交流控制器（共12篇）
交流控制器 篇1
电动汽车科技发展“十二五”专项规划指出了电动汽车发展的总体思路和总体目标, 其中重点规划内容的一项是加大充电设施基础设施的科技创新力度, 加快基础设施的建设, 有效支撑充换电成套技术和设备的规模示范应用和产业化。充电站等基础设施建设不到位是新能源汽车推广道路上最大的“拦路虎”,迫切需要一种方便迅速等智能交流充电桩控制器的设计与制作方案出台,为此本文完成了一种基于STC89C52RC单片机的智能交流充电桩控制器的设计与制作,经试验验证满足实际生产要求。
1交流充电桩控制器的方案设计
交流充电桩控制器主要由CPU控制器(STC89C52RC)、IC卡读写部分、 电能检测部分组成。CPU控制部分分为人机交互和数据通信部分,其中人机交互有数码管显示、LED指示、打印机、键盘输入和蜂鸣器提示输出等。
2硬件设计
2.1 STC89C52主控电路
控制器为是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系统可编程Flash存储器。具有以下标准功能: 8k字节Flash,512字节RAM, 32位I/O口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,3个16位定时器/ 计数器,4个外部中断,一个7向量4级中断结构,全双工串行口。 极大的方便了电路设计。
2.2电能检测电路
电能检测电路主要由ADE7753实现,ADE7753是ADI最新一款功能先进的数字电度表芯片,这是一种带串行接口和脉冲输出的高精度有功和视在能量计量的集成电路。图二中,TA1与TV1分别为电流和电压采样互感器,能在物理上隔离强电和弱电;V1P和V1N是电流采样输入,V2P和V2N为电压采样输入; VD1—VD6为钳位二极管,保护7753不被损坏。
图二电能检测电路图
2.3 IC卡控制电路
读卡系统由控制器、读写器、IC卡组成。系统按13.56MHz的工作频率以半双工方式在读写器与IC卡之间双向传递数据。其中FM1702通用非接触读卡机芯片是基于ISO14443标准的系列通用非接触卡读卡机芯片。 FM1702读卡机芯片可分别支持13.56MHz频率下的type A、type B、 15693三种非接触通信协议。
图三IC卡控制电路
3软件设计
本控制器的控制程序通过按键及数码显示实现人机交互控制,充电之前先进行刷卡,刷卡过程可触发读卡中断,读出卡的相关信息。充电方式包括按时间长短、电量多少、金额多少充电,也可按直接充满为止方式充电。软件流程图如图四所示。
4结论
本文完成了交流充电控制器的硬件软件设计方案。该系统以STC89C52RC为控制器,实现了人机信息交互、充电控制、 电量计算、IC卡支付、票据打印、监测运行状态、充电保护等多种完善的功能,满足充电过程的要求。该控制器能满足一般电动汽车的慢速充电要求,此控制器方案的完成对于推进电动汽车的普及具有较深的意义。
交流控制器 篇2
新准则的颁布实施，不仅对审计机关和审计人员应当遵循的职业要求作出了明确规定，而且对审计的整个流程以及流程中每一个环节所要遵循的标准和指导性内容作出了明确规范；不仅对审计行为作出了明确规范，而且对坚持依法审计、文明审计所必须遵循的审计职业道德也作出了明确规范。其核心就是要规范审计行为，保证审计质量，防范审计风险，提升审计水平，更好地发挥审计的监督作用、建设性作用，充分发挥审计保障国家经济社会健康运行的“免疫系统”功能，推动实现国家良好治理。结合多年的审计工作实践，笔者认为，主要应从以下几个方面着手加强审计质量控制。
一、规范操作，过程控制
审计质量控制是一个动态的过程，要求审计人员严格执行审计规范，将质量意识贯穿于编制审计方案、收集审计证据、编写审计记录、出具审计报告等全过程。
（一）编制审计实施方案
调查了解和编制审计方案是审计项目质量管理的第一个重要环节，新准则中不再把审前调查单列一个阶段，而是将其也作为了审计实施的一部分，对这一过程的描述也变成了调查了解，但并不影响其在加强审计质量控制中的重要意义，新准则第五十七条用“应当”这个约束性词汇规定了要进行调查了解，并在下面的条款中进一步明确了调查了解的内容和着眼点，因此，审计过程中要注意切实加强调查了解，充分研究法规和政策，从被审计单位可能存在的舞弊动机和内控缺陷等方面入手，抓住被审计单位问题的关键所在，有针对性地组织和安排审计，为编制审计实施方案做好充分准备，更为实施审计打好基础。
审计实施方案是开展审计工作的基本依据，在充分调查了解的基础上形成的审计实施方案要有明确的指导性和可操作，要科学地规划审计步骤和审计思路，确定审计具体目标、重要审计事项和审计风险，由于制定方案是在正式开展审计之前，调查了解不可能面面俱到，实施审计过程中有可能会发现之前的判断和评估与实际情况不符，这就需要审计人员在实施过程中持续关注已作出的重要性判断和对存在重要问题可能性的评估是否恰当，及时做出修正，并调整审计应对措施，在此需要特别注意调整的频率和幅度，如果调整过于频繁或过于随意，很有可能成为降低审计质量的窗口。
（二）审计取证和审计记录
审计取证和审计记录是审计工作的基本内容，整个审计过程就是审计人员围绕审计目标获取审计证据，编制审计工作底稿，最终出具审计报告，作出审计决定的过程。要实现审计目标，保证审计质量，使审计工作底稿所反映的重要事项和查出的问题建立在真实可靠的基础上，审计工作底稿必须有相应的审计证据作支持，为了使审计过程中所收集的会计资料及其它相关资料能够形成具有证明力的审计证据，审计人员必须具有高度的责任心，充分发挥专业技能，采用多种审计技术方法收集证据，并对证据进行分析、提炼、归纳，并编制成高质量的审计工作底稿。
新准则取消了审计日记，但审计质量全过程控制的宗旨却并未因此发生任何的改变，通过调查了解记录、审计工作底稿、重要管理事项记录来实现事前、事中、事后的全程质量控制，特别是第一百零五条中关于“审计人员对审计实施方案确定的每一审计事项，均应编制审计工作底稿”的要求，通过完整记录审计活动的全过程为质量控制提供依据。
（三）审计报告。
审计报告是所有审计程序和内容的综合反映，是审计质量控制的组重要环节，反映了审计组对被审计单位财政财务收支的真实、合法和效益情况及其评价意见，反映了查出问题的事实、定性、处理、处罚的意见，并且提出改进和规范的意见和建议。审计报告要客观公正、事实清楚、以事实为依据，以法律为准绳，定性要准确，评价要符合实际。报告要求要素完整、结构合理、表述准确，用词恰当。对审计报告的质量控制关键是真实性和完整性，要如实反映审计所查出的问题。此外还要坚持一切从实际出发，实事求是，认真征求和听取被审计单位的意见，加强与被审计单位的沟通，防范和规避审计风险。
二、加强监管，分级控制
一是责任到人，分工负责。新准则第一百七十四条规定，审计机关实行实行审计组成员、审计组主审、审计组组长、审计机关业务部门、审理机构、总审计师和审计机关负责人对审计业务的分级质量控制，并在一百七十五条至一百八十六条明确了审计质量各环节的职责和应承担的责任，形成相互衔接的责任链，审计质量控制是所有人员参与的、涉及审计实施各个阶段的管理，从审计组成员到审计机关负责人的每一环节责任人都要按照新准则的要求，对每一个审计项目，坚持把每一个环节逐项细化，落实到人，责任到人，确保整个审计项目的各个质量控制点没有任何的疏漏和不当。
二是抓好督查落实。审计机关质量管理机构要加强对审计项目实施过程的督办和检查，保证工作有序开展。要按照审计方案制定的审计内容及重点，审计实施时间、审计目标进行督促检查。业务部门和审计组要加强审计现场管理，重点检查审计取证和审计记录，及时发现和纠正问题。严格执行审计审核制度，建立健全审计组长、业务部门负责人、专职复核机构三级审核制度，落实分级负责责任制。在此要特别提一下审理制度。随着新准则的颁布实施，审理制度得以推广。实行审理制度，与原有复核制度相比，业务部门与审理机构的责任划分发生了根本性的变化，审理机构负直接责任，业务部门负间接责任。但是在强调审理机构责任的同时，要尽可能避免出现审计人员觉得反正审理人员发现不了问题，审理人员要最终承担责任，自己可以不负责任的情况，那样的话就可能导致整个审计质量的下降。因为审理人员无论如何都不如一线审计人员了解情况。因此，一方面审理人员要不断提高素质和能力，不仅要审理项目审计结果，而且要关注项目审计过程；另一方面，业务部门也要强化质量和责任意识，在业务部门和审理机构的共同努力下，使审计质量切实得到保证和提高。
三是把审计质量控制和考核、评优紧密联系起来。新准则第一百九十四条要求审计机关对其业务部门、派出机构实行审计业务考核制度，考核审计质量控制目标的实现情况。一旦纳入考核，势必引起业务部门的高度重视，但也给评审机构客观公正地评分提出了更高的要求，一方面可以充分利用日常监督检查结果，另一方面可选取有可比性的项目组织集中交叉评审，将评审情况作为考核依据不失为一个好的办法。
交流控制器 篇3
关键词: 切换控制,异步电机,同步电机,仿真
0引言
交流变频调速技术是在近几十年来迅猛发展起来先进的电力拖动技术,在稳态启动,节能减排,保护环境等方面起到了重要的作用,在各个领域都得到了十分广泛的应用。本文重点研究其在稳态启动中的应用。
工业生产中的大型电机的启停,都会对电网以及其他运行设备造成扰动和冲击,对电网电压要求比较严格的拖动设备,这显然是不允许的。交流变频切换控制技术就是实现电机的稳态启动和平稳切换的先进技术。
常用的切换控制方式有以下几种:
1、“冷”切换:电机在停止运行时,将电机的驱动电源直接由变频器切换到主电源,或者由主电源切换到变频
器,切换过程可以手动也可由PLC控制,但这种切换方式必须在电机停止的情况下切换,对整个系统的总体控制不利。
2、异步切换:当电机在变频器的控制下,转速达到额定值,变频器输出电压的频率与电网频率一致时,将电机从变频器驱动切换到主电源驱动。
这种方式一般只用于功率较小的低压变频驱动,切换过程对电网影响可忽略;但是,切换不当时,电网电压对变频器功率器件会造成冲击,严重时变频器会跳闸或损坏。
3、同步切换:当电机功率较大时,尤其是高压变频器切换时,切换过程不仅要求变频器输出的电压和频率与电网一致,而且两者的相位也必须相同。
这种切换方式下,如果上述条件有一个不满足,就会对电网和变频器造成冲击,严重时还会影响电网上其他设备的正常工作并损坏变频器。
本文针对第三中切换方式,及同步切换方式,研究整个启动和切换的实现过程,建立同步稳态启动切换的数据模型,实现对大型电机的稳态切换控制技术进行研究。
1仿真研究对象概述
宝钢分公司能源环保部日本三井造船公司生产的大型高炉轴流式全静翼可调鼓风机,采用可控硅变频起动方式,实现从起动到同步转速升速过程对电网无冲击的软起动方式。
主要技术参考为:
要求电机由空载起动后切换到电网,在电网供电的情况下加载至额定负载。在整个过程中,尽量减少启动过程对电网以及其他运行设备的影响。
2同步电机变频启动控制系统仿真方案
鼓风机同步电机控制主回路图,启动母线和运行母线为同一母线,正常运行是变压器上侧开关处于闭合状态。起动过程如下。
起动之前先选择电机,现在选择电机M1进行起动。
(1)、开始起动。变频器发出脉冲指令使励磁电源接通,为同步电机提供100%的空载励磁电流,保持此励磁电流不变的情况下,闭合K1、K2开关,速度指令从零开始缓慢增加,电机开始起动运转。实现框图如图1:
(2)、加速运行变频器。保持V/f不变的特性下,频率和电压均呈线性增加,电机逐步加速至48Hz。
(3)、励磁模式切换。当频率达到48Hz时,励磁电流从恒磁模式切换到电压闭环调节模式。即励磁电流的给定值将由电机电压与电网电压的误差进行调节
由于励磁电流的变化可以调节功率因数并使同步电机矩角特性产生小量变化。因此,这实际上就构成了电压反馈的电机同步跟踪系统。当系统调整到稳定时,同步电机的端电压与电网电压基本一致。
(4)、同步切换。当励磁系统电压调节器鉴别到电压误差小于1%时,进入同
步切换控制,此时变频器计算电机电压与电网电压的相位差。一旦相位差为零,发出切换信号。接通K3,断开K2。电机转由电网直接供电。
起动完成后,变频器再去起动另一台电机M2。
3同步电机变频启动控制系统仿真
根据以上过程和各阶段控制框图,在STAR-90仿真支撑系统中编写相应的控制算法,建立同步稳态启动切换的数据模型,实现对大型电机的稳态切换控制。
为了验证本文提出的交流变频调速切换控制的稳定性,在整个切换过程,监测电网电压和该电动机的启动电流等,来判断切换过程的稳定性。如图6。
从仿真曲线图可以看到,电动机的启动电流,在整个启动过程中,都没有出现过高的值,电网电压的变化几乎没有什么变化,即对电网没有造成冲击,因此,整个启动过程不会对电网中运行的其他设备造成影响。
五、结论
电动机在变频器和电网之间切换时,最主要的要求是尽可能的减少切换过程对电网和变频器的冲击和电网中其他电气设备的正常工作。
本文阐述了交流变频调速切换控制技术的概况和原理,针对实际设备,进行了交流变频调速切换控制的仿真实现,利用STAR-90仿真支撑系统建立了交流变频调速切换控制技术的模型,对整个启动过程,进行了详细的分析,试验和研究。为交流变频调速切换控制技术的研究,培训建立了仿真平台,目前本仿真系统应用于《上海宝钢大型鼓风机系统仿真机项目》中。
参考文献
1.胡纲衡,唐瑞球,江志敏,何旻成.交流变频调速的切换控制技术.《电工技术杂志》2001 年第6 期.
2.韩安荣.通用变频器及其应用(第2版)[M].北京:机械工业出版社.2000
3.吴忠智,吴加林.变频器应用手册[Z].北京:机械工业出版社.1995
交流调速的功率控制分析 篇4
一、电动机模型与功率控制调速原来
电动机是将电能转换成机械能的设备, 因此可普遍表达为两端口网络。由电动机输出端口观察, 根据动力学原理, 电动机调速的方法有两种:一是控制电磁功率, 所改变的是理想空载转速;二是增大损耗功率, 以增大转速降。
二、异步电动机与功率控制调速原来
异步电动机是电动机的一种, 其调速原理必然服从上述的普遍调速规律, 根据能量转换原理, 异步机也可等效为一个二端网络, 异步机的定子在旋转磁场的作用下, 将电磁功率传输给转子, 因此旋转磁场可以等效为电磁功率的传输通道, 在磁场的作用下, 转子电磁功率除损耗外, 转换为机械功率, 这种电磁感应通道的特点是交流机与直流机的本质区别。
异步机按转子型式可分为鼠笼型和绕线型, 前者转子是封闭短路的, 因此只有一个机械功率输出端口, 后者转子是开启的, 因此具有机械功率和电功率两个端口, 转子的电功率端口可以通过电传导与外电路进行功率交换。
异步机调速可以通过定子口或转子口实施功率控制调速, 分别控制电磁功率或损耗功率, 前者改变的是理想空载转速, 调速效率低高, 机械特性为平行曲线, 后者增大转速降, 调速效率较低, 机械特性为交汇曲线。
应该注意同步转速和理想空载转速的区别, 同步转速n1是旋转磁场的变化速度, 理想空载转速n0是假定转子全部电磁功率都转换为机械功率的机械速度。电动机的速度显然与n0密切相关的, 而与同步转速没有直接必然的联系。
三、恒转矩的电磁功率控制调速
所谓恒转矩调速, 是指额定输出转矩能力不变的调速, 特点是主磁通φm不变, 恒转矩调速可以通过定子或转子的电磁功率控制实现, 但在定子控制时, 必须注意磁通φm的恒定。
四、定子电磁功率控制—变频调速的原理
从功率控制角度观察, 变频调速是典型的定子电磁功率控制调速。由于转子电磁功率是由定子传输的, 且定、转子电磁功率相等, 因此控制定子电磁功率就可间接地控制转子电磁功率。定子电磁功率转矩平衡方程式约束, 不能作为控制量。但单纯调压并不能实现定子电磁功率控制, 因U1不但影响电磁功率, 还作用于磁场。为了解决上述问题, 在调压的同时正比地改变频率f1, 使主磁通Φm保持不变, 从而实现高效率的电磁功率控制调速。变频调速时, 理想空载转速按n0随U1改变, 此时同步转速n1随f1而变, 且有n0=n1, 但决定电动机转速的是n0而不是n1, 下面将会看到, 即使n1不变, n0也可随电磁功率改变, 可见n0与n1没有直接、必然的联系。
对于绕线式异步机调速, 可以对转子直接进行电磁功率控制。方法是从转子口移出或注入电功率, 以改变转子的净电磁功率。与定子电磁功率控制调速 (即调压变频调速) 相比, 两者并无原理的区别。
五、转子电磁功率控制调速
由于转子电压的频率为变化的转差频率, 因此必须要进行频率变换, 以使转子和附加电源进行有功功率交换。能够连续地控制Pes的大小, 以获得平滑的无级调速。尽量避免产生感性无功功率以提高功率因数, 减小无功损耗。
上述的技术关键是设计调速控制装置应该注意的。转子电磁功率控制的系统构成要点是附加电源, 它是Pes传输所必须的。传统的方法是外置, 例如串级、双馈等调速。外置电源将使系统复杂化, 而且在低同步调速时造成Pes从定子至外置电源之间的无谓循环, 增大了定子损耗。
较好的方法是我国首创的斩波内馈调速。该系统突出特征是将附加电源设置在异步机自身的定子上, 附加电势由电磁感应产生, 在典型的低同步调速时, 由转子引出, 经交流控制装置传给定子附加的内馈绕组 (以前亦称调节绕组) 。内馈绕组处于发电状态, 通过电磁感应抵消定子原边输入的多余电功率。斩波控制则是用以调节Pes的大小实现转速的无级调节, 克服有源逆变器移相控制所带来的功率因数低、谐波分量大等一系列缺点。
六、结论
1. 异步机调速的实质在于功率控制, 控制原则有电磁功率控制和损耗功率控制, 前者改变的是理想空载转速, 后者增大转速降。
2. 动态转矩是功率激励和转速响应的结果, 并随转速响应自动
减小, 直至新的转矩平衡后为零, 稳态电磁转矩只能服从客观负载转矩, 调速的实质并非转矩控制。
3. 调速效率和特性只决定于功率控制属性。转子电磁功率控制的调速与变频调压调速只有控制对象的不同, 没有本质区别。
摘要：电动机是最基本的电——机能量转换工具, 对交流调速进行实质性的分析, 并得出交流调速的实质是功率控制的结论。交流调速的所有方法都可归结为电磁功率和损耗功率两种控制方案, 电磁功率控制改变的是理想空载转速, 调速是高效的损耗功率增大是转速降, 调速是低效率的。
关键词：交流调速,功率控制,效率
参考文献
[1]汤蕴缪:电机学—机电能量转换[M]机械工业出版社, 1986
[2] (日) 上山直彦编吴铁坚译:现代交流调速[M].水利电力出版社, 1989.1～55
交流控制器 篇5
1、抹灰施工前进行技术和质量专项交底，制作样板间，并组织有关管理人员和操作工人进行学习。施工过程中由专职质检员全程跟随进度进行施工过程控制，落实各项技术和质量交底要求。把验收程序细化到每个房间的每面墙，不符合要求的墙面严禁出成品，确保每一面成品墙面的质量。
2、基层墙面必须清理干净，混凝土墙面胀模、变形等必须提前处理完成，甩浆前墙面提前1天浇水湿润。
3、砌体与砼墙交界处挂钢丝网，每边不少于10cm。钢丝网必须加固到位，防止抹灰时漏网。现浇门垛与剪力墙交界处必须挂玻纤网，因该部位极易出现裂缝。
4、必须提前弹设好20cm控制线，作为打点、冲筋的依据。
5、打点、冲筋时必须控制好抹灰厚度和开间、进深尺寸，从根源上杜绝空间尺寸超差点的出现。
6、抹灰前必须安装好所有的强电、弱电箱，以防止抹灰完成后出现修补的现象，严重影响抹灰成品观感。
7、使用水泥砂浆对砼墙面甩浆，甩浆必须均匀、不遗漏，养护3天以上，使水泥砂浆达到一定强度。
8、进场抹灰用砂要严格控制含泥量，严格执行材料进场验收制度，不合格的砂子严禁入场卸车。
9、砂子必须过筛，以防止抹灰过程中出现泥点和砂眼。
10、搅拌砂浆要控制好白灰的使用量，以防止抹灰强度低。
11、超过2cm的抹灰必须分两次完成。第一遍完成后，要间歇1~3天时间再进行面层抹灰，并注意养护，使首层抹灰先达到一定的强度；第二遍要控制好抹压次数，既要保证成品面层平整光滑，又要防止出现裂缝、空鼓。
12、剪力墙和卫生间部位的抹灰，建议收面时压入玻纤网，因为这些部位较容易出现风干和收缩裂缝。
13、门洞口包口建议在抹灰时一次成活，可避免出现接茬不顺直和色差现象。也可以提前进行包口，但严禁抹灰完成后进行包口。并且所有的包口建议在面层压入玻纤网，因为包口部位较容易出现风干和收缩裂缝。外窗包口必须压入玻纤网，因该部位极易出现收缩裂缝。所有的包口必须确保方正、顺直、平整。
14、抹灰过程中必须跟随水电工，所有的套盒在抹灰过程中安装，及时清理干净盒内的砂浆。不需要安装套盒的线盒，必须使用套盒压入方出，并清理干净里面的砂浆。
15、所有的内墙面必须确保表面平整光滑，粗细均匀，不得出现明显色差和水流现象。
16、所有墙面的顶棚部位必须确保顺直、反正，并及时清理干净顶棚上的残留砂浆；
17、所有墙面的根部必须确保顺直、反正，并及时清理
干净根部的落地灰和残留砂浆；
18、抹灰完成后要及时养护，10天内必须保持湿润，因为内墙抹灰墙面在10天内持续产生收缩裂缝和空鼓。
19、成品抹灰要做好门窗洞口的保护，内、外墙抹灰砂浆建议不要从室内运输，必须要从室内运输的部位，必须做好门窗洞口的保护措施，以防止出现缺棱掉角现象。
20、每个房间的墙面均需进行检测，并使用粉笔把检测部位和检测结果标示于墙面，每个房间粘贴1张检测标识；
21、每个房间的墙面均需弹射50线，并作一处50线标识；
交流控制器 篇6
【摘 要】利用西门子现场总线Profibus技术和力士乐伺服控制技术来实现全钢子午线轮胎高精度胎面定长裁断控制系统。
【关键词】胎面定长裁断，Profibus技术，力士乐伺服控制技术
【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0111-01
全钢子午线轮胎生产过程中胎面定长裁断是其关键工序之一，胶料投入挤出机后压出并经牵引拉伸、冷却及定长裁断后得到轮胎胎面。胎面裁断定长检测的控制过程是一个先裁断定长、后单条称重的控制过程。开发一套具有高切割精度（包括加工端面倾斜度和光洁度及定长剪切长度的精确度）、能够适应较高裁断速度的胎面裁断装置，不管从提高产量、减少废品率还是从提高原料的利用率来说都显得极为重要。
一、电气控制部分组成
该控制系统采用Profibus现场总线传输效率最高的单主站线型网络拓朴结构，根据整条生产线的要求，选用了西门子S7-315-2DP为主控PLC，其中PLC作为DP主站。2台驱动电机的力士乐DKC伺服控制器和2个绝对位移编码器接入力士乐CLM1.4-LAP位置控制器，位置控制器本身带有DP接口，可以直接连接在PROFIBUS总线上，作为现场总线控制系统的从站，并且可通过主站完成远程参数配置。控制台上各种操作和显示要求较多，裁断长度的设定与实际值，刀架左右移动的行程及速度，手动控制信号，以及某些系统参数的修改通过TP270来完成，TP270是西门子公司的基于Windows平台的功能强大的操作终端。
二、软件设计及分析
本系统软件设计主要包括三大部分：
PLC控制程序及PLC和位置控制器CLM的通信程序的设计，其中包括系统 Profibus-DP 网络组态、系统硬件组态、控制程序设计等；
力士乐位置控制器裁断伺服控制程序；
监控程序的设计，主要包括系统运行需要的监控主界面、裁断控制界面、报表生成和数据查询界面等人机界面的设计。
1. PLC控制程序设计
系统中以西门子S7-315-2DP作为Profibus现场总线主站提供与力士乐位置控制器CLM直接而便利的高速循环通信服务，通讯速率高、控制适时性好、抗干扰能力强且编程简单。在PLC编程软件STEP7中导入位置控制器CLM设备数据库文件（IN2_04eb.gsd），完成硬件网络组态，为位置控制器分配网络地址，该地址必须与控制器参数中设置的相同，在组织块OB中选用SFC14“DPRD_ DAT”，SFC15“DPWR_ DAT”系统功能块向位置控制器接收/发送过程数据。
在位置控制器参数B007中设置与主站的总线通讯率，参数B008中设置从站网络地址，并选择参数过程数据对象（PPO）类型，这样系统的现场设备与PLC之间通过Profibus-DP总线可以完成数据的读写和控制数据的传输，如控制字、状态字、给定值和实际值等。除过程数据外，Profibus-DP也传输传动系统的参数设置和诊断信号。
2. 位置控制器CLM的伺服程序设计
力士乐位置控制器CLM是一种紧凑型、模块化二/四轴数控系统，直接驱动力士乐DKC伺服驱动器完成交流伺服电机的精确定位运行，本系统中二套力士乐DKC伺服驱动器分别完成传送带定长传送和裁断刀架横移的控制。位置控制器带有丰富的指令集，可在其操作面板或装有编程软件（MotionManger）的计算机上完成控制程序的编写。
裁断伺服控制程序主要由总线Profibus通讯、传送皮带控制和裁断刀架控制三部分组成。控制器与PLC之间控制和状态信息的传送由总线通讯程序完成，控制器接收PLC传送的控制信息如速度值、长度值和操作指令等，同时将运行状态信息传送给PLC进行分析、显示；传送带控制程序完成传送带伺服电机运行的速度和位置控制，进行胎面裁断的精确定长和平稳快速运行；裁断刀架控制程序完成裁断刀架横向移动切割和其辅助装置的控制，保证裁刀动作的正常执行，得到较好的切割端面。
3. 监控系统设计
系统以PLC为第一主站和以工业PC为第二主站，其中工业PC作为上位机，提供良好的人机交互环境，实现对整条生产线的生产管理和监控，并实现连接到车间级INTRANET网络。第一主站（主控PLC）是整个胎面生产线控制系统的核心，实现生产过程数据的采集和处理，以及控制信号的发送与工业PC的通讯，以便于操作人员监控现场的设备。整个系统的操作、工作状态及测量分析结果在工业PC上进行图形显示监控，通过现场总线由PLC上传相关数据信息，处理系统报警，存储历史数据，生成各类报表，并进行图形显示及人机对话，向PLC下传相关控制命令，从而实现监控计算机与现场设备之间的信息管理。
裁断控制人机界面采用TP270触摸屏，通过Profibus总线与PLC主机连接。对于触摸屏的编程，采用西门子公司提供的ProTool/ProCS组态软件进行编程组态。ProTool/ProCS完整的图形用户界面加上软件本身自带的项目组态向导允许用户方便地创建面向对象、基于符号的各种项目。在ProTool/ProCS中界面上的操作单元与执行器之间通过PLC利用变量进行通讯，即在HMI可以直接读或写的PLC上的存储地址。软件设计思想是在完成基本人机交互功能的基础上，设计了一套让操作者能够自学习操作规程的软件系统。通过人机界面，操作者即能设置一些基本的参数。自动运行按照设备设计的动作流程进行自动运行控制时，一些需要调整的参数，如速度、位置等可以方便的在触摸屏上进行调整、修定。异常停止当定位模块、伺服驱动器、行程开关以及机器异常时伺服马达都应该立即停止运转，并产生异常码显示在触摸屏上，以便维修人员及时了解发生的问题。
三、结束语
本控制系统充分利用了西门子PLC、Profibus现场总线技术和力士乐伺服控制等先进技术，系统采用分布式开放结构，响应速度快，组态灵活，控制功能完善，操作简单规范。控制精度达到±1mm，实践证明该套基于Profibus-DP现场总线的控制系统安全可靠，故障率低，产品完全满足下道工序的高标准要求，具有较高的生产和管理自动化水平，提高了生产效率，创造了较好的经济效益。
参考文献：
交流控制器 篇7
PMSM交流位置伺服系统需求非常广泛,是目前的一个研究热点。PMSM在系统运行期间电机参数发生的变化,负载的变动,以及控制模型中的非线性因素,这些未知扰动会对伺服控制性能产生影响。高性能的交流位置伺服系统,必须对系统的已知扰动和未知扰动都具有很强的鲁棒性。
传统交流位置伺服系统采用PID调节器,控制简单容易。但PID调节器仍然是线性控制器,伺服系统抗干扰性能力不强。现在也有很多种非线性控制策略在PMSM控制中有所应用。自适应控制[1]、变结构控制[2]、模糊控制[3]等设计的条件是对象模型和扰动模型已知。基于遗传算法和神经网络的控制策略不依赖于对象模型和扰动模型,对未知扰动具有较强鲁棒性,但实现非常复杂,应用困难。
ADRC控制器[4,5]不依赖于扰动模型,对系统总扰动具有很强的鲁棒性,实现方法简单。ADRC控制器在无刷直流电机调速[6]、异步电机调速[7]、同步电机调速[8]中都有应用。本文通过仿真和实验尝试将ADRC控制器应用到PMSM交流位置伺服系统中。仿真和实验结果证明,相同控制对象,当PMSM的位置环调节器采用ADRC控制器代替PID控制器后,系统的动态性能,系统对电机电阻、电感、转子惯量变化以及负载扰动的鲁棒性都更为优良。
2 自抗扰控制器
PID控制器的优点是通过控制目标值和实际值之间的误差来确定消除此误差的控制策略,缺点是直接由目标信号和反馈信号作差求取误差的方法会造成很大的初始误差,容易形成超调;由误差直接求取微分信号,会引入噪声干扰;加权和策略不是最优的PID组合方式。ADRC是由跟踪微分器TD、扩张状态观测器ESO和非线性状态误差反馈律NLSEF共同组成的。
ADRC不仅继承了PID的优点,ADRC还可以为目标信号安排合适的过渡过程;合理提取微分信号;实现PID非线性组合;利用扩张状态观测器对系统总扰动进行估计和补偿等。
TD根据被控对象的承受能力,对目标信号安排合适的过渡过程,同时提供一阶导数的动态环节。过渡过程及其微分作为NLSEF的输入信号。过渡过程避免了跟踪误差的剧烈变化,从而解决了PID控制中快速性和超调之间矛盾。TD输出的过渡过程及最优综合函数sat分别如下式:
式中:z11为过渡过程信号;z12为z11的一阶导数;r为过渡过程跟踪目标信号快慢系数;k为线性区长度。
ADRC的核心部分是扩张状态观测器ESO。与经典状态观测器不同,ESO把系统建模、建模动态和外部扰动同等考虑,ESO估计出扰动实时作用量,并反馈到ADRC控制器的输出中,利用“非光滑反馈效应”来抑制未知扰动的作用,从而实现对扰动的补偿。ESO把未知扰动用非线性状态反馈化为“积分串联型”,实现对非线性不确定对象的实时动态线性化,对一个较宽范围内的对象具有良好的适应性和鲁棒性。ESO进行状态估计的方程与非线性函数fal分别如下式:
式中:e为跟踪误差的估计值;y为被控对象的输出值;z21为y的估计值;z22为z21的微分信号;z23为系统扰动的估计值;β01,β02,β03分别为ESO的微分、比例和积分系数;α1,α2分别为2个非线性函数的形状参数;δ为线性区长度;u(t)为ADRC输出的实时值;b为扰动补偿系数,是所有参数唯一一个与被控对象有关的参数。
把系统化为积分器串联型后,就能对系统的输入和反馈采用非线性状态误差反馈(NLSEF)来设计出理想的控制器。由于ESO能估计未知扰动对系统模型的实时作用并加以补偿,线性设计中内模原理不再必要,在常值扰动下为消除静态误差而采用的积分器就不再必要了。根据系统反馈,ESO同时估计出系统的实时值及其微分。TD的输出作为输入,ESO的输出作为反馈,利用加权和线性组合就可以构成比例微分调节器。这种途径提取的微分信号,不是放大了噪声干扰,而是抑制噪声干扰。此时的调节器已具有很好的效果。再利用非线性函数fal把这种加权和形式改造为非线性组合,形成非线性PD调节器。调整fal中决定非线性形状的参数α<1,则调节器具有“大误差小增益,小误差大增益”的特性,减小了系统超调并改善了动态特性,提高了系统的控制精度。NLSEF实现非线性控制的过程如下式:
式中:e1,e2,u0分别为NLSEF的输入、输入微分和输出;β1,β2分别为比例和微分系数;αp,αd分别为比例和微分的非线性函数形状参数。
对以上关于ADRC介绍进行总结后,得到结论:ADRC控制器的本质是设计一个非线性PD调节器并对扰动实现补偿。
3 基于ADRC的交流位置伺服系统
高性能位置伺服系统要求无稳态误差,快速响应并且无位置超调,同时必须对系统的扰动具有较强的鲁棒性。
前面分析中,ADRC的TD解决了系统快速性和超调之间的矛盾,对要求快速响应且无位置超调的位置伺服控制器设计尤为适用;ESO可以实现对扰动的观测和补偿;NLSEF实现了非线性PID控制。从理论上看,ADRC可以提高位置伺服系统的动态性能和鲁棒性能。
利用ADRC控制器设计位置伺服系统,应该采用怎样的控制结构呢?首先分析控制对象的特性。采用id=0的矢量控制策略,根据PMSM的运动方程可以推出被控对象的状态方程为
式中:θ为转子实际位置;JΔ为转子惯量;B为摩擦系数;ωr为转子机械角速度;pn为电机极对数;TL为负载转矩;Ψf为转子磁动势;iq为转矩电流;w(t)为未知扰动。
由式(6)可以看出转子实际位置的变化规律,从而得到被控对象的输入信号为转矩电流参考值i*q,输出信号为转子实际位置信号θ。该被控对象为二阶系统,利用ADRC设计位置伺服系统就是设计二阶系统的自抗扰控制器。
设系统的已知扰动为f0(θ,ωr,t)=-[TL/JΔ+Bωr/JΔ],未知扰动为f1(θ, ωr,t)=-w(t)。令ADRC的输入信号为 x=θ*,输出信号为u(t)=i*q,反馈信号为y=θ,扰动补偿系数b=1.5pnΨf/JΔ,采用ADRC设计的位置闭环非线性PID调节器,得到了基于ADRC的位置和电流两闭环结构的位置伺服系统控制结构图,如图1所示。
传统位置伺服系统的电流环调节器ACR采用PI调节器,一般为了进一步提高系统转矩的性能,都增加电流滤波环节1/(Tis+1)。为了和传统位置伺服系统作对比,基于ADRC的位置伺服系统中,电流环的设计不变。
4 仿真结果
为了验证ADRC在PMSM位置伺服系统中的应用效果,本文利用Matlab/Simulink进行了数字仿真,仿真中使用的电机参数为:极对数4,额定功率550 W,额定转速3 000 r/min,额定电压220 V,额定转矩1.6 N·m,转子惯量8.43×10-5kg·m2,d-q轴电感9.675 mH,定子电阻4.68 Ω;无轴端同轴连接2 500个脉冲/转的增量式光电编码器(也称码盘),作为位置和速度传感器;电流环控制周期为125 μs,位置环控制周期为425 μs。传统位置伺服系统控制结构由外环位置环,中间环速度环和内环电流环组成,每个闭环均采用线性PID调节器。为了比较说明ADRC用于位置伺服系统中的控制效果,本文同时给出了传统位置伺服系统的仿真和实验结果。
线性PID控制器和ADRC控制器均能实现无稳态误差的位置伺服系统。在此基础上,调节两个控制器参数,分别达到最优动态跟踪效果,得到图2所示的位置伺服系统单位阶跃响应波形。线性PID控制器中为保证稳态精度,并且实现对负载转矩的抗干扰能力,位置环使用了积分环节,这种调节器容易造成位置超调。ADRC控制器实现了快速无超调的位置阶跃响应。
评价一个位置伺服系统的鲁棒性,主要看突加或者突卸转矩负载时,由负载扰动引起的位置变化。图3给出了系统在t=0.05 s时突加额定负载转矩时的位置波动。图3显示突加突卸转矩负载时,基于ADRC控制器的位置伺服系统比基于线性PID控制器的位置伺服系统的位置抖动幅值小,恢复时间短。
位置伺服系统的扰动分为外部扰动和内部扰动。外部扰动主要指负载转矩的变化以及作用在负载转矩上的随机扰动;内部扰动包括电机定子绕组电阻或电感的变化,转子轴上转动惯量的变化,以及电机强耦合引起的非线性因素的影响等。
圆弧加工类场合,单个轴的位置目标是正弦信号,加工过程中,由于材质的不同,也会产生正弦信号的负载扰动。图4给出了位置伺服系统在正弦输入信号θ*=1×sin(5πt)作用下工作时,t=1 s时出现峰值为31.25%额定负载转矩的正弦扰动w(t)=0.5×sin(5πt),位置伺服系统的位置跟踪误差波形。图4显示出现负载转矩扰动后,基于ADRC控制器的位置伺服系统比基于线性PID控制器的位置伺服系统的位置跟踪误差的幅值变化小。图3和图4说明ADRC控制器的抗转矩负载扰动的能力更强。
为了分析ADRC控制器对内部扰动的鲁棒性,与图4的仿真条件中位置目标信号和干扰信号一致,把定子电阻、d-q轴电感以及转子轴上转动惯量都增加1倍。得到位置跟踪误差和扰动估计的仿真波形如图5所示。图5说明,基于ADRC控制器的位置伺服系统在内部参数变化前后位置跟踪性能几乎没有发生变化,而基于线性PID控制器的位置伺服系统,在电机参数变化后位置跟踪误差明显增加。
从图4和图5的仿真结果可以得到结论:基于ADRC的位置伺服系统比基于线性PID调节器的位置伺服系统,对系统外部扰动和内部扰动都具有更强的鲁棒性。
5 实验验证
5.1 线性ADRC[9,10]
将基于自抗扰控制器的PMSM位置伺服系统的仿真结果应用到实际中,在数字信号处理器(DSP)中实现自抗扰控制时,遇到如下困难:
1) 因为α和σ是可调的,非线性函数fal在DSP中很难实现;
2) ESO中的β01数值很大,并且β02和β03参数值远远超过65 536。所以在定点运算的DSP中很难给这几个参数以及与它们有运算关系的参数定标;
3) 非线性ADRC近10个参数,在实际工程应用中调节起来困难,很难取到最优值。为此,专门设计了一套交流伺服调试软件。
遇到以上问题后,为实现ADRC的实际应用,把实验工作分为两步:第1,采用线性化ADRC;第2,采用多个表格来近似模拟非线性函数,并且用标幺数据结构给所有参数定标,以近似达到非线性ADRC控制效果。目前,工作的第1步已经完成。实验中采用线性ADRC时,TD,ESO和LSEF的运算方程依次如下:
5.2 实验装置
与仿真中的实验条件一样,实验中必须具有转矩负载干扰和转子轴上转动惯量以及定子电阻和电感的变化。为了实现以上干扰,建立了如图6所示的实验装置,其中伺服电动机与转矩传感器、磁粉离合器以及作为惯量负载的飞轮惯量同轴连接,其中磁粉离合器额定转矩6 N·m,转矩传感器额定转矩10 N·m。合上闸,磁粉离合器的输出轴不转,通过控制磁粉离合器的手动控制器输出电流可以模拟伺服电机的转矩负载;手动控制器输出0 A,伺服电机、转矩传感器和磁粉离合器的输入端惯量作为运行惯量,闸打开瞬间,通过手动控制器输出1 A电流,使磁粉离合器的输入端和输出端刚性连接,伺服电机突加转动惯量,突加的转动惯量包括磁粉离合器的输出端惯量和可以调节的飞轮惯量。
实验平台是基于FreeScale公司DSP芯片MC56F8346的全数字交流伺服驱动器,实验中电
机参数和各个闭环的控制周期与仿真中相同。
5.3 实验结果
第1个实验是为了验证,分别基于线性PID和线性ADRC的PMSM位置伺服系统,对外部扰动的抗干扰能力。无位置给定信号时,在转子轴上突加100%伺服电机额定负载转矩,转子轴位置变化情况如图7所示。
第2个实验,在目前实验设备的基础上,验证两种交流位置伺服系统对内部参数变化的鲁棒性。在突加转动惯量实验中,DSP程序实验正弦信号的位置给定,突加的转动惯量等于100%运行惯量,则突加转动惯量前后的位置跟踪误差如图8所示。
图7和图8的实验波形均来自于FreeScale的DSP编译环境自带的调试软件Free Master。图7和图8说明,基于线性ADRC的交流位置伺服系统比基于线性PID的交流位置伺服系统对系统扰动的鲁棒性更强。
6 结论
本文将自抗扰控制器应用在PMSM交流位置伺服系统中。仿真和实验结果表明,在相同控制对象和相同扰动的条件下,较之基于线性PID控制器的位置伺服系统,基于自抗扰控制器的PMSM位置伺服系统具有更优良的动态性能,且无位置超调,对负载扰动、电机参数的变化具有更强的鲁棒性。
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交流控制器 篇8
关键词：交流位置伺服系统,模糊控制,PID控制,滑模控制,自适应控制
0 引言
交流伺服系统在高精度数控机床、机器人等领域均得到广泛应用。传统PID控制器具有结构简单、可靠性高等特点, 但易受到参数变化和外部扰动的影响, 鲁棒性不强, 无法满足变负载、变转动惯量和非线性条件下的高精度要求[1,2,3]。
针对上述存在的问题, 不少学者采取了相应的改进策略。文献[4]采用滑模控制技术, 结果证明滑模控制能很好的解决系统非线性因素带来的影响, 但由于滑模开关函数的高频切换所引起的“抖动”会对控制器输出特性产生影响, 所以工程应用较难。文献[5]采用模糊控制方法, 通过定义误差目标函数和寻找最优控制律, 使得误差逼近零。自适应模糊控制具有良好的非线性自动修正特性, 能够通过自动修正调整步长来适应控制对象变化, 收敛速度极快。
本文结合滑模控制与模糊控制的优点, 设计了一种基于滑模面的自适应模糊PID控制策略, 并将其应用于交流伺服系统的位置环。将控制与滑模面定量的联系起来, 并通过自适应模糊的方式对不确定量进行补偿。
1 伺服系统数学模型
1.1 基于电流解耦的永磁同步电动机线性化模型
假设:1) 忽略电动机铁心的饱和;2) 不计电动机的涡流和磁滞损耗;3) 转子没有阻尼绕组;4) 励磁电流无动态响应;5) 电动机气隙磁场均匀分布, 感应反电动势呈正弦波状;6) 采用转子磁极位置定向矢量控制时定子电流励磁分量Id=0.
由上述可得在d-q坐标轴下, 解耦后的永磁同步电动机线性化数学模型:
式中:ud与uq分别为d-q坐标系上的电枢电压分量;iq与L为d-q坐标系上的电枢电流分量和等效电枢电感;R与ωr (=pnωm) 分别为电枢绕组电阻和d-q坐标系的电角速度;ψf与pn为永久磁铁对应的转子磁链和电动机极对数;Tem与TL分别为电磁转矩和负载力矩;B与J分别为阻尼系数和转动惯量;Kt为电磁转矩系数, p为微分算子。
1.2 被控对象数学模型
完全解耦控制后的电动机带减速器的系统控制框图如图1所示, 图中Kj为减速器的减速比, GC为电流环传递函数, K2为速度环比例系数。
假定电流环完全跟踪[6], 即Gc (s) =1, 从ωref到θm的传递函数为:
从TL到θm的传递函数为:
则有:
2 控制算法设计
2.1 自适应PID控制器设计
交流伺服系统的位置环采用基于滑模面的自适应模糊PID控制策略, 控制结构如图2所示。
设θref是来自上位机的未来点位置信息, θm是系统的位置反馈信息, 则跟踪误差e定义为:
定义滑模面为:
式中:k1和k2为非零正常数。
系统状态被约束在滑模面上时, 即则有:
通过设定k1和k2, 跟踪误差将趋近于零。
假设f, g, d为已知, 则联立式 (8) , 式 (10) , 式 (11) 可得:
输入控制量u可表示为:
式中:uPID (t) 为等效控制律;ufc (t) 为补偿控制律。
本文引入了一种自适应律来在线调整控制器增益ki, kp, kd。将式 (14) 代入式 (8) 并联合式 (13) 可得:
对式 (11) 两边进行微分并将式 (16) 代入可得:
将式 (16) 两边都乘以s (t) 可得:
滑模控制律要满足滑模面到达条件并保证系统在滑模面上运动。用梯度下降法来推出自适应律, 用以下的自适应律来改变增益kp, ki, kd:
式中:ηp, ηi, ηd分别为控制器增益kp, ki, kd.的学习速率参数。为了简化计算, g可改写为|g|sgn (g) 。因此式 (18) 、式 (19) 、式 (20) 得自适应律可改写为:
式中:βp, βi, βd分别表示ηp|g|, ηi|g|, ηd|g|, 为了简化计算, sgn (g) 可取值为1。
2.2 模糊控制器设计
1) 模糊化模糊控制器输入为s, 输出为Ufc。输入、输出的隶属函数均采用三角函数, 输入论域为[-6, 6], 输出论域为[-5, 5]。
2) 模糊规则
模糊规则设计为:
式中:N为负, Z为零, P为正。
3) 解模糊
采用文献[5]中的单值模糊产生器、乘积推理机和中心平均反模糊化器解模糊。
w1, w2, w3分别为模糊规则R1, R2, R3的隶属度函数, 为了减少模糊计算量, 令则式 (27) 可变化成:
此外, 联立式 (24) , 式 (25) , 式 (26) , 式 (27) , 式 (28) 可得s和w1-w3的符号是一致的, 则:
2.3 微分估计器
该控制策略需要使用θref和θm的微分信号, 在仿真过程中, 可以通过微分模块或者解析值给出。实际应用中, 需在控制器内, 解算旋转变压器信号以及获得给定位置信号的阶段, 加入微分估计器, 以获得的信息。
许多学者对微分估计器做了详尽而细致的研究[9,10], 传统的前向差分式与后向差分式会由于采样周期Ts的降低而带来相当大的噪声[9], 本文直接采用文献[10]的研究成果:
式中:δ1=8, δ2=9δ1, κ=27δ12为设计参数, x1是输入值, 由获得x1的一阶微分估计值, 由获得x1的二阶微分估计值。
3 稳定性分析
假设存在一个最优系统usc来逼近u* (t) , 假设理想中的控制器为:
ξ (t) 表示为近似误差, 可假设其范围为|ξ (t) |≤E, 则式 (16) 可转换为:
为了保证系统的稳定性, 引入lyapunov函数
对式 (33) 求导得:
式中:为r的估计值。
假设存在着一个理想的满足:
式中:k为正常数。
定义Lyapunov函数为:
联立式 (29) 和式 (38) 代入式 (37) , 可得:
4 仿真
系统主要参数如下[11]:电动机功率3 600 W, 电动机最高转速2 500 r/min, 最大电流12.8 A, 额定电流6.4 A, 最大输出转矩为25 N·m, 减速比1:241, 不平衡力矩和摩擦力矩折算为4.86 N·m, 满载惯量折算为J=0.002 627kg·m2, B=0.000 143 N·m·s, Kt=1.11 N·m/A, Kj=1:231, Kv=0.031 8;f=134.4, g=1 047.9, 初始时TL=0, 运行过程中可以加载。控制输入量u∈[-10, 10], 以电压形式输入到驱动器中 (单位为V) , 对应电动机转速-2200~2 200 r/min.在Matlab/Simulink下进行仿真实验, 采用变步长算法, 解算器为ode45。
控制器参数:k1=25, k2=15, βp=20, βi=0.01, βd=0.1, ηr=0.5;对比组PID位置控制器参数:Kp=20, Ki=5, Kd=0.24。
1) 常值负载干扰
系统转动惯量为Jmin时, 在1 s时在电动机轴上加载幅值为15 N·m的干扰力矩, 系统在传统PID控制和自适应模糊PID控制下阶跃响应曲线如图2所示。由图2可知, 两种控制算法都具有较快的上升时间, 当负载出现扰动时, 传统PID控制位置响应出现大的偏移, 并且需要较长时间才能恢复到平稳位置。采用自适应模糊PID控制时, 系统恢复到平衡状态的时间较短, 且具有较强的抗干扰能力。
2) 系统参数摄动
假设系统转动惯量由J=2.627×10-3kg·m2变为J=5.254×10-3kg·m2, 分别对系统采用以上2种控制方案, 得到阶跃响应曲线如图3所示。从图3中可以看出, 采用传统PID控制时, 系统出现了超调, 之后趋于平稳。而采用自适应模糊PID控制时, 系统响应没有明显变化。
3) 跟踪误差
控制器参数及系统参数同上时, 分别对传统PID控制和自适应模糊PID控制方法进行了正弦跟踪仿真研究, 位置指令为θref=30sin (0.72t) 度, 假定伺服系统俯仰子系统在30°~60°角之间做正弦运动, 电动机轴加载干扰TL=15sin (2πt) N·m。误差曲线如图4所示, 自适应模糊PID控制具有较高跟踪精度, 满足系统性能要求。
5 结论
将基于滑模面的自适应模糊PID控制应用于交流伺服系统俯仰控制。该控制器结合了模糊、滑模控制和传统PID控制的优点, 利用模糊控制技术提高了伺服系统的动态性能, 抑制了参数摄动和负载扰动等不确定因素对伺服特性的影响。在控制器中加入微分估计器, 使算法能应用到实际中。通过仿真验证了算法的高精度性, 表明该控制策略具有一定的实用价值。
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交流控制器 篇9
关键词：PLC控制,变频调速,应用
我国的高层建筑在工程的建筑中日益增多, 住户对于电梯的需求越来越强烈, 并且人们的要求也在不断的提升, 从原有的安全性问题过渡到智能化的要求等等, 我们对电梯的发展而言, 我们可以认定这一点, 无论何时都在与电子信息化技术相连接。电梯技术在发展初期, 我国在电梯技术方面采用的是继电器进行控制, 但是随着电子信息化计算机技术的不断发展, 原有的继电器在电梯的控制中并不适应, 所以采用了可编程逻辑控制器 (ProgrammableLogicController, PLC) 控制系统, PLC控制系统在二十世纪电梯的应用中不断的发展起来。可编程逻辑控制器控制系统是根据有顺序的逻辑的控制, 根据需求而发展起来的, PLC控制交流变频调速控制系统表现出可靠性高、操作容易和编程简单等特点, 它也是为工业环境的应用专门设计的一种采用数字运算操作的电子装置。PLC控制交流变频调速控制系统已经是我国现代电梯中的一个热点。目前为止, 我国的电梯控制系统的机构装置还很简单, 外部的线路简化, 故障自动检测和报警系统还在发展。
一、可编程逻辑控制器 (PLC) 交流变频调速控制系统的设想
PLC控制交流变频调速控制系统整体的设计是以可编程逻辑控制器为主要核心部分的, 可编程序的控制器的主机和操作盘、呼梯盘、井道以及安全的保护信号连接后, 将可编程序的控制器所需要的数据输入到存储器中进行运算使用, 之后通过接口输出, 向各个指层器的指示灯发出信号指示, 可以根据信号, 电梯就开始进行开门和关门的控制和运作。PLC控制交流变频调速控制整个控制系统的设计采用的是全数字的调速变频器, 由于电梯的需求和其他的设备需求有所不同, 除了安全性能之外, 还有就是舒适度的配置, 所以在电梯的设计中调速系统是最为关键的。此外, 现当代社会要求节能, 在电梯系统的用电量方面要有所控制, 电梯所消耗的用电量和交流变频调速系统有着密切的关系。PLC控制交流变频调速控制这种变频器具有磁通矢量控制的功能, 适合电梯交流变频调速的安全性和舒适性的性质。
二、PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的特点
1. 灵活性
使用可编程逻辑控制器的灵活性:PLC的编程的语言有功能图表、梯形图形和语句的说明等等类型, 不同的编程系统的方法可以综合的运用到编程中来, 可以有效的开拓PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用领域, 使之操作更为方便、便捷。
宽领域的灵活性:PLC控制交流变频调速控制系统可以适用在不同的规模中, 可以根据控制的方位和适用的规模进行具体的容量上的拓展, 使它的应用更加的灵活与多样。
2. 操作简单
操作简单方便:在通常的状况下, PLC控制交流变频调速控制系统使用编程是对系统程序的执行更改和输入进行的。在操作的编程器上可以把输入的信息全部显示出来, 假设编程序的控制器是大中型的, 这样编程器就了可以在CPT的显示屏上运用。
编程上的简单方便:在编程序的控制器中有很多程序的存在, 编程的专业人员可以根据自己的不同喜好选择出不同的编程语言。对于电气自动化技术的专业人员来说, 由于电气的原理设计图和梯形设计图在某种程度上几乎是一样的, 所以, 他们很容易就会掌握。对于编程的人员来说, 给他们最大帮助的编程语言是布尔助记符。
3. 安全可靠性
PLC控制交流变频调速控制系统是一套系统完整的控制装置, 他有着普通电子计算机没有的特性。在计算机的编程方面简单明了, 和具有较强的硬件设施。PLC控制交流变频调速控制系统可以方便于工业各个生产项目的控制和操作。
PLC控制交流变频调速控制系统内部有一套安全可靠的可行性策划方案, 比如, 有必要断电的保护措施、信息的保护和恢复信息的行为、故障的自行诊断等, 这些都是为了保证高效的完成交流变频调速系统的策划。
为了加强PLC控制交流变频调速控制系统的硬件设施, 制定出一套能够提高安全保障的策划方案, 例如, 为了达到降低电梯的维修采用安全、可靠有保障的元件。
三、PLC控制交流变频调速控制系统中各模块的
1. 硬件模块
电梯的运行都是双向运行的, 可上可下, 对于PLC的选择上必须是带有可逆性的计数器, 而且PLC应该是带有高数可逆性的计算器, 在电梯的运用领域中, 通常是精确在0.001s的时间上来计算。总体考虑, 日本的OMRON公司生产出来的C系列的P型机器是这个设计上的最好的选择, 这款机器的体积小, 操作简单, 容易掌握。在硬件的设施方面上, 我们要针对设施的52个输入点和34个输出点进行连接, 来防备其它用途的扩展。
2. 软件模块
在整个PLC控制交流变频调速控制的系统中, 标准的软件包应用是关键基本的环节, 我们以2STEP7为例, 这种标准的软件包可以允许结构化用户的程序, 我们将这些程序分解, 并且很容易的被理解, 这样在标准的程序编程的过程中就会非常的准确。
在PLC交流变频调速的整个系统中, 可将软件模块分为调用操作系统与用户程序的接口组织块。软件标准自带系统中的系统功能块和系统功能, 这两种的功能模块经过测试集合在CPU的功能程序库作为操作系统的一个重要的组成那个部分, 并不在整个程序中占用过多的空间, 具有一定的储蓄能力, 而且还需要一个背景的数据模块, 将这个模块作为整个程序的一部分安到CPU上。
四、PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的运用分析
PLC控制交流变频调速控制系统应用于电梯中, 而电梯中的信号控制全都是有软件模块实现的, 在整个输出的信号中可以分为两个部分是控制和警示, 在类别上主要是在运行方式上的选择、实现运行中的控制和安全保护的信息等。
本篇文章的设计中采用的是通用的编程方式, 可以对抽象的电路进行描述, 不用考虑特定情况下的制造工艺, 通过采用Altera公司QuartusII软件的综合逻辑的工具将设计自动转变为任何一种制造的工艺图。假如需要移动到新的系统, 就必须根据新的工艺来对电路的程序进行优化, 即可以生成新的工艺门级网表。
在整个的PLC控制交流变频调速控制系统的工作方式:phase_ctrl上用于比较输入的信号fin和输出的信号fout作为输出误差信号, loop_filter模块作为消减相位误差信号中出现的高频分量;clk_ctrl模块作为提升相位控制的精准度, 降低相位抖动;m_div模块作为输出信号来进行分频。例如有2分频、4分频8分频和16分频等等。
这种设计时除m的计数器, 用来对clk_ctrl模块的输出信号在系统中进行的分频, 由于f=clk/2m=fc, 通过改变N值得方式获取不同的中心频率fc, 与此同时得到了输出的信号f。分频器原理的实现主要是利用对计数器进行的计算, 从而达到分频进行翻转分频的目的, 2m分频器主要是对时钟信号进行的分频。
在电梯的运行过程中, 变频的处理程序最简单的方法是:
五、总结
电梯设计中采用PLC控制交流变频调速控制系统和是否符合了人体力学的原理有着一定的关系, 是住户搭载电梯时不会感觉到不适的地方发生, 所以在电梯的设计过程中, 最为关键的部分是对这个系统中变频调速的设计上, 在现今的电梯设计上, 最大的不足之处就是电梯中的信号不顺畅。因为信号迟缓, 使得电梯状态出现了问题, 耽误了过多的时间。针对我国的在电梯的行业, 可以将可编程逻辑控制器应用在电梯的逻辑控制上, 通过合理有效的设计和选择来使得电梯变频调速控制达到理想中的效果。
参考文献
[1]刘国华.PLC控制交流变频调速控制系统在电梯中的应用[J].制造业自动化.201 (106)
浅析两种交流同步控制技术 篇10
目前,同步控制技术在工业生产中得到广泛应用,其实现方法大概可分为两种,即机械同步和电气同步。机械同步是指各转动机构采用机械连接的方式来实现同步,虽然连接牢固可靠,但是受到传动范围和距离的限制。电同步就克服了这种缺点,其结构简单,使用非常灵活[1]。本文分析介绍电气同步中的变频调速同步系统和电气同步旋转系统(电轴)两种方案。
2 变频调速同步系统
电力电子技术的发展使变频调速成为近年来发展极快的调速方式,各种控制器配合变频器,能够实现交流电机同步工作。控制器的给定信号可以是模拟量信号、脉冲频率信号或通过RS485端口以通信的方式直接给定[2,3]。具体来说有三种方式,以下分别进行介绍。
2.1 对等同步控制
当生产线中各个传动单元分别由独立的变频器驱动时,为了保证各机构在一个主令转速的设置下,同步协调工作,需要配置同步控制器。同步控制器给定转速,由变频器驱动交流电机运转,光电编码器接在转轴上,测得的转速反馈给控制器,形成速度闭环。控制器比较给定值和反馈值,控制变频器的输出,使电机增速或减速。对等同步控制原理如图1所示。
该同步控制器可对各单元传动速度分别整定,以实现各单元同步工作。但是,因为不同的电机的动态性能不可能完全一样,而且由于受到负载干扰和噪声干扰等诸多因素的影响,各电机的动态性能也是在不断改变的,所以电机之间的精确同步会受到影响。
2.2 主从同步控制
以两台电机为例,主电机以用户给出的速度和位置给定值作为参考值,在运行过程中紧密跟踪系统给定值,而从电机以主电机的速度和位置输出作为自己的参考值,在运行过程中紧密跟踪主电机。这样,在运行过程中,两台电机并不是分别跟踪系统给定值,而是由从动电机跟踪主动电机,使得系统的同步精度大为提高。如果是多台变频器驱动多台电机的同步工作,则如图2所示,电机1的转速反馈给变频器2以驱动电机2,电机2转速又反馈给变频器3,直到变频器k,依次类推。
这种控制线路在阶跃输入起动过程的恒流升速阶段,后一台电机要比前一台电机的转速稍有滞后,启动过程跟随性能不太理想,抗扰性也不十分理想。
2.3 基于补偿原理的同步控制
这种方法在前两种方法的基础上,比较电机间的转速,其差值经补偿器加到控制输入端,以整定转速。多电机同步驱动系统加转速补偿后,起动过程跟随性能和稳态性能均有提高,抗扰性能尤其得到提高,因此这是一种理想的同步控制方案[4]。
3 电气同步旋转系统(电轴)
电轴系统是一种自整角同步系统,由几台同型号和参数的绕线式异步电机组成,绕线电机的转子三相相接,定子侧接电网,这种系统可以使距离较远的几台电机同步旋转。下面介绍由两台绕线电机组成的电轴系统,多台电机组成的系统原理与之相同。
最常用的为具有辅助电机的电轴系统[5],其原理图如图3所示。M1和M2为两台主拖动电机,分别拖动两个负载,M1和M2通常为型号相同、功率与机械特性也相同的异步电机或直流电机。为了保证同步,每根轴上设有辅助电机BM1和BM2,它们是绕线式异步电机,其功率与机械特性也相同,它们的作用就是产生同步平衡力矩。另一种电轴系统是不带辅助电机的系统,它的构成如图4所示,绕线电机定子侧接电网,转子回路中串入可变电阻器或者变频装置,两台电机既是主拖动电机,又是均衡电机。
电轴系统起动时,必须先进行整步。这是因为系统在上一次停车时,由于两轴的惯性不一致,以及两轴制动的时间和转矩不一致等原因,造成两轴的位置不一致,其间存在一个位差角θ。如果θ角过大,起动时就容易发生失步。图3中的QF2、QF3以及图4中的QF1、QF2是用来整步的开关。以图4为例,整步时,断开QF1,闭合QF2,两轴将在短时内相向转动,使位差角θ趋近于零,整步完成后先断开QF2,然后闭合QF1,这就是所谓的两相整步[6]。
电轴系统中的平衡作用决定于两辅机的转矩之差,把这个转矩差称为平衡转矩ΔT,则:
由上式可见,位差角θ一定时,ΔT随s的增大而增大,一般在稳定状态下的位差角不超过30°,要得到足够的平衡转矩,辅机必须逆着磁场旋转,使s足够大。
4 两种方案的比较
变频调速同步系统中的变频调速是通过改变电源供电频率,以改变电动机气隙中的旋转磁场速度来进行调速的,电机运行时转差率总是很小,所以转子电流和转子铜耗都不大,因此可产生明显的节能效果。这种方式应用在造纸、印染等生产线上,能实现良好的同步效果,完全满足生产要求。
电轴系统结构简单,成本低廉,易于实现。绕线电机转子连接后,不用复杂的同步控制算法,只要有足够的平衡力矩,电机间就能保持严格的同步工作,比起变频调速的同步系统,其动态响应速度快,适合应用在大功率的、同步要求比较高的场合,如吊车、闸门等。
5 结束语
随着电子技术的日新月异,同步控制技术将逐步完善,在工程应用中,设计者需根据具体情况,选择经济实用的同步控制方案。
参考文献
[1]邓丽娜.交流异步电机变频调速同步传动算法研究[D].吉林:吉林大学,2008.
[2]刘荣利.三种同步调速系统的浅析与实践探讨[J].基础自动化,1997(01):47-49.
[3]朱磊.用变频器实现多台异步电机间的同步控制[J].上海轻工业,2005(Z1):60-61.
[4]刘福才,张学莲,刘立伟.多级电机传动系统同步控制理论与应用研究[J].控制工程,2002,9(04):87-89.
[5]顾绳谷.电机及拖动基础[M].北京:机械工业出版社,2004.
[6]方世鼎.电轴同步系统[J].人民长江,1985(06):44-48.
交流控制器 篇11
摘 要：本文针对核电厂一次交流励磁机风温控制功能丧失的故障过程，对故障原因展开分析并介绍了故障处理的改造措施。在改造工作中通过更换损坏元件、完善DCS画面软报警信息、增加励磁机风温测温元件的冗余配置三个方面改善了励磁机冷风控制的可靠性，通过改造工作，加强了类似故障的情况下操纵员及系统的响应能力。
关键词：DCS；核电；控制
1 概述
核电厂交流励磁机被封闭在一个金属罩内，通过罩内的空冷系统，形成一个密闭的以空气为冷却介质的热交换空间，确保励磁机在规定的温度下运行。而励磁机空气冷却器的冷却介质是来自常规岛闭式冷却水系统的冷却水。在空气冷却器的进水管路上设置有调节阀，调节冷却水流量使空冷系统的温度维持在一个恒定值。在M310压水堆核电励磁机风温控制设计中，利用DCS系统（分散控制系统）跟踪励磁机的整流轮位置的入口冷风温度变化的趋势，对上游的空冷器冷却水出口调节阀进行控制，通过调节冷却水流量使入口冷风温度保持恒定。
2013年，某核电机组励磁机整流轮冷风风温信号出现异常抖动，在偶发工况下出现紧急事件。再此期间励磁机空冷器的冷却水出口调节阀自动关闭且切换为手动控制，励磁机冷却功能丧失，最终造成励磁机轴瓦温度异常上升。本文主要针对事件发生后开展的相关改造工作，故障产生过程和改造过程中已证实的故障原因进行较系统的论述。
2 事件过程及分析
2.1 事件过程
某核电机组励磁机整流轮冷风风温信号首先出现较大范围的温度波动，同时主控室接收到闪发的“MCS IO BAD”报警，随后报警消失。几分钟后，励磁机轴瓦温度明显上升，操作人员核对后发现励磁机空冷器冷却水出口调节阀处于关闭位置，且已经自动切换为手动控制模式。在及时手动开启调节阀后，励磁机温度回复正常。此时由于信号仍然持续波动，因此采用临时措施方式，将该双支热电阻的另一路信号（原送DEH系统）送入DCS系统参与冷却水流量调节阀控制。
2.2 响应处理过程
励磁机整流轮冷风风温信号测温元件为三线制双支铂电阻，其电阻信号送至常规岛DCS系统。DCS系统内该热电阻设定的温度量程为0-150℃。在事件后分析过程中查询历史数据库发现，该温度信号短时间内在-20℃至130℃区间波动，最低曾达到-20℃，低于DCS系统设定的量程下限，因此出现了风温信号的“IO BAD”报警的闪发，并瞬间触发“MCS IO BAD”声光组合报警。根据该核电机组DCS系统设计特点，当调节阀控制输入信号出现“IO BAD”时，调节阀会自动切换至手动状态。从历史趋势上来看，调节阀先是受到波动的风温信号影响对阀门进行调节，在某一时间段内，由于整流轮冷风风温过冷，阀门自动调节至全关位置，停止供应冷却水，之后温度继续降低至系统默认下限之下，触发“IO BAD”报警，阀门恰好在全关位置切换为手动模式，导致冷却水流量不足，且调节阀丧失自动调节能力，励磁机冷风冷源丧失。在运行操纵员干预之前，这种状况得不到改善，致使交流励磁机轴瓦温度升高。而操纵员在接收到“MCS IO BAD”声光组合报警后，由于报警源在主控室光字牌及DCS系统画面中都没有详细的列出，因此无法第一时间确认故障来源，直至几分钟后，励磁机轴瓦温度高触发另一报警后，才引起操纵员的重视。此时已经错过了事件响应的第一时间。事件发生后，操纵员发现风温信号持续波动的故障存在。此时，该信号已经无法实现对调节阀的控制。因此只能将双支热电阻中原本送入DEH系统的另一支引入DCS进行控制。
从此次事件的发生过程来看，励磁机整流轮冷风风温信号出现不明原因的波动是整个事件的主要原因，主控室的“MCS IO BAD”组合报警无法反映详细的故障来源是造成本次事件的次要原因。而测温元件备用测点数量的不足，限制了事件后期应急处理的能力。
3 励磁机风温控制维修与改造
3.1 风温测温元件的故障
通过观察事件过程中的风温温度趋势记录可以发现，测温使用的热电阻出现了较大幅度的尖峰波动，阻值不稳定，热电阻信号几分钟内剧烈波动，而正常的设定温度是35℃，符合测量回路短路或断路导致的故障现象[1]。因此推论测温热电阻损坏或导线有虚接且正负极导线有间歇性接触。
经分析可能的故障位置：①热电阻内部接线；②励磁机本体接线箱内的端子；③DCS系统机柜端端子；④电缆。
在大修期间，对励磁机进行解体后，针对以上几个可疑位置分别进行检查，总结实际的故障来源于以下两个方面：
①热电阻阻值有波动：三线制热电阻自身的焊点或接线在长期振动下易发生老化损坏，使三线制热电阻中的一根或两根线电阻值不稳定，导致测量结果随震动出现波动误差。
②励磁机本体接线箱内的端子损坏导致三线制热电阻不同的线之间有短路：随励磁机交货自带的设备内部接线端子设计源自美国，是在上个世纪70年代励磁机生产技术引进期间设计的产品。在机组换料大修期间，维修人员发现该类端子部分被挤压碎裂，会导致接线端子脱出端子排结构，事件中产生波动的热电阻端子已经处于自由活动状态，易接触临近的端子造成端子间短路。
由于励磁机的维护工作需要在汽轮机停机以及励磁机解体的条件下才可以开展，每一次处理的时间成本较高，因此对于励磁机内部的热电阻维护选择使用可靠性较高的整体更换方式处理。针对第一个故障点，更换了励磁机结构内包括整流轮冷风风温测温元件在内的全部四个热电阻组件，确保近期不会再次发生疲劳老化故障。针对第二个故障点，将励磁机内所有的仪控信号通道都用抗震端子排替换。从改造后6个月的观察结果来看，热电阻的波动现象已经消失，元器件再次发生故障的风险已经消除。
3.2 DCS系统内软报警窗完善
“MCS IO BAD”报警被设计在主控制室的声光报警处理系统中。它是协调控制系统（MCS系统，也称为闭环控制系统）内主要信号的输入输出故障、测量结果偏差大等一系列非常规状态的组合报警。在这次事件的过程中，从报警处理系统触发“MCS IO BAD”声光组合报警，至励磁机温度上升至触发励磁机轴瓦温度高报警的期间，运行人员无法通过报警系统获得足够的信息来确认组合报警的报警来源，反映出了报警信息反馈功能的不足。
因此，为了进一步的满足相关设计标准[2]，在DCS系统工程师站及操作员站中，增加一份较为详细的“MCS IO BAD”报警源清单画面。其报警功能同其他常规报警一样，在报警触发时为快闪，确认报警存在则为常亮，报警消失时为慢闪，确认报警消失则熄灭。保证报警的信息的可追溯性，有利于操纵员快速定位故障位置，做出响应，提高对于紧急情况的应急响应速度。
3.3 励磁机风温测温元件冗余布置
针对励磁机内测温元件的安装条件，从维护便利和设备可靠性角度来考虑，在励磁机内的原测点位置增加一套风温测温元件，这样不但可以辅助监视励磁机整流盘冷风温度，而且还可以解决备用信号通道不足的问题。在出现类似故障的之后，可以及时将备用信号接入DCS逻辑控制，避免影响DEH系统的监视功能。
考虑到同一测点的两支测温元件出现差异，每一支都会出现孤证问题，不利于运行人员的判断。因此在改造设计时人为的将新增的这支热电阻降级处理，将信号送入顺序控制系统中，仅作为辅助监视用，不参与逻辑控制，并在DCS画面中明确标注。
4 总结
通过对故障过程和故障原因的分析，我们对交流励磁机的相关测温元件以及主控室报警信息进行了适应性的修改，包括对励磁机整流盘冷风温度温度测量线的检查与替换、测温元件的冗余设计和DCS系统人机画面报警信息的补充设计。通过以上的改造设计工作，可以从根本上杜绝相同事件的发生并有效提升了设备的可靠性、改进同类事件发生后的应急响应条件。希望这类分析可以为其他电厂特别是核电厂的励磁机维护工作提供有益的参考，为后续的励磁机风温逻辑设计提供良好的反馈。
参考文献：
[1]宋德涛.热电阻测温系统的维护和故障处理[J].江西煤炭科技，2011（1）：71-72.
交流控制器 篇12
关键词：输电能力,无功功率优化,稳定性与控制,保护与控制
0 引言
特高压交流输电具有输送容量大、距离远、损耗低、占地省等显著优势, 随着大容量输电需求的增加, 发电技术和输电技术日新月异, 作为资源节约型和环境友好型的先进输电技术, 发展特高压也成为电力工业发展的必由之路。世界上很多国家的电网公司都进行了特高压工程和技术的研究, 如美国的美国电力公司、美国邦纳维尔电力局、日本东京电力公司、前苏联、意大利和巴西等国的电力公司分别建设了开展了特高压工程、技术和设备方面的研究[1]。中国能源资源和负荷需求的逆向分布及能源结构的战略性调整, 决定了中国未来的输电网架结构必须在送、受端系统以及1000-3000km的输电系统上有根本性的突破[2]。国家电网正在推进“一特四大”发展战略建设由特高压交流系统和直流构成的大规模特高压电网, 以期解决电源与负荷中心之间大规模、远距离、大容量的电力输送难题, 实现资源优化配置[3]。特高压电网结构复杂, 加之特高压工程建设和电源核准中存在的不确定性, 一些薄弱环节将会给复杂电网的稳定分析、控制和运行带来了一系列挑战。
本文概述了特高压交流系统运行控制关键技术, 在特高压交流系统功率控制、特高压交流系统稳定性与控制等方面, 对特高压电网输电能力、无功功率优化与控制、稳定性与控制、特高压交流系统保护与控制进行了分析总结, 提出了需要进一步研究和解决的技术问题, 为后续特高压电网规划、调度、运行和控制提供参考。
1 特高压交流系统功率控制研究
特高压工程的投运以及大规模间歇性可再生能源的接入使原有电网的结构更加复杂化, 对各区域电网负荷带来波动, 可能造成整个电网系统暂态或稳态平衡被打破, 各区域电网发电机结构各有不同, 机组的调节能力各异, 极易出现潮流的协调控制出现一定的困难, 加之输电线路运行越来越接近其安全稳定运行的极限。因此, 从输电能力、无功优化与控制等方面研究特高压电网的功率控制与优化, 对电力系统安全、稳定、经济、高效运行有着重要的意义。
1.1 特高压交流电网输电能力与控制的研究
特高压交流输电技术可以提电网的高安全性以及经济性, 其输送能力和输送通道的输送效率一直备受关注。其输送能力也受热稳定、电压稳定、功率稳定的限制。特高压交流输电系统的输电能力是指在保持经济合理和系统稳定性的情况下, 一定距离的输电线路所具有的最大输送功率。特高压的输电能力受多种因素的影响, 文献[4]分析高压并联电抗、发电机-变压器高压侧电压调节、1000k V升降压变压器的短路比、中间开关站加SVC和串联电容补偿等各电气量对1000k V输电系统输电能力影响, 研究了能进一步提高1000k V输电系统远距离输电能力的技术。文献[5]研究了省际电网输电极限问题, 给出了考虑特高压接入后稳定性的输电能力分析方法与流程, 并对电网的稳定性进行了校验。文献[6]结合电网新技术、新材料、新方法阐述了影响电网输电能力的因素, 从改变电网网架结构、电气特性和加装稳控装置等方面提出了对特高压电网具有适用性的输电网络方案和提高电网输送能力的方法。关于输电能力的问题, 已经得到了国内外学者较高程度的的研究与关注, 随着新型电力电子器件的发展与应用, 利用补偿装置间的协调配合来提特高压电网的输送自然功率的技术有待进一步研究。随着电力市场的开放, 从经济角度对提高特高压输电能力以及接收新能源的能力有待进一步研究。
1.2 特高压交流电网无功优化与控制的研究
随着输电系统电压等级的升高和输电距离的增加, 输电系统的无功特性发生了根本变化。在特高压交流输电系统中, 合理配置电抗器和低压无功补偿设备维持特高压交流输电系统的电压水平, 通过系统无功电压控制实现电力系统安全经济运行具有重要意义。特高压输电线路的无功损耗随电能输送有很大的有功变动, 同时电容效应产生很大的充电功率, 特高压输电线路给变电站无功补偿、电压控制带来困难。
针对特高压交流输电线路电容效应给无功补偿和电压控制带来的问题, 文献[7]通过控制线路电压不越限的方法研究了变电站的无功控制方式及补偿容量, 文献[8]提出了一种基于经济压差的特高压电网无功补偿运行与控制方法。文献[9]提出了一种改进的采用65%的固定高压电抗器加30%的可调节高压电抗器的特高压输电系统的无功补偿改进方法, 提高了特高压输电系统的输电能力和电压稳定性。文献[10]分析了无功补偿设备投切策略、稳态过电压措施、应用可控高抗调压等电压控制需要考虑的技术问题, 提出了高抗和低压无功补偿配置原则及方法, 并结合实际系统进行了仿真验证。针对特高压接入系统使系统的稳定控制更加复杂, 对电力系统的无功优化要求越来越高, 寻求最佳的无功补偿方法称为亟待解决的重要问题。在以后的研究中, 应更加侧重于无功补偿控制策略方面的研究, 提高无功补偿装置的响应速度, 增强无功补偿的有效性。
2 特高压交流系统的稳定性研究
随着电力系统的发展和区域性负荷的增长, 远距离大容量输电日益普遍, 随之而来的电力系统稳定性和可靠性问题越来越突出。国内外对电力系统稳定性问题做了大量研究, 甚至在某些方面实现了在线安全稳定评估及决策分析, 同时能对电网中存在的潜在问题提出安全性措施, 有效指导了电力系统的调度决策和安全稳定运行。虽然解决了很多技术上的难题, 但是随着特高压电网的接入、电力电子器件以及新的控制技术的应用, 仍有大量的工作要做, 必须要考虑特高压接入后各种控制措施良好配合等方面的研究。
特高压交流系统的功角、频率、电压稳定性研究:
电力系统功角稳定电力系统中同步发电机保持同步运行的能力, 可以细分为静态稳定、小干扰动态稳定、暂态稳定、大干扰动态稳定。随着电能需求的增加和电力系统的规模扩大, 电力系统的稳定问题越来越突出, 在典型故障下面临暂态功角失稳的风险。文献[11]针对暂态功角失稳风险问题提出了基于典型故障集的电力系统暂态功角稳定近似判别方法, 设计了风险评估流程并且为提高电力系统暂态稳定性提出了新的研究思路。文献[12]提出了一种用于暂态功角稳定的切机控制策略计算方法。目前, 所有研究都集中在交直流混合系统的功角稳定性与控制策略研究上, 针对特高压交流电网的功角稳定性与控制策略仍需进一步研究。
频率稳定是指电力系统发生有功功率扰动后, 系统频率能够保持或恢复到允许的范围内, 不发生频率崩溃的能力[13]。基于两机系统模型及WAMS实测数据, , 文献[14]提出了大受端电网频率安全稳定评估采用的模型和分析方法, 总结了受端电网频率安全稳定分析中应注意的问题。基于目前频率稳定研究中存在的不足, 文献[15]提出一种电力系统频率失稳风险评估方法, 推导了计及旋转备用的频率动态特性, 建立了考虑低频减载作用的频率稳定分析模型和考虑发电方式、网络拓扑和负荷水平的随机模型。国内外研究人员对功角稳定与电压稳定关注较多, 其中某些领域已经实现在线分析控制, 而电网频率动态特性及其控制一直是电力系统稳定研究中的一个薄弱环节, 特高压交流系统中频率稳定性及控制策略有待深入研究。
电压稳定是指电力系统受到小的或大的扰动后, 系统电压能够保持或恢复到允许的范围内, 不发生电压失稳的能力[16]。电力系统越来越朝极限运行方式发展, 其中电源竞价上网机制和网架结构薄弱等因素给系统电压稳定性带来巨大挑战, 文献[17]阐述了电力系统电压稳定性的研究现状、理论和研究方法, 分析了电压稳定的薄弱环节和薄弱区域, 研究了防止系统电压失稳的控制策略和电力系统优化理论。由于大干扰电压失稳机理的理论和研究方法不完善以及电力系统暂态电压失稳与功角特性存在联系, 如何快速准确判断电力系统暂态电压失稳是电力系统需要解决的一个难题, 也有相关论文通过分析特高压联络线潮流和电压大幅波动的影响因素, 总结了特高压系统无功和电压控制策略。
3 特高压交流系统保护与控制
继电保护作为维护电力系统安全稳定运行的重要防线, 在电力系统中时刻发挥着重要作用。与超高压输电线路相比, 特高压输电线路参数发生较大变化, 1000k V输电系统对保护的影响主要是由分布电容引起的, 因此对特高压交流输电线路的保护提出了更高的要求。
文献[18]介绍了在1000k V输电线路保护中所关注的一些重要问题, 重点分析了特高压系统暂态过程及特高压保护中的关键技术问题。文献[19]根据特高压系统结构和运行特点, 结合我国继电保护发展的具体情况, 提出我国特高压系统保护的配置方案。文献[20]充分考虑特高压电网的特点, 给出了特高压线路分布参数模型, 介绍了近年来我国特高压线路保护的研究成果以及国内特高压主设备保护方面的进展。随着电力电子技术的发展以及新型电子式互感器的研究及应用, 特高压系统保护技术的研究有待进一步发展。
4 总结与展望
随着特高压输电线路工程建设及投运, 特高压电网已成为现代电网的重要组成部分, 并对电网的安全稳定运行带来挑战。本文概述了特高压交流系统运行控制关键技术, 在特高压交流系统功率控制、特高压交流系统稳定性与控制等方面, 对特高压电网输电能力、无功功率优化与控制、稳定性与控制高压交流系统保护与控制进行了分析总结, 提出了需要进一步研究和解决的技术问题, 为后续特高压电网规划、调度、运行和控制提供参考。
为了提高电网输送能力、新能源并网和消纳能力, 提高电网运行的安全性、稳定性和经济性, 在特高压电网建设、运行和控制上需进一步深入研究。
(1) 规划中的特高压直流直流输电和多端直流输电相关技术需要特高压交流电网提供坚强的网架支撑, 含交、直流特高压的复杂电网的动态特性, 运行方式, 稳定性分析、预测及控制策略等方面需进一步研究。
(2) 针对特高压交直流互联电网交直流互济过程中的动态无功优化与无功配置问题需进行深入研究, 并提出合理的控制策略和手段。
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