陈光090303117电力自动化.doc

辽辽 宁宁 工工 业业 大大 学学 电力系统自动化电力系统自动化 课程设计 论文 课程设计 论文 题目 题目 25MW发电机自并励励磁自动控制系统设计发电机自并励励磁自动控制系统设计 院 系 院 系 电气工程学院电气工程学院 专业班级 专业班级 电气电气094094 学学 号 号 090303117090303117 学生姓名 学生姓名 陈光陈光 指导教师 指导教师 起止时间 起止时间 2012 12 312012 12 31 2013 01 112013 01 11 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 I 课程设计 论文 任务及评语课程设计 论文 任务及评语 院 系 电气工程学院 教研室 电气工程及其自动化 注 成绩 平时20 论文质量60 答辩20 以百分制计算 学 号090303117学生姓名陈光专业班级电气094 课程设计 题目 25MW发电机自并励励磁自动控制系统设计 课程设计 论文 任务 设计要求 1 阐述发电机励磁控制系统的控制原理 2 确定励磁控制系统方案 3 设计输入接口及电力参数数据采集通道 4设计输出接口及输出励磁控制通道 5确定控制算法 设计系统软件 6对设计进行总结 基本参数及要求 1 水轮发电机容量 25MW 功率因数 0 85 定子额定电压 18KV 额定转子电压 177V 2 要求电压调差系数在 15 范围内可调 3 强励倍数 1 8 不小于 10 秒 4 调压精度 机端电压静差率小于 1 5 自动电压调节范围 60 140 6 起动升压至额定电压时 超调量不大于 5 进度计划 1 布置任务 查阅资料 理解掌握系统的控制要求 1 天 2 系统总体方案设计 选择 CPU 设计单片机最小系统 1 天 3 设计输入接口及电力参数数据采集通道 2 天 4 设计输出接口及输出励磁控制通道 3 天 5 系统软件设计 2 天 6 撰写 打印设计说明书 1 天 指导教师评语及成绩 平时 论文质量 答辩 总成绩 指导教师签字 年 月 日 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 II 摘 要 同步发电机励磁控制系统承担着调节发电机输出电压 保障同步发电机稳定 运行的重要责任 优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定 性 为电网提供合格的电能 而且还可有效地改善电力系统静态与暂态稳定性 要实现这个目的 就必须根据负载的大小和性质随时调节发电机的励磁电流 本文采用自励系统中接线最简单的自并励励磁系统 针对同步发电机论述了 自并励励磁自动控制系统的特点及发展现状 分析了自并励励磁自动控制的原理 和实现方法 提出了基于 AT89C51 单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设 计思路 对于所设计的单片机最小系统经过经济性与技术性的比较后 选用了按 键电平复位电路和内部时钟电路 并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和软 件系统 最后又对整个系统进行了 MATLAB 仿真 以用来对比运用算法所得结果 与仿真所得结果是否在误差允许范围内 本文主要内容是进行了模糊自调整 PID 控制设计 克服了传统 PID 控制非线 性差 对模型要求高的缺点 并深入进行了基于免疫算法的模糊 PID 控制设计 把 生物学中的细胞免疫原理用于模糊 PID 控制器中 加强了控制器的自我校正能力 自适应能力 提高了控制精度和速度 关键词 自并励励磁自动控制系统 AT89C51 单片机 MATLAB 仿真 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 III 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 励磁控制系统概况 1 1 2 本文主要内容 1 第 2 章 发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计 3 2 1 发电机自并励励磁自动控制系统总体设计方案 3 2 2 单片机最小系统设计 3 2 3 发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计 6 2 4 直流稳压电源电路设计 7 第 3 章 自并励励磁控制系统软件设计 10 3 1 软件实现功能综述 10 3 2 流程图设计 10 3 2 1 主程序流程图设计 10 3 2 2 模拟量检测流程图设计 11 3 3 程序清单 12 第 4 章 系统仿真与分析 14 4 1 MATLAB软件简介 14 4 2 系统仿真模型的设计 15 第 5 章 课程设计总结 17 参考文献 18 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 1 第 1 章 绪论 1 1 励磁控制系统概况 供给同步发电机励磁电流的电源及其附属设备统称为励磁系统 它一般由励 磁功率单元和励磁调节器两个主要部分组成 励磁功率单元向同步发电机转子提 供励磁电流 而励磁调节器则根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元 的输出 励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性具有相当 大的作用 尤其是现代电力系统的发展导致机组稳定极限降低的趋势 也促使励 磁技术不断发展 一般我们把根据电磁感应原理使发电机转子形成旋转磁场的过程称为励磁 此外 为发电机等 利用电磁感应原理工作的电气设备 提供工作磁场也叫励磁 有时 向发电机转子提供转子电源的装置也叫励磁 励磁的主要作用是 第一 维持发电机端电压在给定值 当发电机负荷发生变化时 通过调节磁场的强弱来 恒定机端电压 合理分配并列运行机组之间的无功分配 第二 提高电力系统的 稳定性 包括静态稳定性和暂态稳定性及动态稳定性 第三 直流电机的转动过 程中 励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化 改变直流电机的转速 改 变励磁同样起到改变转速的作用 励磁按直流电机励磁方式可分为他励磁 并励 磁 串励磁 复励磁等方式 按整流方式分为旋转励磁和静止励磁 励磁装置是 指同步发电机的励磁系统中除励磁电源以外的对励磁电流能起控制和调节作用的 电气调控装置 根据不同的规格 型号和使用要求 分别由调节屏 控制屏 灭 磁屏和整流屏几部分组合而成 1 2 本文主要内容 本次课设针对发电机自并励励磁自动控制系统 论述了自并励励磁自动控制 系统的特点及发展现状 分析了自并励励磁自动控制的原理和实现方法 提出了 基于 AT89C51 单片机的同步发电机自并励自动控制系统的设计思路 对于所设 计的单片机最小系统经过经济性与技术性的比较后 选用了按键电平复位电路和 内部时钟电路 并在此基础上设计了励磁装置的硬件系统和软件系统 最后又对 整个系统进行了 MATLAB 仿真 以用来对比运用算法所得结果与仿真所得结果 是否在误差允许范围内 励磁装置的使用 是当电力系统正常工作的情况下 维持同步发电机机端电 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 2 压于一给定的水平上 同时 还具有强行增磁 减磁和灭磁功能 对于采用励磁 变压器作为励磁电源的还具有整流功能 中小型水利发电设备已实施出口产品质 量许可制度 未取得出口质量许可证的产品不准出口 励磁装置主要分为电磁型 和半导体型两大类 电磁型励磁装置主要用于以直流或交流励磁机为励磁电源的 励磁系统中 半导体型励磁装置既可以与励磁机一起组成静止 或旋转 整流器励 磁系统 也可以与励磁变压器组成静止励磁系统 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 3 第 2 章 发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计 2 1 自并励励磁自动控制系统设计方案 如图 2 1 所示即为励磁控制器设计总体设计方案的框图 其中分为五个模块 分别是直流稳压电源模块 复位电路模块 时钟电路模块 AT89C51 单片机模块 和励磁开关驱动控制电路模块 实现单片机控制外部电路 在 AT 89C51 单片机模块中 应用内部的软件编辑程序 实现对励磁系统驱 动控制电路的控制 在复位电路模块中 复位操作可以使单片机初始化 也可以 使机状态下的单片机重新启动 复位电路需要外加电源 而题目中只给出 AC220V 交流电源 因此在复位电路前加入了直流稳压电源模块 为复位电路提供可靠的 直流稳压电源 在时钟电路模块中 时钟电路为单片机提供工作所需的时钟信号 励磁开关 驱动控制电路模块中 采用光电隔离器 MOC3041 是单片机与外部电路实现隔离 并且能有效地控制外部电路 AT89C51 单片机 时钟电路 复位电路 直流稳压电源 励磁控制系统 图 2 1 励磁控制系统总体设计方案框图 2 2 单片机最小系统设计 本次课设选用 AT89C51 单片机作为控制器件 AT89C51 是一种带 4K 字节 FLASH 存 储器 FPEROM Flash Programmable and Erasable Read Only Memory 的低电 压 高性能 CMOS 8 位微处理器 它由 8 部分组成 即中央处理器 CPU 片 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 4 内数据存储器 RAM 片内程序存储器 输入 输出端口 可编程串行口 定时 计数器 终端系统以及特殊功能寄存器 各部分通过内部总线相连 其基本结 构依然是通过 CPU 加上外围芯片的结构模式 但在功能单元的控制上 却采用殊 功能寄存器的集中控制方法 如图 2 2 所示 即为 89C51 单片机的引脚图 引脚功能 VCC 供电电压 GND 接地 RST 复位输入 当振荡器复位器件时 要保持RST 脚两个机器周期的高 电平时间 ALE PROG 当访问外部存储器时 地址锁存允许的输出电平用于锁存地址 的地位字节 在 FLASH 编程期间 此引脚用于输入编程脉冲 在平时 ALE 端以不变的频率周期输出正脉冲信号 此频率为振荡器频率的1 6 因此它 可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的 然而要注意的是 每当用作外部数 据存储器时 将跳过一个 ALE 脉冲 如想禁止 ALE 的输出可在 SFR8EH 地址 上置 0 此时 ALE 只有在执行 MOVX MOVC 指令是 ALE 才起作用 另外 该引脚被略微拉高 如果微处理器在外部执行状态ALE 禁止 置位无效 PSEN 外部程序存储器的选通信号 在由外部程序存储器取指期间 每 个机器周期两次 PSEN 有效 但在访问外部数据存储器时 这两次有效的 PSEN 信号将不出现 图 2 2 89C51 单片机的引脚图 EA VPP 当 EA 保持低电平时 则在此期间外部程序存储器 0000H FFFFH 不管是否有内部程序存储器 注意加密方式1 时 EA 将内部锁定 为 RESET 当 EA 端保持高电平时 此间内部程序存储器 在FLASH 编程期 P1 0 1 P1 2 3 P1 1 2 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 P1 7 8 RESET 9 P3 0 10 P3 1 11 P3 3 13 P3 2 12 P3 4 14 P3 5 15 P3 6 16 P3 7 17 X T AL1 19 X T AL2 18 V SS 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 ALE 30 EA 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 V CC 40 89c51 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 5 间 此引脚也用于施加 12V 编程电源 VPP XTAL1 反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入 XTAL2 来自反向振荡器的输出 复位操作可以使单片机初始化 也可以使机状态下的单片机重新启动 因 此十分重要 单片机的复位都是靠外部复位电路来实现的 在时钟电路工作后 只要在单片机的 RESET 引脚上出现 24 个时钟震荡脉冲 两个机器周期 以上的 高电平 单片机就能实现复位 为了保证系统可靠地复位 在设计复位电路时 一般使 RESET 引脚保持 10 毫秒以上的高电平 单片机便可以可靠地复位 当 RESET 从高电平变为低电平以后 单片机从 0000H 地址开始执行程序 在复位有 效期间 ALE 和 PSEN 引脚输出高电平 如图 2 3 所示即为 89C51 单片机的按键 电平复位电路 这种复位电路利用电容器充电实现 当加电时 电容 C 充电 电 路有电流通过 构成回路 在电阻 R 上产生压降 RESET 的引脚为高电平 当电 容 C 充满电后 电路相当于断开 复位结束 它还可以通过按键实现复位 按下 键后 通过 R1 和 R2 形成回路 使 RESET 端产生高电平 按键的时间决定了复位 时间 如图 2 3 所示即为 89C51 单片机的按键电平复位电路 图 2 3 按键电平复位电路 时钟电路用于产生单片机工作所需的时钟信号 时钟信号可以有两种方式 产生 内部时钟方式和外部时钟方式 下面介绍内部时钟方式 89C51 内部有一 个高增益反相放大器 即与非门的一个输入端编程为常有效时 用于构成片内 振荡器 引脚 XTAL1 和 XTAL2 分别是此放大器的输入端和输出端 在 XTAL1 和 XTAL2 两端跨界晶体或陶瓷谐振器 就构成了稳定的自激振荡器 其发出的脉冲 直接送入内部时钟发生器 如图 2 所示 外接晶振时 C1 C2 参数通常选择 30pF 左右 C1 C2 可稳定频率并对振荡频率有微调作用 谐振频率范围是 0 到 24MHz 为了减少寄生电容 更好地保证振荡器稳定可靠接地 谐振器和电容应 R1 200 R2 1K C 22uF RE SE T VCC VCC RE SE T VSS 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 6 该尽量安装的与单片机芯片靠近 内部时钟发生器实质是一个二分频的触发器其 输出是单片机工作所需的时钟信号 如图 2 4 所示即为 89C51 单片机的内部时钟 电路 图 2 4 内部时钟电路 综合以上所作分析与选择 形成了如图 2 5 所示的完整的 CPU 最小系统图 图 2 5 单片机最小系统图 2 3 发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计 为维持发电机端电压水平和机组间无功功率的合理分配 需要测得参数包括 发电机的极端电压 发电机输出电流 励磁电压 励磁电流 有功功率 无功功 率以及功率因数 经过一系列限制计算和调节计算来得到整定后的励磁电压 cos 所对应的可控硅的导通角 从而触发可控硅 使发电机出口电压稳定在一个新水 平 本系统的数据及变换由电压互感器和电流互感器获得 所采集的数据包括发 C1 C2 XT AL 2 XT AL 1 P1 0 1 P1 1 2 P1 2 3 P1 3 4 P1 4 5 P1 5 6 P1 6 7 RE SE T 9 P3 0 10 P3 2 12 P3 3 13 P3 4 14 P3 5 15 P3 6 16 P3 7 17 XT AL 2 18 XT AL 1 19 VSS 20 P2 0 21 P2 1 22 P2 2 23 P2 3 24 P2 4 25 P2 5 26 P2 6 27 P2 7 28 PSEN 29 AL E PROG 30 EA VPP 31 P0 7 32 P0 6 33 P0 5 34 P0 4 35 P0 3 36 P0 2 37 P0 1 38 P0 0 39 VCC 40 P1 7 8 P3 1 11 AT 89C51 C1 C2 XT AL 2 XT AL 1 R1 200 R2 1K C 22uF RE SE T VCC VCC RE SE T VSS 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 7 电机出口的两相的线电压 一相相电流 励磁电压 有功功率和无功功率可以由 采集得到的电压 电流以及测算得到的功率因数运算得到 cos 图 2 6 模拟量采集部分的电路 交流信号经变压器隔离和整流滤波后接入 A D 转换器的输入端 这种采样方式能 满足调节计算的要求 且硬件电路简单 采样要求不高 软件数据处理方便 降 低了整个系统的成本 由于我们采用的 A D 转换器是电压输入的 所以在四路输 入中电压信号可以直接输入 而电流信号则要通过一个电阻转化成电压信号再输 入 A D 转换器选择 TLC2543 该芯片是一种单电源 串行控制的 12 位模数转 换器 可采集 11 路信号 与单片机的连接只占用 4 根口线 模拟量采集部分的 电路如图 2 6 所示 2 4 直流稳压电源电路设计 本次课设要求控制器选用 AC220V 电源供电 而单片机的工作电源是 5V 的直 流电源 因此需要利用使用直流稳压电源为单片机提供电源 直流稳压电源由电 源变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路四部分组成 其原理框图如图 2 7 所 示 电网供给的交流电压 u1 220V 50Hz 经电源变压器降压后 得到符合电路需 要的交流电压 u2 然后由整流电路变换成方向不变 大小随时间变化的脉动电压 u3 再用滤波器滤去其交流分量 就可得到比较平直的直流电压 uI 但这样的直 流输出电压 还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化 在对直流供电要 求较高的场合 还需要使用稳压电路 以保证输出直流电压更加稳定 励磁电压 R2 R1 0 1uF W5 1 2 3 4 A相 C相 0 1uF 50V 47uF R4 50V 47uF R5 R RES2 AIN0 AIN1 GND TLC2543 VCC REF REF 5V 5V 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 8 图 2 7 直流稳压电源框图 一般情况下 生产生活中所需的直流电压的数值与电网电压的有效值相差较 大 一次需要通过电源变压器降压后 在对交流电压进行处理 变压器副边电压 有效值决定于后面电路的需要 目前 也有部分电路不用变压器 利用其他办法 进行升压与降压 变压器副边电压通过整流电路从交流电压转化为直流电压 即将正弦波电压 转化为点一方向的脉动电压 半波整流和全波整流电路的输出波形如框图中所画 本次可设选用桥式全波整流 可以看出它们均含有较大的交流分量 会影响负载 电路的正常工作 例如 交流分量将混入输入信号被放大电路放大 甚至在放大 电路的输出端所混入的电源交流分量大于有用信号 因而不能直接作为电子电路 的供电电源 为了减小电压的脉动 需要通过低通滤波电路滤波 使输出电压平滑 理想 情况下 应将交流分量全部滤去 是滤波电路的输出电压仅为直流电压 然而由 于滤波电路位无源电路 所以接入负载后势必影响其滤波效果 对于稳定系要求 不高的电子电路 蒸馏和滤波后的直流电压可以作为供电电源 稳压电路的功能是使输出直流电压基本上不受电网电压波动和负载电阻变化 的影响 从而获得足够高的稳定性 本次设计主要应用三端稳压器 而 W7800 系 列三端稳压器的输出电压为 5v 6v 9v 12v 15v 18v 和 24v 七个档次 型号后面 的两位数字表示输出电压值 W7805 表示的输出电压为 5v 最大电压为 1 5A 因 此选用 W7805 三端稳压器 如图 2 8 所示即为直流稳压电源的主电路图 本次课课设的目的在于用弱电控制强电 因此在这一部分 强电与弱电的隔离成 为关键 现在有许多种开关控制输出电路 其中大多数是通过芯片给出的电压电 流如 TTL 电平信号 这种电平信号一般不能直接驱动外部设备 而需经过转化后 才能驱动外部设备 许多外设如大功率交流接触器 制冷剂等在开关控制过程中 会产生较强的电磁干扰信号 不加隔离就会对系统造成误动作或伤害 因此 在 接口处理中 还要包括隔离技术 针对这个问题 所选励磁开关驱动控制电路 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 9 图 2 8 直流稳压电源电路图 如图 3 3 所示 所选的光电隔离器是 MOC3041 它是根据晶闸管原理开发出 来的 晶闸管是一种大功率半导体器件 可以作为大功率驱动器件使用 具有用 较小功率控制大功率 开关无触点等特点 双向晶闸管目前已经广泛应用于生产 生活中 而与它相配套的光电隔离器已经有现成的产品 这种器件一般称为光耦 双向晶闸管驱动器 常用的有 MOC3000 系列 用于不同负载下电压使用 例如 MOC3011 用于 110V 交流 而 MOC3041 等用于 220V 交流使用 在驱动电 路中 R1 为限流电阻 一般在微机测控系统中 其输出可以用 OC 门驱动 在光 隔输出端 于双向晶闸管并联的 RC 是为了在感性负载时 吸收与电流不同步的 过压 而门极电阻是为了提高抗干扰能力 以防误触发 图 2 9 开关驱动控制电路 T1 C1 1000uF C2 0 33uF C3 1uF VCC W7805 220V 50Hz 12 A 1 2 6 4 3041 R2 51 R3 330 R4 39 0 01uF L1 R1 VCC AC220V P0 0 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 10 第 3 章 自并励励磁控制系统软件设计 3 1 软件实现功能综述 本次设计所提供的电源是 220V 交流电源 运用直流稳压电源将其变换为可 靠稳定的 5V 电源 从而能够安全稳定的为 AT89C51 单片机提供电源 其中经历 了变压 整流 滤波和稳压四个过程 在整流阶段 选用三相桥式半波整流的方 法 在稳压过程中选用了三端稳压器 W7805 从而使输出的直流电源是可靠稳定 的 5V 电源 通过直流稳压电源为单片机提供电源 单片机可以正常工作 通过 选择合理的内部时钟电路和复位电路 并且对单片机软件进行编程 使单片机能 够对外部驱动电路进行控制 在驱动控制电路中 选择光电隔离器 MOC3041 使 单片机与外部驱动控制电路进行隔离 并且利用单片机对外部电路进行控制 就 可以使 设计某台机组的自动发电控制系统 实现机组功率的合理分配 3 2 流程图设计 3 2 1 主程序流程图设计 为了更好的完成上述功能 本设计采用单片机来完成 首先单片机完成数据 采集 控制角的计算 调节PID系数等功能 再完成六路脉冲的产生和触发的功 能 主程序流程图如图3 1所示 控制系统上电后首先执行的是初始化和自检 初始化包括标志位和变量的初 始化 中断初始化 设置各接口芯片初始化 还包括各种程序模块的初始化等等 初始化结束以后 表明励磁调节器已经准备就绪 接着程序进入起励的设置和起 励条件的判别 励磁调节器等待转速信号 在发电机开机而转速未达到额定转速 的95 之前将电压给定值设置在空载额定位置 转速一旦达到额定转速的95 则 主程序立刻进入主循环 首先是数据采集和处理部分 主要由三个子模块组成 电 机出口交流电压采样处理子模块 电机出口交流电流采样处理子模块和励磁电压 采用处理子模块 然后进入功率因数采集计算 它利用徽处理器的外部中断0和 定时器1的联合使用来完成对功率因数的采样和计算 并且采用数字滤波的方式 最后求得功率因数 无功调差模块可以实现无功的合理分配 以适应发电机并列 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 11 运行的需要 PID调节计算模块根据采集的数据结果与额定值进行比较 从而进 行PID调节计算来算出可控硅的控制角 限制控制子模块则是为保证发电机的正 常及安全运行而设置的 图3 1 主程序流程图 3 2 2 模拟量检测流程图设计 模拟量检测发电机出口电压 出口电流和励磁电压 通过A D转换器TLC2543 对这几个量进行采集 采用PID算法来实现调节控制 计算两个相邻时刻电压的 偏差值 出口电流也是如此 由于功率因数在系统中是一个很重要的参数 它反 映了发电机所带负载的性质 而且在计算有功功率和无功功率的时候都必须用到 它 所以必须对它进行很细致的采集 模拟量检测流程图如图3 2所示 PID 计算 返回 定子电流 转子电流计算 电压调节及各种限制器的门控单元 开中断 启动 初始化 N Y 入口 根据测得脉宽计算功率因数 角 计算角的正弦值 sina 0 RET 功率因数取负值 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 12 图3 2 模拟量检测流程图 3 3 程序清单 ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0030H START MOV SP 60H MOV TMOD 10H MOV TL1 00H MOV TH1 4BH MOV R0 00H MOV R1 20H SETB TR1 SETB EA LCALL L DELAY SJMP INT T1 PUSH ACC PUSH PSW PUSH DPL PUSH DPH 返 CLR TR1 MOV TL1 00H MOV TH1 48H SETB TR1 MAIN MOV TMOD 21H SETB TR0 SETB TR1 MOV R7 8 MOV R6 8 MOV R5 4 MOV A 00H 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 13 LOOP MOV P1 A RL A INC A ACALL MAIN0 DJNZ R7 LOOP MAIN1 MOV A 0FFH MOV P1 A RR A SUBB A 08H ACALL MAIN0 DJNZ R6 MAIN1 MAIN2 MOV A 00H MOV P1 A CPL A ACALL MAIN0 DJNZ R5 MAIN2 LJMP LOOP MAIN0 MOV DPTR 15536 MOV TL0 DPL MOV TH0 DPH MOV TL1 236 MOV TH1 236 JNB TF0 0ms CLR TF0 0ms CPL P3 5 JNB TF1 MAIN0 CLR TF1 RET 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 14 第 4 章 系统仿真与分析 4 1 Matlab 软件简介 MATLAB 是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算 可视化以 及交互式程序设计的高科技计算环境 它将数值分析 矩阵计算 科学数据可 视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的 视窗环境中 为科学研究 工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领 域提供了一种全面的解决方案 并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计 语言的编辑模式 代表了当今国际科学计算软件的先进水平 Simulink 是 MATLAB 各种工具箱中比较特别的 Simulink 是用来对动态系统进行建模 仿真 和分析的软件包 支持连续 离散及两者混合的线性和非线性系统 也支持具有 多种采样频率的系统 MATLAB 和 Mathematica Maple 并称为三大 数学软件 它在数学类科 技应用软件中在 数值计算方面首屈一指 MATLAB 可以进行矩阵运算 绘 制函数和数据 实现 算法 创建用户界面 连接其他编程语言的程序等 主 要应用于工程计算 控制设计 信号处理与通讯 图像处理 信号检测 金 融建模设计与分析等领域 MATLAB 的基本数据单位是矩阵 它的指令表达式 与数学 工程中常用的形式十分相似 故用MATLAB 来解算问题要比用 C FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多 并且MATLAB 也吸收了像 Maple 等软件的优点 使 MATLAB 成为一个强大的 数学软件 在新的版本中 也加入了对 C FORTRAN C JAVA 的支持 可以直接调用 用户也可以 将自己编写的实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用 此外许 多的 MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序 用户可以直接进行下载就可 以用 在 Simulink 环境中 利用鼠标就可以在模型窗口中直观地 画 出系统模型 然后直接进行仿真 它为用户提供了方框图进行建模的图形接口 采用这种结构 画模型就像你用手和纸来画一样容易 它与传统的仿真软件包微分方程和差分方 程建模相比 具有更直观 方便 灵活的优点 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 15 4 2 系统仿真模型的设计 通过研究得知组成系统的几个主要部分分别是发电机组 三相变压器 输电 线路 负载 故障元件 测量仪器以及标准电压源 在 Simulink 的扩展工具箱中 找到 SimPowerSystems 或者直接在提示符下键入 powerlib 打开电力系统模块库 选择建模所需要的模块 使用同步发电机 励磁系统和水轮机调速器来组成发电 机组 在进行发电机组的参数设置时 按照上述的额定值进行设置 n P n V n f 转子类型 凸极 余相可用模块的默认值 三相变压器选择双绕组三相变压器 将变比设置为 13 8 230 高压侧额定电压为 220KV 低压绕组三角形接法 高 压绕组星型接地 采用分布参数输电线路模型模拟 220 KM 的高压线 另外 将 标准电压源的容量设置成 10E10 来模拟无穷大系统 首先用模块建立一个正常运 行的电力系统 仿真后观察电压电流波形 待稳定后 再将故障元件加入其中 这样才能保证故障切除后系统最终能恢复到稳定状态 本文以单相接地短路故障 为例 仿真模型如图 4 1 所示 图 4 1 系统仿真模型图 前面部分简单说明了仿真建模的过程 为了能把最后的仿真波形同时显示在 一个界面中以便比较和分析 设计一个图形界面 不仅能随意地选择故障类型进 行仿真 让波形全部显示出来 而且还能单独查看各相的电压电流波形图 要实 现这样的功能需要在界面对应 M 文件中编辑相应的函数 使界面和仿真模型联系 起来 如图 4 2 所示即为系统仿真波形图 分析图 4 2 所示的波形 仿真开始时 系统处于正常运行状态 电压电流波 形都按正弦波变化 当 B 相 C 相 0 13s 接地短路时 可以观察到这两相对地电压 剧降为零 A 相非故障相电压没有发生变化 再观察电流 在故障发生前 A B C 三相的对地电流都为 0 A 相接地短路以后 电流迅速增大 Ib 和 Ic 辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 书 论文 16 保持原样 图 4 2 系统仿真波形图 再往后看 电压序分量和电流序分量都是输出的峰值 在系统正常运行时 电压只有正序分量 电流为零 当出现故障时 也就是在 0 13 到 0 25 秒 电压 和电流出现了负序和零序分量 经过第二章的理论分析 故障时正序 负序和零 序电流是相等的 因此三条线在坐标轴上被覆盖了