本装置中我们采用双窄脉冲触发。4）触发单元与主电路之间互相隔离以保证安全，本装置采用脉冲变压器隔离。4、整流电路触发方式三相桥式全控整流电路的控制：当A、C相的线电压正半周过零时，正好是C相转换到A相的换相点，以此作为基准，对可控硅进行控制触发。在t1区间内，开通SCR1和SCR6；在t2区间内，开通SCR1和SCR2；在t3区间内，开通SCR3和SCR2；在t4区间内，开通SCR3和SCR4；在t5区间内，开通SCR5和SCR4；在t6区间内，开通SCR5和SCR6。三相全控整流电路可采用三种触发方式，第一种方式为绝对触发方式，用六个同步信号来控制触发时间，如图2.8所示，显然触发精度高，调整频率为300次/秒。图2.8三相整流桥绝对触发方式60 北华大学毕业设计（论文）第二种方式为部分相对触发方式，用三个同步信号来控制触发时间，图2.9所示。同步信号1到达，延时后触发SCR1、6之后延时3.33ms再触发下一组晶闸管。同步信号2到达，延时后触发SCR3、2之后延时3.33ms再触发下一组晶闸管。同步信号3到达，延时后触发SCR5、4之后延时3.33ms触发最后一组晶闸管，不断循环。这种触发方式可以每隔60°调整一次触发时间，调整频率为150次/秒。图2.9三相整流桥相对触发方式还有一种方式为完全相对触发方式。如图2.10所示，仅用一个同步信号，调整第一个触发脉冲的时间，相继的后五个触发脉冲均相对前一个触发脉冲延时3.33ms，调整触发的频率为50次/秒。因为前两种方式采用多个同步信号，在硬件上占的空间很大，所以我们选用第三种完全相对触发方式，节省硬件资源。60 北华大学毕业设计（论文）图2.10三相整流桥相对触发方式三相桥式可控整流电路要求双窄脉冲触发。控制角α设定在A相和C相电压相交点为α＝0，对线电压，由负半周到正半周过零点正是处在α＝0时刻（如图2-11）。我们选这个过零点，为触发脉冲的基准点。为保证双窄脉冲能够顺利触发，从单片机的P1.0～P1.5位输出脉冲触发三相桥式整流电路中对应T1～T6晶闸管，其触发脉冲顺序如图对应控制字如表2.4所示。60 北华大学毕业设计（论文）图2.11相对触发方式α=0时的线电压表2.4触发脉冲顺序对应的控制字触发晶闸管脉冲123456触发控制字1H3H6HCH8H0H60 北华大学毕业设计（论文）在三相桥式全控整流电路中，6个晶闸管导通顺序如图2.12所示：图2.12晶闸管导通顺序每隔60°有一管换相。即每隔时间触发一次。当每个周期的同步信号到来时，引起INT1同步中断，同时把计算控制角所得的时间置入定时器T0，T0溢出时执行中断程序，使接口芯片8255的PC端口输出一个由高变低的脉冲到从单片机的外部中断0。当单片机发生外部中断时，装入第一组脉冲控制字，即发出第一组脉冲控制字21H来触发相应的晶闸管，然后将60°所对应的时间放入单片机的T0，启动T0，当溢出时发出第二组脉冲控制字03H，然后再将60所对应的时间放入T0，启动T0，当溢出时发出第三组脉冲控制字06H……直到发完第六组脉冲控制字30H为止，之后主单片机再等待下一周期的同步信号的到来。1.1.1功率驱动电路功率驱动电路将对从单片机发出的控制命令字符进行功率放大，再通过隔离变压器按顺序触发可控硅。其电路原理图2.13所示。60 北华大学毕业设计（论文）图2.13功率驱动电路1.1.1键盘部分在控制电路中，通常以按键的方式来控制程序的流程或输入的数据。若按键少时，可以使用一个按键对应一条输入位线；若按键多时，通常以矩阵式扫描法来对按键进行检测。在本次系统设计中我们假设有16个按键，我们首先用到9个键，其他的键做预留使用。用8255（1）端口C的8条I/0线对16个按键的键盘进行扫描，由PC.0～PC.3送出扫描信号，而由PC.4～PC.7读取按键数据并返回相应的代码，如图2.14所示。图2.14键盘电路60 北华大学毕业设计（论文）以程序扫描的方式来检查哪个按键按下，哪个按键没有按下，其中一次扫描一行共四个按键，扫描的顺序如下：1）送出扫描信号1110以扫描C0行的四个按键，读取按键数据，判断该行是否有键按下，若有键按下，则连接至被按下的该键返回状态为0；2）送出扫描信号1101以扫描C1行的四个按键，读取按键数据，判断该行是否有键按下，若有键按下，则连接至被按下的该键返回状态为0；3）送出扫描信号1011以扫描C2行的四个按键，读取按键数据，判断该行是否有键按下，若有键按下，则连接至被按下的该键返回状态为0；4）送出扫描信号0111以扫描C3行的四个按键，读取按键数据，判断该行是否有键按下，若有键按下，则连接至被按下的该键返回状态为0；5）回到步骤1继续做按键扫描。以上的步骤连续重复，若有键按下，就应将该键码解读出来。从按键被按下到接触稳定要经过数毫秒的抖动时间，按键被松开时也有同样的问题，这就会引起一次按键多次读数，为保证键位识别的准确性，需进行防抖动处理。防抖动处理有硬件防抖和软件防抖两种方法。本装置中采用软件防抖方法，采用时间延迟10ms来躲过抖动，待信号稳定之后，再进行键扫描。在面板上的键的功能如下：所用到的键位为K1，K2，K3，K4，K5，K6，K7，K8，K15，K16。程序正常时，数码管显示端电压，电流，功率因数。首先需要要通过键盘把程序中用到的PID调节中的，，系数进行修正，最小步长为0.01，系数修正完以后按下键位K15，返回到正常显示的电压，电流，功率因数。其具体介绍如下：当按下K16键时，表示将要对PID进行系数修正：当按下K3键时，有一组数码管显示系统数值，此时对其可进行修正，即按下K1键时，是对其按照步长进行加运算；按下K2键时，对其按照步长进行减运算。当按下K4键时，有一组数码管显示系统数值，此时对其可进行修正，即按下K1键时，是对其按照步长进行加运算；按下K2键时，对其按照步长进行减运算。当按下K5键时，有一组数码管显示系统数值，此时对其可进行修正，即按下K1键时，是对其按照步长进行加运算；按下K2键时，对其按照步长进行减运算。60 北华大学毕业设计（论文）当按下K6键时，有一组数码管显示系统数值δ，此时对其可进行修正，即按下K1键时，是对其按照步长进行加运算；按下K2键时，对其按照步长进行减运算。可以对，，进行连续修正，通过观察显示的励磁电压来确定其系数，直到满意为止。然后按下K15键重新显示正常时候的电压、电流、功率因数。1.1.1显示部分及其他1、显示部分显示部分的实现采用MAX7219来驱动8位LED以显示数据。MAX7219是MAXIM公司生产的一种串行输入/输出共印记的显示驱动器。MAX7219的3根串行接口（时钟接口CLK，串行输入接口DIN，装载接口LOAD）分别接到主单片机的P1.4，P1.5，P1.6端口。其中时钟接口和串行输入接口与ADC0809和X25045的复用，以节省CPU的I/0接口资源。为了提高系统的可靠性，还添加X25045—“看门狗＋串行E²PR0M＋上电复位电路”。X25045把看门狗定时器、电压监控和E²PR0M组合三种常用的功能封装在一起，可以用简单的三根SPI总线与软件连接，以便于对其进行编程和读写。这种组合减小了电路板的面积，降低了系统的成本。2、I/0口使用注意事项本装置采用P1口接三极管后驱动隔离变压器的方式来发出触发脉冲。在调试时不能让三极管导通，这样会使工作不正常。所以本文采用加反向器的方法来增加驱动能力。1.2阻容保护当可控硅导通后，加上反向电压使特性过渡到反向阻断状态，由于电路中有电感，元件两端将会产生换相过电压，这是很危险的。为了抑制换相过电压，应该在可控硅的两端并联一条阻容支路。1.3硬件抗干扰设计60 北华大学毕业设计（论文）单片机构成的测控系统通常处于生产现场，直接与生产设备连接，实施对工业现场的监控任务。在发电机工作现场不可避免的存在着各种干扰源，如电源的干扰，信道噪声的干扰，空间辐射的干扰等等，这些干扰容易侵入励磁调节器硬件及软件系统，使得控制系统的可靠性和稳定性大大降低，严重时甚至使整个励磁系统运行失常乃至瘫痪。在本装置中采用了一系列硬件抗干扰措施来增强励磁调节器的抗干扰能力。1、A/D线路在A/D转换电路中，采用高频滤波电容。在布线时，每个芯片的电源与地线之间都要加旁路电容（一般选用0.01µF～0.1µF），并且尽量靠近A/D芯片。布线时尽量缩短传输导线的长度，数字信号线与模拟信号线尽量远一些。励磁调节器的模拟采样信号容易受现场干扰，其中可能混有高幅值尖峰毛刺干扰，这种干扰严重威胁调节器的安全运行。针对这种干扰，我们在信号进入A/D电路前要进行滤波和限幅。2、隔离与屏蔽隔离与屏蔽是抑制干扰的有效措施。本文将模拟部分与数字部分通过光耦效应进行完全隔离，有效地抑制了干扰信号对数字系统的影响。另外采样变压器应该放在另一块电路板上，采样信号可通过屏蔽线传到CPU上，以屏蔽电磁干扰。3、去耦电容集成电路元件加上去耦电容也很重要，数字电路中的去耦电容值为0.1µF。在布线时，尽量靠近集成电路元件的电源或者接地点。4、调节器线路板的布线在印制电路板、布置元器件等方面需采取适当方法。（1）印制板的布局影响加快衰减时间，因此需要把驱动器和接收器的位置尽可能靠近总线上的插座。（2）采用双面走线，使走线尽可能宽且短，并且优先考虑小信号线。（3）电源线和地线的距离尽量平行铺设，线条尽量粗且短，以便于降低阻抗。（4）多设计一些去耦、滤波和高频旁路电容，并合理选择电容器的位置。去耦线路阻抗值足够小，电容引线尽量短，高频特性尽量好，并且接在靠近保护器件的接地端口上。（5）布线时的数字接地点和模拟接地点最好分开。5、变压器隔离对触发脉冲输出电路和晶闸管之间进行变压器隔离，避免高电压信号对数字系统形成的干扰和损坏。6、看门狗系统（WDT）60 北华大学毕业设计（论文）CPU属于高速运行元器件，容易受到干扰的有运算器、控制器。当电磁干扰信号进入时，CPU将错误地执行相关指令，引起误动作，其中最容易受干扰的是程序指针PC，常发生的问题是程序“跑飞”。因此“看门狗”已经成了微机系统必备系统，通常采用软件与片外电路相结合的技术，来防止CPU程序的“跑飞”。本文利用看门狗的定时功能结合一定的程序，方便地构成了WDT，使PC异常时能够及时有效地进行强制“复位”。60 北华大学毕业设计（论文）、励磁控制算法1.1励磁控制算法介绍控制算法是控制系统中的一个重要环节。控制算法的选择关系到整个控制系统的控制效果。由于本励磁调节系统采用了单片机控制策略，因此在控制算法的选择上有很大的灵活性，只需要通过对软件的修改就可以使控制的效果得到改善。PID调节器是连续控制系统中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器，它是按偏差的比例、积分和微分进行控制的调节器。它结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别在工业过程中，由于对象的精确数学模型难以建立，系统的参数又经常发生变化，运用现代控制理论分析综合要耗费很大代价进行模型辨识，往往不能得到预期的效果，所以P1D调节器常被人们采用，并根据经验进行在线整定。对于PID控制器能够适用于如此广泛的工业对象，并仍以很高的性价比在市场中占据着重要地位，充分地反映了PID控制器的良好品质。PID控制的优点主要体现以下两个方面：1、原理简单、实现方便，一种能够满足大多数实际需要的基本控制器；2、控制器适用于多种不同的对象，算法在结构上具有较强的鲁棒性。在很多情况下其控制品质对被控对象的结构或参数变动不敏感。数字化PID控制算法只要选择适当的采样调节周期，系统就不会出现振荡和较大的超调。采样调节，相当一个经验丰富的操作者在断续的调节间隔里，利用一个间隔的等待看下个周期是否要求调整，这样就不容易产生超调现象（在参数适当的条件下），这是常规PID调节器难以达到的。数字PID控制算法有三个独立参数，在参数整定时比较方便灵活。其中增量型PID控制算法，需要的运算次数少，而且运算时占用单元少，具有实时性，是理想的控制算法。本小节将只介绍数字PID算法及其在本励磁调节装置中的具体实现。1.2PID控制器的基本原理PID控制器由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。通过，和60 北华大学毕业设计（论文）三个参数的设定。常规PID控制器系统原理框图如图3.1所示，系统主要由PID控制器和被控对象组成。作为一种线性控制器，它根据给定值和实际输出值构成控制偏差，将偏差按比例、积分和微分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称为PID控制器。其控制规律为：(3.1)式中—比例系数—微分时间常数—积分时间常数图3.1PID控制器系统原理图4、比例调节器比例调节器对于偏e(t)是即时反应的，偏差一旦产生，调节器立即产生控制作用，使被控量朝着减小偏差的方向变化，控制作用的强弱取决于比例系数。即，成比例地反映控制系统的偏差信号，偏差一旦产生，控制器立即产生作用，以减少偏差。其作用在于加快系统的响应速度，提高系统调节精度。比例调节器虽然简单快速，但对于系统响应为有限制的控制对象存在静差。加大比例系数可以减小静差，但是过大时会使系统的动态性质变坏引起输出振荡，甚至导致闭环系统不稳定。其控制规律为：(3.2)比例调节器的阶跃响应如图3.2所示。60 北华大学毕业设计（论文）图3.2比例调节器的阶跃响应5、积分调节器主要用于消除在比例环节中的残余静差，提高系统的无差度。积分调节具有累积成分，只要偏差e不为零，它将通过积累作用影响控制量u，从而减少偏差，直到偏差为零。积分时间常数大，则积分作用弱反之则强，增大将减慢消除静差的过程，但可减小超调，提高稳定性。引入积分调节的代价是降低系统的快速性。其控制规律为：（3-3）积分调节器的阶跃响应如图3.3所示。60 北华大学毕业设计（论文）图3.3积分调节器的阶跃响应6、微分调节器反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间。积分作用的加入将有助于减小超调，克服震荡，是系统趋于稳定。但过大的会使响应过程过分提前制动，从而拖长调节时间，而且系统的抗干扰性差。其控制规律为：（3-4)微分调节器的阶跃响应如图3.4所示。图3.4微分调节器的阶跃响应曲线1.1位置式PID控制算法由于计算机是采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此需要对式（3.1）进行离散化。离散化后的PID表达式为：（3.5）60 北华大学毕业设计（论文）式中：k—采样序列，k=0,1,2…；u(k)—第k次采样时刻的计算及输出值；e(k)—第k次采样时刻输入的偏差值；—比例放大系数；—积分放大系数，（T为采样周期）；—微分放大系数，；如果采样周期足够小，则式（3.5）的近似计算可以获得足够精确的结果，离散控制过程与连续过程十分接近。由于该算法是全量输出，所以每次输出均与过去状态有关，计算式要对e(k)(k=0,1,2…)进行累加，所以该算法工作量很大。也应为计算机输出的u(k)对应的是执行机构的实际位置，如果计算机出现故障，输出u(k)将大幅度变化，会引起执行机构的大幅度变化，有可能因此造成严重的生产事故，这在实际生产中是绝对不允许的。1.1增量式PID控制算法增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量△u(k)。当执行机构需要的不是控制量的绝对值，而是控制量的增量时，则需要用PID的增量式控制算法。增量式PID控制算法的表达式为：（3-6）其中：60 北华大学毕业设计（论文）由式(3-6)可以看出，一般计算机控制系统采用固定的采样周期T，因此，一旦确定了A、B、C，只要使用前后三次测量值的偏差量，就可以由式（3.6）求出控制量。由于增量式PID算法由于输出是增量与位置式PID算法相比，计算量小得多、误动作时影响小，所以较容易通过加权处理而获得好的控制效果，在实际生产中得到了广泛的应用。本系统我们就采用这种控制算法。1.1数字PID控制器的参数整定控制器结构确定后，比例、积分、微分参数（、、）的整定就成为了重要工作。控制效果的好坏在很大程度上取决于这些参数选择得是否得当。工程上，一般要求整个闭环系统是稳定的，对给定量的变化能迅速响应并平滑跟踪，超调量小；在不同干扰作用下，能保证被控量在给定值；当环境参数发生变化时，整个系统能保持稳定，等等。这些要求，对控制系统自身性能来说，有些是矛盾的。我们必须满足主要的方面的要求，兼顾其他方面，适当地折衷处理。在实际工作过程中，由于被调对象的动态特性不是很容易确定，即使确定了，不仅计算困难、工作量大，往往其结果与实际相差较大，甚至事倍功半。因此，我们采用的参数整定方法是经验法。即根据各调节作用的规律，经过闭环试验，反复凑试，找出最佳调节参数。众所周知，影响调节周期的因素很多，如对被控对象的扰动、被控对象的动态特性等。人们在选择调节周期时，往往根据已有的经验先选一个值，然后送入单片机控制系统进行实验，再根据被控对象的实际控制效果，反复地改变、、这三个值，直到达到满意的效果为止。最后我们取值<0.4、≤0.1、=0.2。根据对系统相关的计算的结果得出周期选一个工频周期时间20ms的整数倍较为合适。60 北华大学毕业设计（论文）、自动励磁调节装置的软件实现1.1励磁调节装置的软件结构在单片机实时控制系统中除了硬件设计的合理可靠外，软件设计也是至关重要的。本节内容将结合前面的硬件结构和控制算法等章节，通过具体的程序和算法，针对本装置各重要环节来说明励磁调节装置是如何工作的。C语言是一种结构化程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点，其语言库函数丰富，运算速度快，具有良好的可移植性，而且可以实现直接对系统硬件的控制。C语言支持自顶向下的结构化程序设计方法，支持模块化程序结构设计。因此，用C语言来编写目标系统软件可以大大缩短开发周期，提高效率，并且增加了程序的可读性。基于此，本装置以单片机为基础，以C语言为工具。本励磁调节器的控制软件有以下几部分组成：1、数据的采集和处理2、调节器比例系数的修正；3、中断处理；4、控制量的运算；5、键盘与显示。调节器的软件流程采用模块化结构设计，各种功能都由相应子程序来完成。如图4-1为软件主流程图。由于本系统需要设计完成的功能很多，而且发生中断的频率很多，用一个单片机很难完成，所以选择使用两个单片机互相配合的方式来完成所要求的功能。主单片机完成采样、键盘、显示、控制角的计算、调节器比例系数的修正等功能，从单片机完成六路脉冲的产生和触发的功能。60 北华大学毕业设计（论文）60 北华大学毕业设计（论文）图4.1主程序流程框图单片机在上电后先要检测一下硬件显示部分，并且对系统进行初始化：包括调节器电源的初始化，加电时对单片机进行原始状态的初始化，中断初始化，以及各接口芯片的初始化。主循环部分，首先是8通道数据采集处理部分，该部分利用外部中断1给出信号开始进行采集，设计一周期采集8个位置，每个位置都用信号保持器保持同一时刻的数据，使进行8个通道同相位采集。并通过16片7位数码管进行端电压、电流和励磁电压、电流的轮流显示。接着是通过外部中断1（INT1）和计数器0（T0）完成对信号周期的计算，为最后的触发脉冲输出做准备。控制角的计算模块包括限制判断，通过采集进来的电压与参考电压进行比较得到偏差电压和偏差变化率传送给智能PID进行控制计算，最后得到一组新的比例系数、积分系数、微分系数进行控制角的计算。用得到的控制角控制6个晶闸管触发脉冲的输出时间和顺序。整个控制软件用一个主程序和多个子程序来实现励磁调节的基本功能，程序整体结构紧凑、编程效率高、操作灵活、复查简便。为了提高MAX7219（显示驱动）的抗干扰能力，又在主循环中定期对MAX7219进行软件抗干扰处理。对于8255的抗干扰处理与MAX7219定期对芯片进行软件抗干扰处理的方法相同。1.1中断处理系统的定时功能和计数功能都是在中断程序中完成的，主单片机中外部中断0（INT0）与定时器1（T1）联合使用从而确定系统的功率因数。从系统的硬件原理图可知，由变压器TR取得线电压信号和由电流互感器取得的相电流信号均由过零检测器转换成相应的方波信号。我们把电压信号和电流信号经异或门以后作为过零点的检测信号，为了节省外部中断端口，所以采用一个反相传输门和模拟开关相结合的电路。我们要通过计数器来记录异或门以后的脉冲所对应的机器周期的个数n，而我们知道当晶振为12MHz时，每一个机器周期的运行时间大约为1us，工频为50Hz，所以每半个周期的运行时间为10ms，对应的角度为180°，机器周期是N，N为10000，由P3.0端口控制模拟开关的选通。这样就可以控制用于脉宽测量的定时器T1的计数值n，即当Ug1由负到正时，计数器T1启动并且开始计数，当Ug1由正到负时，T1停止计数，这样就可以得到n的值。我们可以通过N，n的关系推得θ和φ的值：60 北华大学毕业设计（论文）（4.1）（4.2）单片机很容易完成上述计算，再进一步查正弦和余弦的数值可得出功率因数。如果为负，则说明该负载为容性负载，为了准确计算，我们采用滑动数组的滤波技术。用A相电压信号从负变正的过零点即同步的矩形波下降沿触发外部中断1，进入外部中断子程序如图4-2所示，将a置位，使执行A/D的采集子程序。在脉冲触发产生的子程序中，设定了1/6信号周期的定时器0（T0），当定时器0（T0）定时结束时进入定时中断子程序如图4-3所示，首先关闭中断总允许位EA，再重装1/6周期定时设置，接着启动定时器0，启动中断允许位。图4.2外部中断1图4.3定时中断060 北华大学毕业设计（论文）在从单片机中我们采用外部中断1与定时器T0相配合的方法，完成对所求得的控制角angle的定时，以及对每1/6周期来触发一对可控硅的时间的定时，由于在硬件框图中我们接入的是线电压，所以当所对应的方波的过零点时，主单片机发生中断。中断时，T0装入所求的angle对应的时间的补码，启动T0定时器后，当T0定时溢出时对接口芯片发出一个由高变低的脉冲，该脉冲接到从单片机的外部中断0上，从而发生中断传输控制字，触发第一组可控硅，同时装入从单片机的T1所对应的时间的1/6周期，启动T1定时器，当T1计数溢出时发生中断，触发另外一组可控硅，同时装入从单片机的T1所对应的时间的1/6周期，启动T1定时器，按同样道理一次触发下一组可控硅，直到第六组触发完毕，再重复上述步骤，从而达到用窄脉冲来触发可控硅的目的。其脉冲输出原理框图如图4.4所示。60 北华大学毕业设计（论文）60 北华大学毕业设计（论文）图4.4脉冲输出原理框图1.1数据采集和处理本系统需要采集发电机出口电压，出口电流和励磁电压。我们通过A/D转换器，对这几个量进行采集，把出口电压和电流送到滑动数组[3]和[3]中，使每一个新值取代旧值，也即由（2）取代（1），（1）取代（0），然而（2）让出来由新值来代替，出口电流也是如此。励磁调节器的数据采集过程是经过电压互感器、电流互感器采集当时的电压值和电流值，再经信号处理电路和信号保持电路传送到ADC0809转换器进行模数的转换。通过8255（1）的PA口高四位和PC口低四位共同控制信号保持器保持该时刻的数值，接着通过8255（1）的PA口低三位选择要转换的通道，将转换好的数据送一个数组暂时保存，然后判断是否已经将第8个通道的数据转换了，若转换完成则完成对这一轮的数据采集并将信号保持器打开。如果没有则进行下一通道的数据转换，依次循环转换至最后一个通道。根据单片机的处理速度与A/D转换所需要的时间，本设计数据的采集每周期采集8个点，按照所写的采集程序，8个通道采集一轮所需要时间大约为0.8ms，延时1ms后进行0.3ms左右的最初的数据处理。因此一轮数据的采集加上处理所花的时间接近2.5ms即八分之一周期的时间，这样可以让八个采集点平均分配在一个周期之内，保证了用八个点的平方值的平均值求开方根作为有效值具有一定的准确性。通过计数器0可以计算出所采集信号的周期。当A相电压信号从负变正的过零点即同步的矩形波下降沿触发计数器0时开始计数，直到下一个下降沿时再停止计数。该单片机用的时钟频率是12MHz，所以计数器计数1次大约为1us，上述所得的计数值就是A相电压的半个周期值。再经过左移1位处理就是该信号的周期值了。将该周期值的六分之一作为定时器0定时设定值定时触发脉冲。60 北华大学毕业设计（论文）在每一轮数据采集完之后都要有相应的数据处理，如图4.5流程图上部所示，将第六个通道之前采集的数据都进行求平方处理，第六通道之后的数据不变，然后存入指定的一个二维数组。如此，将一周期内的8组数据都做一样的处理。接着将处理好的数据又分两个部分再进行处理，前一部分是第六通道之前的发电机机端数据，由于是交流信号，所以用八个点平方值的平均值再开方作为有效值，后一部分是第六通道之后的励磁端数据，是直流信号，所以用八个点的平均值作为励磁显示的数据值。图4.5数据处理流程图1.1数据显示本设计的数据显示采用动态扫描方式，即采用分时显示的方式，利用人的视觉暂留效应，以达到稳定显示的效果。数据显示的流程图如下图4-6所示。60 北华大学毕业设计（论文）显示程序是将处理后的数据进行动态显示。程序开始时取得机端数据show1[b]，判断其中b的奇偶性，如果b是奇数则将数据送电压显示子程序显示，并将show2[b%2]送励磁电压显示子程序显示。如果b是偶数则将数据送电流显示子程序显示，并将show2[b%2]送励磁电流显示子程序显示。最后判断b是否达到5，若b为5则将b清零，否则将b进行+1处理。下面就四个显示子程序里的机端电流显示程序的说明。众所周知，经过A/D转换器采集进来的数据比真实的数据小很多，在显示的时候需要按比例将采集数据进行放大，然后再送入机端电流显示子程序里，将A/D采集进来的最大值255对应真实电流20A，将255乘以40再除以51得到200，再将十位数的小数点点亮，就可以显示与实际相同的20.0。显示的时候先将要显示的位码锁存在一个锁存器中，再将相应的段码锁存在另一个锁存器中。60 北华大学毕业设计（论文）4.6数据显示流程图1.1可控硅控制角的计算1.1.1首先进行PID调节计算计算机控制是离散控制方法，根据研究表明，励磁系统控制周期取一个周期即20ms，在一个控制周期内进行一组计算，最后得出晶闸管的控制角α，作为下一个周期内的触发角。由于控制周期很短，可以认为机端电压在本周期内保持恒定为，整流桥输出电压可以检测到，其计算表达式如（4.3）所示。60 北华大学毕业设计（论文）（4.3）由于发电机传递函数是一阶滞后环节的相关函数，则发电机端电压呈指数函数规律变化，当t＝k时，额定机端电压为，机端电压等于，而在一个控制周期内，机端电压变为。（4.4）本周期末的偏差值：（4.5）上一周期的偏差值和上两个周期的偏差值需要进行保存，以供下一步的PID计算使用。求输出增量：（4.6）输出量为：（4.7）式中：为第k次的输出量。我们采用滑动滤波法来进行发电机端电压的采样，把采样电压装入一个数组中，下个周期每采样一次，都把新值放入数组的末尾，而把数组首位扔掉，这样就可以很容易地进行对各周期的偏差的计算。在程序中，当发电机出口电压超过量程[（1±5%）]时进行PID调节计算。在直接数字电路触发下，Y（k）相当于计算出的可控硅的控制角α的时间常数T。发电机运行时，可控硅的控制角α应小于90°60 北华大学毕业设计（论文）。这时三相全控桥处于整流状态，三相交流电源通过供给励磁绕组来提供励磁电流。当0°＜α＜60°时，整流输出电压是单向脉动和连续的波形，平均值为正值。当60°＜α＜90°时，由于励磁绕组的电感放电的效应，整流输出电压是正负相间且不对称的波形，但正值部分大于负值部分，所以平均值仍是正值。由于励磁绕组使用的电感很大，因此在全控桥整流状态下，不管控制角如何变化，通过励磁绕组的电流都是平滑的。1.1.1无功调差的概念所谓大电网，是指电网的容量很大，更确切的说，电网容量比待并发电机容量要大得多。以至于发电机中发生的一切变化，都对电网影响极小，可以忽略不计。具体地说就是电网电压和电网频率的大小，都不会因为发电机的功率调节而改变，即与常数。图4.7发电机无功调差特性发电机的无功调差特性，如图4.7所示，当感性无功电流增加时，发电机端电压不变，成为无差调节特性（曲线1）。当感性无功电流增加时，发电机端电压随之上升或下降，称为有差调压特性（曲线2、曲线3）。从空载到额定感性负载的过程，发电机端电压上升或下降的百分率，用调差率（或调差系数）δ表示：（4.8）60 北华大学毕业设计（论文）式中：—发电机空载时的端电压；—发电机额定负载时的端电压。由公式(4.8)可知，当增加时，下降，其调差δ为正；当增加时，上升，其调差率δ为负。也就是我们习惯上所讲的正调差或负调差。可控硅励磁同步发电机，由于励磁同步调节性能好，单机运行时电压变化小，调差率在±1％以内，技术性能较为理想。但在大多数情况下，发电机需要并列运行。由于电网中各发电机的调压性能不一致，因此当电网电压变化时，电压调整率好的发电机，励磁电流变化大，无功负荷变化也大，电压调整率差的发电机，励磁电流变化小，无功负荷变化也小。电网中电压调整率好的发电机，在电压波动较频繁的情况下，无功表摆动不停，电网电压稍高一点就会严重欠励，电网电压稍低一点就会严重过励，这对于安全运行是极为不利的；相反，电网中电压调整率差的发电机，尽管电网电压波动较大，无功增减量却很小，这也是不合理的。为了克服这些不利因素，合理分配无功功率，设置了无功调差单元，以适应发电机并列运行时的需要。在程序中，我们测得无功电流，使其按一定比例反映到发电机端电压，然后使其与端电压合成，反馈到励磁单元，从而控制一定的励磁电流。无功调差单元装入后，其输入量和输出量有如下关系：（4-9）式中：—发电机出口电压；—输出电压与无功电流成比例的分量。由于按偏差调节的励磁调节器不能维持为定值，其特性曲线是向下倾斜的，通常由自然调差率（当调差单元不工作时，其固有的无功调节特性也是下倾的，称为自然调差系数）来描述它的调节特性。接入自然调差特性后调差单元对发电机无功调节特性的影响，如图4.8所示。图中直线1为励磁调节器固有的调节特性，即自然调差系数；60 北华大学毕业设计（论文）反映调差单元输出电压对调节特性的影响，它与直线1相加后形成直线2所示的正调差特性。如改变电流的方向，由公式（4.9）可知，将得到直线3所示的负调差特性。图4.8接入调差装置后的发电机调节特性我们把上诉两种限制条件结合起来，把所有的因数都考虑进去就可以求得可控硅的控制角。当某一时刻电压超过额定电压的1.3倍时，这时的可控硅应该全部截止，即控制角θ为180°；当某一时刻电压少于额定电压的80％时，这时的可控硅应该全部导通，即控制角为0°；当某一时刻的电压与额定值之间的差值大于额定值的5％时，就要进入PID电压调节计算环节，紧接着要进行无功调差计算功能，最后再进行最小励磁限制判断的程序，当所测得的无功电流大于最小励磁电流时，此时由电压调节与无功调差所求的控制角要减少，直到无功电流小于最小励磁限制电流为止。此时所得的控制角就可以送入外部中断1（INT1），从而触发可控硅导通。其软件原理框图4.9所示。60 北华大学毕业设计（论文）图4.9控制角计算原理框图1.1按键程序及键值所对应功能本系统所用的16个键位的软件原理图见图4.10。要调节、、系数，随时检查（励磁电压）是否达到额定值，如果达到额定值，则系数调节成功，当前值为所要求的、、值。60 北华大学毕业设计（论文）图4.10按键功能框图60 北华大学毕业设计（论文）1.1逆变停车与限制动作根据设计任务的要求，当遇到励磁过电流、电压限制、发电机过电压、低于低频保护以及电压检测信号丢失时，调节器需要控制导通角来实现逆变停车。程序中只要有一个满足上述条件的都会将逆变信号置位并提示调节器停止电流输出。限制条件包括强励限制、过励磁限制和欠励磁限制。强励限制、过励限制是当发电机端电压低于额定电压的80%时的励磁限制，欠励磁限制是当发电机端电压高于额定电压的130%时的励磁限制。1.2软件抗干扰设计1、接口芯片初始化微机系统采用的可编程I/O接口芯片8255，原则上在上电启动后初始化一次即可，但工作模式控制字可能因为噪声干扰等原因受到破坏，使系统输入/输出状态字发生混乱。因此，在应用过程中，要对有关功能重新设定一次，确保接口的可靠工作。2、指令冗余技术：N0P的使用可在某双字节指令和三字节指令之后插入两个单字节N0P指令，可保证其后面的指令不被拆散。因为“乱飞”的程序即使落在操作数上，由于两个空操作数指令N0P的存在，不会将其后的指令当操作数执行，从而使程序进入正轨。“_nop_”产生自51单片机的N0P指令，该函数也可用于C语言程序中的时间进行延时，C51编译器在程序调用_nop_函数的地方，会直接产生一条N0P指令。3、软件滤波法对计算机控制系统中的常态干扰，可以用数字滤波的方法加以抑制或者滤除。所谓数字滤波，就是通过一定的软件程序降低干扰信号在有用信号中的比重，因此数字滤波实质上是一种程序滤波。数字滤波是用软件程序实现的，不需要增加硬件，因此可靠性高，且没有阻抗匹配的问题。在采集数据干扰信号比较严重的情况下，如果采用一般的平均值法，则干扰信号就会“平均”到结果中去，因此平均值法不能消除干扰信号而引起的误差。为此，可先去掉N组数据中的最大值和最小值，然后计算N-2个数据的平均值。在求取功率因数时，对采用计数器计得所求脉冲宽度的计数法就采用了该软件滤波的方法。4、显示初始化60 北华大学毕业设计（论文）对于易受外界干扰的元器件，为保证其工作的可靠性，要在程序中定期进行初始化处理。显示用的MAX7219易受外界的干扰，在交流电源插拔过程中或者使用万能表测量电路板上的数值时，经常发生显示混乱的现象，由于显示部分是必不可少的，它能直观的向现场人员反映其工作情况和工作状态，所以在程序设计中定期对MAX7219进行初始化处理，即使偶尔发生显示混乱也能保证其对入侵干扰信号的自恢复性能。5、重复执行程序指令在执行过程中或者保持（锁存）过程之后，都有可能被噪声影响而导致控制失效甚至引发事故，为此增加了重要指令的执行次数以纠正干扰信号造成的错误。程序在执行过程中，凡是与外部设备有关的指令，都需要多次重复执行以确保有关信号的可靠性，例如对求取功率因数所用到的CPU端口的初始化就采用这种方式。6、键位去抖从键位按下到接触稳定要经过几毫秒的抖动，键松开时也具有同样的问题，这会引起一次按键多次读数。为了保证键位识别的准确性，需要对键位进行去抖动处理。我们采用软件方法，采用时间延迟10ms躲过抖动，待信号稳定之后，再进行键扫描。60 北华大学毕业设计（论文）结　论在毕业设计完成之际，对自动励磁调节装置的研究有以下几点结论：1、随着电力系统的发展和大型机组的出现，对励磁调节器的要求越来越高；同时随着计算机和大规模集成电路在电力工业中的广泛应用，微机励磁调节器将逐渐取代模拟式励磁调节器。并且单片机越来越普遍，它具有体积小专用性强等优点，为构成专门的控制系统提供了有利条件。2、由于程序中断的频率很高，一片单片机很难完成此项功能，在调试时总是出现死机的情况，所以我们采用两片单片机互相配合的方式来完成该设计的功能。首先，主单片机完成采数、键盘、显示、控制角的计算、调节器比例系数的修正等功能，而从单片机完成六路脉冲的产生和触发的功能。从而解决了死机问题。3、自动励磁调节装置的功能转换灵活，可以实现自动稳压控制，以及恒励磁电流的自动控制。4、本装置功能的扩充性很强，例如可以方便地扩充到目前调节器所没有实现的各种功能，如逆变灭磁、强磁等功能，该功能可以用软件实现，而不用硬件，这样就减小了设备的投资。5、由于调节器采集的信息只有电压、电流和功率因数，如果程序中要用到有功功率、无功功率等相关量时，可以通过程序运算得到，所以该调节器比较经济，节约了成本。调节器采用数字PID控制技术，对系统进行比例、积分和微分的计算，对发电机出口电压进行控制，当发电机出口电压随着负载的变化而变化时，由于PID调节器的控制作用，出口电压将保持不变。6、单片机的开发语言使用C语言。C语言是一种结构化程序设计语言，它兼顾了多种高级语言的特点。用C语言编写软件，可以大大缩短开发周期提高效率，并且可以增加程序的可读性，便于以后的改进和扩充，从而研制出规模更大，性能更完备的系统。本论文还存在一些不足之处，有待于进一步的改善，主要体现如下：60 北华大学毕业设计（论文）由于笔者的知识水平和设计的时间有限，有很多问题还没有解决。例如在调试中，发电机由带载到空载时电压下降的速度很慢，其余情况时的调节时间都很短；而且相关器材还有一些干扰没有彻底地解决，所以在调试中有时会出现不正常的情况，或者在相邻的时间内实验结果是不一样的；为了进一步解决上述的缺陷，励磁调节器有很多功能要扩充进去，如逆变灭磁，开关量检测等。60 北华大学毕业设计（论文）参考文献[1]王文云.基于单片机的同步发电机励磁调节器的设计[J].机械与电子，2014（2）：73-76.[2]刘西玲.基于单片机控制系统的抗干扰设计[J].科技创新与应用，2015（16）：39.[3]李文进，向志军.基于STC89C52单片机的直流调速励磁装置在开机并网模拟系统中的应用[J].黑龙江科技信息，2013：8-10.[4]李志军.基于单片机的同步电机励磁调装置设计[J].甘肃科技纵横，2012，41（4）：11-12，16.[5]黄启锋，郭丽花，林有希，温发林.单片机控制系统软件抗干扰方法的研究[J].中国农机化学报，2016，37（2）：214-217，222.[6]孙化军.励磁系统故障分析及处理[J].机电信息，2015（9）：43-44.[7]杨新华.基于单片机的数据采集系统的研究[J].电子技术与软件工程，2015，11（21）：254.[8]李东蛟.基于单片机的同步发电机励磁调节器的设计[J].机械与电子，2014（02）：17-22.[9]杨永宏.励磁系统常见故障及解决措施探讨[J].科技创新导报，2011（04）：114-117.[10]吴杰.基于单片机的数据采集系统设计[J].无线互联科技，2015（20）：60-65.[11]HongZhang，BoHu；TheApplicationofNonlinearPIDControllerinGeneratorExcitationSystem，EnergyProcedia,2012,Vol.17,pp.202-207[12]Wei-DerChang,Shun-PengShih；PIDcontrollerdesignofnonlinearsystemsusinganimprovedparticleswarmoptimizationapproach，CommunicationsinNonlinearScienceandNumericalSimulation,2010,Vol.15(11),pp.3632-363960 北华大学毕业设计（论文）［单击此处键入附录题名］附录A［单击此处键入内容］附录是作为论文主体的补充项目，并不是必需的。下列内容可以作为附录编于论文后，也可以另编成册：1.为了论文材料的完整，但编入正文又有损于编排的条理和逻辑性，这一类材料包括比正文更为详尽的信息、研究方法和技术更深入的叙述，建议可以阅读的参考文献题录，对了解正文内容有用的补充信息等；2.由于篇幅过大或取材于复制品而不便于编入正文的材料；3.不便于编入正文的罕见珍贵资料；4.对一般读者并非必要阅读，但对于本专业同行有参考价值的资料；5.某些重要的原始数据、数学推导、计算程序、框图、结构图、注释、统计表、计算机打印输出件等。附录一般与论文全文装订在一起，如果附录内容很多时也可独立成册。不用此信息时，删除此框。60 北华大学毕业设计（论文）致　　谢［单击此处键入内容］60'