极控制和保护系统

极控制和保护系统（共6篇）

极控制和保护系统 篇1

0 引言

随着电力系统不断发展和先进技术的不断引入,现代继电保护装置和过去使用的有很大不同。过去的许多设计规程和范例也不再有效。本文结合国内外继电保护装置的发展,介绍了很多新型设计理念,可用于改善保护和控制系统(IPAC)的性能,提高可靠性,耐用性以及容错能力。

继电保护的方式和装置的优劣主要是从选择性,可靠性,速动性,灵敏性以及经济性和可实现性等多个角度来判断,而事实上每一种途径和设计都会存在其独特的优势和缺点,为此应不断探求和改进,结合实际的情况,改进保护和控制系统的性能,将不足最小化。

就目前的继电保护装置而言,值得改进的地方有以下几点:

1)减小成本、维修费用和运行费用。

2)必须改善系统稳定性,同时减少停机时间以获得更大的客户满意度。

3)能够实时监测断路器与保护和控制系统。使用中继的存储信息进行异常情况探测,系统故障诊断和预防性维修。

针对上述发展趋势和要求,现代继电保护装置显示出提高保护和控制系统可靠性的可能。通过引入通信发展的先进技术和消除单点故障对整个保护和控制功能决定性影响的设计理念,新型的集成系统设计能有效改善继电保护装置的性能。

为了满足集成保护和控制系统标准要求,通过有效利用新一代继电保护装置的特性,发展了很多新型的控制功能。

1 通信技术发展

通信技术的发展为上述三点要求提出的实现的契机。首先,增加从IPAC系统中获取的数字和模拟SCADA数据,可以减少外地人员的工作量,可减小运行费用。

其次,电力系统通信技术的不断发展将提高SCADA系统的可靠性,可减少继电保护装置数量,淘汰RTU模拟传感器和数字I/O,以及特定的供应商协议转换设备。可减小成本,同时也改善了系统稳定性。

再次,先进的通信技术能够实现本地和远程(通过SCADA或者EMS系统)监测,观测如系统负荷和电压等稳态条件的变化趋势。能够捕捉电力系统暂态事件中的系统电流,电压和频率的波形。将这些信息可靠保存,以便进一步分析。这些新型技术也保障了对断路器与保护和控制系统的实时监控和预测分析。

2 容错型集成化控制系统[1]

单点故障不应对系统产生决定性的影响。系统或器件的故障可能使得系统不够稳定和可靠,但必须保证能够承受,这就是N-1原则。通过冗余的设计,可以使得控制系统满足要求。

如果本地和远程控制功能没有共享的继电器、通信处理器等装置,就造成了人工控制系统的冗余。本地HMI计算机并不是集成化保护和控制系统中必需的组件,但提供了大量功能。集成化系统通过操作控制接口与继电器连接,提供直接的控制职能。因此本地控制系统应包括额外的冗余。

由于在最集成的保护和控制系统中最低可靠性能的组件是计算机,推荐使用有面板HMI控制功能的继电器,为本地的继电器控制提供支持。如果HMI计算机停止工作,许多功能虽然不能便利的获得,但仍可能实现本地对系统的控制。

在保证冗余的同时,也应消除本地控制中积极的多元因素,在HMI中设置一个系统,它包括HMI计算机中脚本运行给继电器的计时器阶段性脉冲。当HMI计算机或通信路径故障时该系统也失效。如果计时器没有刷新,达到预设时间,可进行本地控制。

图1为有冗余的集成控制系统。图2为集成控制系统没有设计冗余的情况,远程SCADA控制和本地HMI控制分享通信信道传给统一的通信处理器和继电器,在共同控制断路器的控制回路。这时需由有面板HMI的继电器提供冗余。在此设计中继电器必须包括独立控制按钮来开断断路器,以防继电器本身失效。由于此设计没有单点故障,可以满足运行。

因此对于集成化控制系统而言,冗余设计可有效提高系统的容错性能,即使在本身的系统设计中不带有冗余,应在继电器中补充,使得系统在结构简单,节约成本的同时满足容错要求。

3 集成化设计中的定制功能

3.1 各组继电保护装置的同步(图3)[2]

随着系统的复杂程度增加,多元化的各组继电保护装置要同时运行,就必须保证同步。

各组的设置可以SCADA远程执行或通过本地的面板HMI按钮。设继电器A需要8种工作状态。其具体实现方法为:继电器A的选择器开关通过3位的逻辑关系配置为8个位置开关。每个位置激发继电器A中相应的设定组,并通过3位解码器和一个硬件的输入输出接口送到继电器B。这个3位信息在继电器B中进行编码,并激发匹配的继电器B中相应设定组。从而使得继电器A和继电器B能快速的实现动作同步。多组时的实现原理与此一致。

有两种方式可实现集成保护和控制系统选择选择器开关的新位置,并实现连续的设定组激发。方法一是本地控制,按指定的用户可编程按钮,在小于5 s间隔内按钮被按的次数作为开关位置动作的次数。如原来的激发设定组为2号,当在5 s内按下三次时5号设定组将被激发。另一种方法是远程控制,通过从继电器B将3位外部信号传至继电器A,所获得信号形成上升或者下降沿,选择器开关位置依据解码的位置数字而改变。这种方式使得两个继电器同时发生设定组的变化。

3.2 自动闭锁和自动复原[2]

继电保护装置在判断后若不动作需进行自动闭锁,若动作,之后需自动复原。这就使得继电保护装置的逻辑设计更为复杂。继电器中可用的自动闭锁功能不能涵盖所有的特殊情况和实用标准所需的细节。继电器内部可编程逻辑元素有助于提高自动闭锁设计专用化的水平,并执行一切强制性的和可选的计划要求。

断路器具有自动重合闸功能。根据系统要求,断路器在一定的系统条件下可进行自动闭合。如暂态故障后母线恢复;系统电压恢复并稳定在一定幅值水平;系统频率恢复到可运行水平。前两个条件与继电器A中配置的连拍自动闭锁功能有关。第三个条件是有关频率恢复的逻辑,由实用说明书定制开发的,并放置在继电器A中。

3.3 高频自动关闭

频率因素由继电器失控状态,频率失控状态,低电压条件等决定。保护和控制系统设计提供了低频跳闸事故后的自动恢复功能。有两种高频情况的恢复也在设计中实施。一是当频率稍微超过标准50 Hz时快速自动重合闸,以维持系统供需平衡;一是当频率恢复到稍低于标准50 Hz时依据电力系统频率事故恢复计划延迟反应时间。

3.4 延时断路器保持

延时断路器检测逻辑被用作断路器保护,在继电器中编程后按方案执行。它用于核实主断路器在断路器关合操作中触点移动的时间,将此时间与参考断路器操作时间比较。如果实际操作时间超过参考时间,延时断路器起动,相应的预警信号传给本地和远程接口。

图4给出了延时断路器保持的继电器设计。当CPU输出由0变1,光敏晶体管突然由导通变为截止,为继电器线圈释放储存的能量提供电流通路,从而最终实现主断路器的跳闸。从CPU发出信号时刻开始,KT延时线圈使得控制开关保持导通从而辅助继电器不动作,但是在参考时间内主断路器(其出口继电器线圈为KCO1)没有断开,KT到达计时时间,辅助继电器所对应的出口继电器控制电路中的光敏晶体管截止,从而KCO2释放能量,辅助断路器断开。此设计有效提高了系统可靠性。

4 结论

新型集成保护和控制系统(IPAC)设计已成为发展趋势。集成化保护和控制设计提供了全面和可靠的配电保护和控制的解决办法,并具有节约大量成本的潜力。此外,其编程操作方便,可进行预防性维护,提高系统稳定性。

总而言之,新型的集成保护和控制系统(IPAC)具备以下关键性的优势[2]:

1)有效解决成本问题,将许多传统保护和控制功能集成到继电保护装置中,如断路器失灵保护,传统开关,辅助继电器,测量系统等,从而减小继电保护装置的数量。

2)所需数据记录,测量和事故信息植入本地微机继电保护装置和远程检索,使得解决方案标准化。对多级继电器的继电保护整定计算和错误检查模板化。

3)继电器设定或编程更为灵活,系统具有更多先进的功能。如遥感探测,远程控制,自动控制,实时控制,负载数据记录,系统测量,器件测量,持续数据记录等。

尽管已经实现多功能的继电保护装置,但新型的集成保护和控制系统还面临很多问题。如,直流电源电压波动,继电器触点反弹时机等。同时对于集成化的设计还可能带来一些实际问题,如设计的复杂度增加使得维修工作难度增多,同时连锁反应的处理也面临挑战。

随着不断的发展和改进,集成化保护和控制系统必将实现功能的全面化,控制的智能化,装置的节能化,保护更为快速,系统更为可靠。

摘要：针对继电保护装置中存在的有待改进的地方,提出了新型的设计思路。集成化保护和控制系统设计可有效改善保护和控制系统的性能,提高可靠性、耐用性以及容错功能。论述了容错型集成化控制系统依据N-1原则的实现方法,并对集成化设计中的特殊功能进行了具体探讨,如各组继电保护装置同步问题、自动闭锁和复原、高频自动关闭以及延时断路器保持,得到了较为理想的集成化保护和控制系统设计。

关键词：微机继电保护装置,保护和控制系统,通信技术发展,容错型集成化控制系统,集成系统设计

参考文献

[1]Thompson M.The Power of Modern Relays Enables Fundamental Changes in Protection and Control SystemDesign[J].Schweitzer Engineering Laboratories,Inc,2007.

[2]Vaziri M,Brojeni F,Shulman E,et al.Innovative Distribution Feeder Protection and Control Schemes Using New Capabilities of Microprocessor Relays[A].in:59th Annual Conference for Protective Relay Engineers[C].2006.

[3]张保会,尹项根.电力系统继电保护[M].北京:中国电力出版社,2008.ZHANG Bao-hui,YIN Xiang-gen.Relay Protection in the Electrical Power System[M].Beijing:China Electric Power Press,2008.

[4]董新洲,丁磊.数字化集成保护与控制系统结构设计方案研究[J].电力系统保护与控制,2009,37(1):1-5.DONG Xin-zhou,DING Lei.Research on Design of Digital Integrated Protection and Control System[J].Power System Protection and Control,2009,37(1):1-5.

极控制和保护系统 篇2

2.1保护控制系统设计

根据智能电网结构的特点和要实现的技术目标，智能电网的保护和控制应该具有出色的自动修复能力。所谓自动修复能力就是指自我防范和自我恢复的能力，体现在以下两个方面：一是以防控故障发生位主要方式，及时发现和消除隐患。其次，能够在故障条件下还嫩保障基本电力服务不中断，不会导致系统停止运行，而自动修复能力是智能电网最突出的优势。智能电网通常也被称为自动修复电网。

2.2继电保护选取方式

智能电网包括电力输出和电力配送。电力配送的保护关键点在于保护电网中关键部件电磁开关。要对主要设备制定适合的保护措施，在这里使用电流差动类的保护方式比较符合保护要求。然而，一个不能忽略的问题是，利用这种保护方式虽能起到一定的保护作用，但是还需要设备安装独立的操作装置，不仅如此安装此类保护装置后还需要后续配套设备的投入，这给电网建设带来了不小的压力。，在现阶段，智能电网的保护和控制应在传统电流差动保护合理改进的基础上重点研究和实践。同时，要注意到比较高的阻值接地线时极有可能引发故障，给智能电网的保护措施带来严重的时滞，起不到应有的保护效果。在使用上述保护措施时，也会给智能电网带来一定的影响，主要影响就是电网的传输通道会受阻，对与一些重要数据的传输产生影响。尤其是在电网长距离的传输中，即便在发生故障时保护装置马上可以起到保护，但由于线路常，反应还是有一定的延迟。通过以上的分析得出：在电网保护中需要建立两套保护体系，一种是电流差动保护另一种是快速保护模式。将两种保护结合才能有效保护智能电网。以上两种保护可以是电网的主要保护体系，如果有条件也可以保留传统保护模式，让这种保护模式作为备用保护体系。多种保护模式共同作用才能保护智能电网在发生故障后，第一时间实现自保护，防止出现意外情况，给经济社会带来不可估量的损失，也能保障用电者的安全。

2.3保护控制研究

从新电网技术保护控制单元可以看出，所有的保护体系都可以相互通信协调工作。充分满足了人工智能领域所有技术参数要求。在保护和控制单元中，一个多智能体代理结构，如模拟人脑代理结构，可以实现各保护器具之间的合理配置和协调工作。如果采用文件获取和操作结构，则可以配置微网络。电气系统保护控制具有分布式计算和分布式控制的功能。就目前的形式而言，国内外关于微电网控制方式的研究主要集中在三层面：分层控制方式，主从控制方式和基于多智能体系统的点对点控制方式。前者可以更好地适应未来微电网发展的总趋势。但是，这种模式在实施时很难实施。它是目前微电网控制方案研究的热点。另外，使用多智能体代理结构技术的保护控制系统与智能电网分级控制系统更加一致，并且可以灵活地将保护控制适应于分布的拓扑结构中的变化网络。

3结束语

为保证智能电网在运行中的安全和稳定，要求提高保护和控制的工作质量。本文对智能电网的保护与控制相关问题进行了简要分析和解释，希望为今后的相关研究和实践工作提供参考和帮助。

参考文献

[1]李斌,薄志谦.面向智能电网的保护控制系统[C].中国高等学校电力系统及其自动化专业学术年会,.

[2]李斌,薄志谦.面向智能电网的保护控制系统[J].电力系统自动化,2009,33(20):7-12.

[3]谢志平,焦树立,张涛,等.面向智能电网的保护控制系统[J].工程技术:文摘版:00143-00143.

[4]吴晓蓉,王建华,王颖.智能电网保护及稳定控制系统研究[J].吉林电力,,38(2):1-4.

[5]孙建伟,王宗兴,夏亚君,等.地区智能电网分布式电压无功自动控制系统研究[J].电力系统保护与控制,(13):112-116.

极控制和保护系统 篇3

一,原锅炉高压电动机控制和保护系统存在的问题

改造前,兖矿鲁南化肥厂8#、9#锅炉高压电动机控制和保护系统使用的是上世纪80年代生产电磁式继电器,元器件数量多,器件多为电子、电力分立元件,器件间的性能配合误差大,准确性差,保护拒动作、误动作时有发生,没有保护事件纪录,各种变量、参数无法实时显示,纪录功能不能直观地显示工作状态、保护数据;保护回路和控制回路接线复杂,引线较多,所需的校验仪器种类多,造成维修、校验工作量大。在历年大修时需加班加点地进行校验,即费时又费力。加上多年的运行使保护装置元件性能变差,在一定程度上已不能保证锅炉的安全稳定运行。

二,采用RCS—9000系列B型电动机保护测控装置的改造

鉴于8#、9#锅炉高压电动机(引风机,鼓风机,二次风机)控制和保护系统的现状及存在问题,结合我厂实际生产装置和现场高压电动机和变配电所电气设备所使用的南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS—9000系列B型电动机保护测控装置的运行效果和保护校验情况,经过多方分析讨论决定对8#、9#锅炉高压电动机控制和保护系统实施改造,改造中完全采用已经取得良好效果的RCS—9000系列B型电动机保护测控装置。RCS—9000系列B型电动机保护测控装置采用先进的技术,精心的设计,使变电站保护和测控既相对独立又相互融合,保护装置工作不受测控和外部通信的影响,确保保护的安全性和可靠性。该系列保护测控装置不仅支持变电站所需的保护、监视、控制功能,还支持变电站自动化所需的各种高级应用功能,为变电站安全、稳定、经济运行提供了坚实基础。

1,装置特点

(1) RCS—9000系列B型电动机保护测控装置构成的综合自动化系统是一个分层分布式系统,各间隔功能独立,各装置之间仅通过网络联接,这样整个系统不仅灵活性强,而且其可靠性也得到了很大提高,任一装置故障仅影响一个局部元件。

(2)由于信息的传递由网络系统通过通讯网互联而实现,取消了常规的二次信号控制电缆,因而站内二次电缆大大简化,不仅节省了大量投资,而且减轻了CT、PT负荷,减少了施工难度及维护工作量,节省了大量的人力物力。

(3)保护测控装置中的保护功能独立,保护功能完全依赖通讯网,网络瘫痪与否不影响保护正常运行。

(4)装置采用全汉化大屏幕液晶显示,其树形菜单,跳闸报告,告警报告,摇信,遥测,定值整定等都在液晶上有明确的汉字标识,不需要对照任何技术资料,现场运行调试人员操作方便。

(5)将保护动作信号在当地间隔层就地转换为摇信信号上传,而不是由变电层转换,减少保护动作报告调度转发的时间,使其故障报告传输速度与变位摇信等同,且便于与调动系统接口,调度端不需另作事件解释程序,所作的工作量只相当于增加几个摇信量而已。是构成智能控制的理想元件。

2,工作原理

从电网一次设备CT及PT采样来的电压电流信号经精密电流电压变换器采样,经低通滤波后再经高精度运算放大放大、限幅保护,变换成一定幅度的交流电压信号,经高精度A/D转换产生的数字量通过CPU来运算、处理,CPU同时还接受经光电隔离的脉冲信号和遥控输入信号量以及通过键盘查询、整定定值等操作产生的输入信号量。所有这些经A/D转换的数字量以及外部输入的信号量经CPU综合运算、处理。当满足动作条件时便发出相应的跳、合闸信号和告警信号到驱动接口电路,接着驱动接口电路将这些信号送到出口继电器板,出口继电器板上的跳、合闸继电器触点接通断路器的跳、合闸回路,告警信号继电器接通告警回路。同时,CPU发出相应的位置、状态信号。所有信号测量、保护动作值、跳合闸变位纪录、整定过程、故障类型、故障波形、摇信量、电网频率、时间等均能在LCD上显示。

3,实现的功能

保护功能有:电流速断;反时限保护;过负荷;低电压保护;接地;过电压;零序电流;负序电流;电机堵转;PT断线报警;非电量保护;断路器控制回路断线监测;温度保护;装置故障报警。

主要测控功能:可实现本地或远控的断路器分、合闸功能,外部的合、分闸操作命令分别通过微机综合保护测控装置接口410端子和408端子输入到保护器内部进行处理,然后由接口406和405分别接通断路器的合、跳闸控制回路进行断路器的合、分闸动作。

综合保护测控装置及接线图如图1所示:由图1及工作原理可知:

使用有源开入量305、306、307分别对开关柜的试验位、工作位和断路器的运行状态进行显示,使用312工艺故障DCS连锁跳闸来满足工艺条件的需要。从PT电压互感器柜上引入U630、V630、W630、N630电压信号输入到In的101、102、103、104端子由装置进行母线电压监测,从TA1电流互感器上引入U411、W411电流信号去ln接口的107、111端子由装置进行电流信号测量,从TA2电流互感器上引入U421、V421、W421电流信号去ln接口的113、115、117端子由装置对高压电动机进行保护。而且内部有跳闸保护继电器TBJV闭锁装置,可以实现高压柜的防跳控制功能。

三,改造实施

在我厂大修期间,8#、9#锅炉高压电动机往往是停车最晚而又开车最早的设备,为了实现在有限的停车期间内尽快完成8#、9#锅炉高压电动机微机综合保护测控装置的改造,我们提前对需要改造的高压电动机开关柜控制和保护回路进行核对,确认到每一根线,根据原有图纸和RCS—9000系列B型电动机保护测控装置厂家所提供的技术资料,提前设计出改造原理图和接线图,并制定出改造方案,确保能够在大修期间顺利完成设备改造。2012年6月设备检修期间,我们利用锅炉停车机会,严格按事先制定的方案实施改造工作,拆除需改造的高压开关柜原配装的电压、电流、时间、中间、过流、接地、防跳继电器及接线,安装微机综合保护测控装置,校接二次线路,调整保护定值及保护方式,将高压开关柜置于试验位置,进行模拟保护及联动试验,在调整动作准确可靠后,开车正常,确保了8#、9#锅炉的一次开车成功。同时充分利用该装置的功能,从ln的308引接了工艺DCS中控联锁信号,满足工艺操作要求,便于分析跳车原因,尽快查找故障,并为排除故障提供了重要依据。

四,改造效果

本次改后开车顺利,微机综合保护测控装置接线简单,维护方便,实现了微机化、数字化,各种参数、保护状态调整方便、简明,体现了选则性、灵敏性、快速性、可靠性的要求,有效的排除了保护的拒动作和误动作,减少了不必要的停车。能实时显示真实、完整的各种事件纪录信息,很好的分析电动机跳车的原因,解决多年来事故情况原因分析不清的困惑。

极控制和保护系统 篇4

班 级：

姓 名：

学 号：

《输变电系统及其保护与控制》学习总结

输变电系统及其保护与控制这门课的教学目的是使我们掌握输变电系统的组成以及基本运行原理，掌握输变电系统继电保护、控制等方面的内容，了解电力系统稳定的有关知识以及电力系统的发展趋势，为将来从事相关的技术工作打下必要的基础。经过十六周的学习，我对电力系统有了一个全新的认识。下面先谈谈我在知识方面的收获。

大规模的电能从生产到使用要经过发电、输电、配电和用电四个环节，这四个环节组成了电力系统。所以说，电力系统就是由分布在辽阔地域的发电厂、变电站、输配电线路、用电设备等组成的大型互联系统，也是最大的人造能量传送系统。现代电力系统具有规模巨大、结构复杂、运行方式多变、非线性因素众多、扰动随机性强等基本特征。

目前我国电网进入了大电网、大电厂、大机组、超高压输电、高度自动控制的新时代。截止2009年9月底装机总容量已达到8.3亿千瓦。电源结构正在逐步趋向合理，火电结构调整取得实质性进展，电网建设进入快速发展时期。

常见的发电方式有：火力发电，利用燃烧煤炭、石油、液化天然气等燃料产生的热能，使锅炉水管中的水受热成为高温高压的蒸汽，并推动汽轮机转动，进而带动发电机发电；水力发电，通过筑坝将位于高处的水向低处流动时的位能转换为动能，此时装设在水道低处的水轮机受到水流的推动而转动，将水轮机和发电机相连接，带动发电机转动，将机械能转换为电能；核能发电，如利用核能将反应堆中的水加热产生蒸汽，在蒸汽的推动下，汽轮机带动发电机转动产生电能；风力发电，利用风力推动风车带动发电机发电。太阳能热发电，利用聚热装置将太阳热能聚集并加热水管中的水产生蒸汽，进而带动涡轮发电机发电；太阳能光发电，将具有光电效应的硅材料制成太阳能电池板，通过接受太阳光能的照射将光能转变成电能；此外，还有磁流体发电、潮汐发电、海洋温差发电、波浪发电、地热发电、生物质能发电等多种发电方式。但是目前大规模的发电方式主要还是火力发电、水力发电和核能发电。

输电方式及输变电设备：输电方式主要有交流输电和直流输电两种。通常所说的交流输电是指三相交流输电。直流输电则包括两端直流输电和多端直流输

电，绝大多数的直流输电工程都是两端直流输电。在输电网中输电线、杆塔、绝缘子串、架空线路等称为输电设备；变压器、电抗器、电容器、断路器、隔离开关、接地开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、母线等变电一次设备和确保安全、可靠输电的继电保护、监视、控制和电力通信等变电二次设备等要集中在变电站内的设备统称为变电设备。

配电网及配电设备配电是在消费电能的地区接受输电网受端的电力，然后进行再分配，输送到城市、郊区、乡镇和农村，并进一步分配和供给工业、农业、商业、居民以及特殊需要的用电部门。与输电网类似，配电网主要由电压相对较低的配电线路、开关设备、互感器和配电变压器等构成。配电网几乎都是采用三相交流配电网。

极控制和保护系统 篇5

随着工业的迅速发展,一些生产机械要求的功率越来越大,采用同步电动机拖动更为合适,这是因为大功率同步电动机与同容量的异步电动机相比较,有明显的优点。首先,同步电动机不仅有较高的功率因数,而且在运行时能够改善电网的功率因数。其次,对大功率低转速的电动机,同步电动机体积比异步电动机的要小些。空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术在电机控制方面得到了广泛的应用,与传统的正弦脉宽调制(SPWM)相比,具有突出的优点,如直流电压利用率高、电机转矩脉动低、电流波形畸变小等。本文介绍了S V P W M的基本原理,给出了将S V P W M算法应用于凸极同步电机矢量控制系统的仿真结果并进行了分析。

二.S V P W M算法的基本原理

通常的三相电压型逆变器采用6个功率晶体管;逆变器的工作状态共有8种,分别对应8个电压矢量,其中有6个基本矢量模长等于2Udc/3,另外2个分别对应于(000)和(111)状态SVPWM以三相对称正弦波电压供电时交流电动机产生的理想圆形磁链轨迹为基准,通过这8个空间矢量去等效参考矢量从而使电机的实际气隙轨迹逼近理想的圆形。

如图1所示,以第Ⅰ扇区为例,以相邻的两个电压矢量U1、U2以及零矢量来合成参考矢量Uref,根据伏秒平衡原则可得:

式中:T1—U1作用的时间;

T2—U2作用时间;

T0—零矢量作用的时间;

Ts—脉宽调制周期。

式(1)的意义是矢量Uref在Ts时间内所产生的积分效果和U1、U2及零矢量合成作用的积分效果相同。

将U1、U2代入式(1),可以得出

随着参考电压空间矢量Uref的增加,输出电压的基波电压幅值也线性增加,T0逐渐减小,但应满足

三.S V P W M算法应用于凸极同步电机矢量控制系统

下面介绍基于S V P W M算法的凸极同步电机气隙磁链定向矢量控制系统结构框图(图2)。

系统中共有五个PI调节器,即速度调节器,励磁电流调节器、定子电流调节器(M轴电流调节器,T轴电流调节器)、气隙磁链调节器。

速度调节器输出即为转矩期望值。根据同步电动机在M T轴系下的转矩公式(Ψσ为气隙磁链)可得定子电流的转矩分量期望值。由给定的气隙磁链,经过气隙磁链调节器可得合成磁化电流期望值,根据即可算得励磁电流的期望值、负载角θ。励磁电流经励磁电流调节器,即可得到励磁整流器的触发角α。磁链空间位置角λ为负载角θ和测得的转子位置角γ之和。由磁链空间位置角λ即可进行定子电流3/2变换和旋转变换,得定子电流M、T轴分量ist、ism。定子电流M、T轴分量的实际值和期望值经电压前馈I/U环节,即可得到同步电动机定子电压的M、T轴分量usm、ust,经过坐标变换得三相坐标系下定子电压uα、ub、uc。最后完成SVPWM调制,得六相脉冲送逆变器。

利用TDZBS3500-12型同步电机的参数,对其空载启动和负载突变过程进行仿真。同步电动机的额定参数如下:型号:TDZBS3500-12,功率:3500KW,电流:1358.4A,电压:1570V,功率因数:0.9874,频率:5/12HZ,转速:50/120/r/min,极对数:6,三相Y形接法,绝缘等级:F/F,技术条件:OA512.697。

1空载启动仿真

仿真前0.1秒,速度给定为零,让电动机建立磁场。在t=0.1s时刻,加入斜坡速度给定信号,斜率为0.1,加速时间为10秒。

电机经过约10s的加速过程,在10.1s达到额定转速。图3(a)为励磁电流波形,在前0.1秒励磁电流建立磁场。随着斜坡信号的加入,电动机开始加速,励磁电流开始增大。当转速达到额定值,励磁电流恢复到空载值。

2负载突变仿真

为了对系统的抗扰动性能进行研究,对负载突变的情况进行仿真。仿真时,前1.6秒,电动机空载启动。在t=1.6s时刻,系统达到稳定后,突加负载转矩0.2(标幺值,基值=3692.9226÷5.23=706.1KN·m)。

当负载突然增加时,电动机转子转速下降,速度调节器输出即定子电流转矩分量增大,励磁电流增大以保持气隙磁链不变,见图4(a)。负载突变时,转子转速约有0.1%的下降,经过0.4秒即恢复稳定,转速变化曲线见图4(b)。

四结论

本文利用MATLAB/Simulink将SVPWM算法应用于凸极同步电机调速系统,并结合了矿井提升机的工艺要求,给出了空载启动和负载突变仿真结果,结果显示效果良好,完全符合电机调速系统的仿真要求,为实际电机控制系统的设计提供了理论参考和仿真指导。

摘要：本文在简要介绍空间矢量脉宽调制(SVPWM)原理的基础上,利用MATLAB/SIMULINK建立了基于SVPWM的凸极同步电动机矢量控制系统仿真模型;同时利用TDZBS3500-12型同步电机参数并结合矿井提升机的运行工艺,给出了空载启动和负载突变仿真结果并进行了分析。

关键词：凸极同步电动机,SIMULINK,SVPWM

参考文献

[1]李崇坚.交流同步电动机调速系统[M].北京:科学出版社.2006

[2]高景德,王祥珩,李发海.交流电机及其系统的分析(第二版).北京:清华大学出版社.2005.1,75-80

[3]田亚菲,何继爱,黄智武.电压空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法仿真实现及分析.电力系统及其自动化学报.2004.8(4)68-70

[4]刘宗富.电机学(第一版).冶金工业出版社.1980.6,192-214

极控制和保护系统 篇6

DM发射机对机内各主要部位均设置了故障检测电路, 检测点根据情况分类处理。发射机把整机各类故障分为七大类, 故障检测电路把数据采样处理后通过接口送到监测显示板A32, 当发射机发生故障时, 监测显示板通过发光二极管显示故障部位并将故障信号送到控制板A38作出相应的保护或处理。

2008年3月份, 我台的一部DM数字发射机出现了发射机开机后自动关机的故障。现将检修过程记录下来, 希望对DM数字机控制﹑检测和保护系统故障的检修带来一些启发。

故障现象:开机后立即自动关机, 监测显示板上无任何故障灯指示。值机员反映, 前一天晚上发射机工作正常, 第二天早晨开机时就发现此故障现象。

为什么发射机开机后会自动关机呢?我们首先分析DM发射机的开机过程:由来自功率控制逻辑的开机请求命令触发A38控制板的D50A产生一个约1.6秒的“开机”脉冲送至直流稳压板A30上的K1继电器驱动电路, 使K1闭合, K1闭合时间约为1.6秒。在K1闭合之后约1.1秒输出逻辑信号产生“K2驱动”输出信号使K2闭合, 此时其辅助触点接通一个+22V信号经抖动电路和逻辑转换电路产生一个自锁信号, 保证在K1辅助接点断开后, K2仍能一直保持闭合。

是不是开机控制信号异常呢?通过开机瞬间继电器的吸合声音判断, K1继电器能够吸合, K2继电器吸合后立即断开。经检查, 继电器K1、K2正常。分析有可能是“开机”脉冲的脉宽不够引起自锁信号异常。开机指令由D50A产生, 代换D50A后故障依旧。又检查相关开机控制电路, 没有发现损坏元件。

是什么原因造成发射机开机后自动关机的故障呢?通过查看A38控制板电路图可以知道, 发射机的关机是通过N53:C或非门 (8) 脚输出低电平控制N52及三极管V5A输出K2继电器驱动信号来实现的。而N53:C或非门的输入有3路即 (9) - (10) 脚, 除了 (11) 脚的关机指令信号外, 还有 (10) 脚的一类故障保护信号输入脚。一类故障的关机保护就是这样实现的。有可能是发射机一类故障使发射机保护而自动关机。

我们分析一下一类故障的保护原理:当发射机在监测显示板A32上检测到任意一个一类故障时, 通过N10输出高电平, 经N24:C和N70:A, 就会有一个一类故障-H信号送去控制板A38, 送到N58:C或门的输入脚 (9) 脚, 输出脚 (8) 脚送出高电平到N53:C或非门输入脚 (10) 脚, 也可使发射机关机。

分析判断为一类故障保护使发射机关机保护。

既然是一类故障引起发射机自动保护关机, 那么监测显示板上为什么却没有相应的故障指示呢?分析可知, 在发射机初次开机时, 由于发射机为保证在初上低压时不发生错误故障指示, 在K1启动期间, 1.6秒的负脉冲是逻辑低电平, 它将通过复位电路控制故障锁存器, 禁止任何故障显示。这样, 若发射机开机时有一个一类故障时, 由于一类故障从出现到关机时间极短, 在1.6秒的范围之内, 发射机很可能会在极短的时间内自动关机而在监测显示板上却没有相应的故障指示。

一类故障的故障点很多, 如外部连锁, 门连锁, 风机, 电缆连锁, 高压电源, 射频输出监测板+5V, -5V电源, 直流稳压板B+, B-故障及二类故障的重复出现等, 这些故障点通过相关电路输入到监测显示板A32的或门N10的输入 (2) - (5) 及 (9) - (12) 脚, 由⑴脚输出高电平经或门N24:C和N70:A输出作为一类故障的故障信号。那么, 究竟是哪种一类故障引起的发射机保护关机呢?由于发射机开机后立即关机, 没有故障灯指示, 同时也无法用测量电压的方法判断。这么多路故障信号点, 要一一检查它们的相关电路, 是一件非常繁重的工作, 而且, 在不加电的条件下, 也不太可能对故障与否作出正确判断。

怎么才能使故障点显示出来呢?经过反复分析电路原理图, 我们考虑:可以暂时去掉保护电路, 使发射机强制开机。但前提是必须保证发射机的安全。

我们的做法是如下。

(1) 关闭发射机的功放, 即将A38控制板上的功放开关S5:PA开关放在“关”的位置。这样, 由于发射机的功放电路没有工作, 发射机处于小信号工作状态, 没有高电压大电流。大功率的功放板及输出网络没有工作, 不会造成大功率贵重元器件的损坏。而且, 为大功率元器件供电的电源电路也不会因大电流或短路而损坏。

(2) 尽量缩短检测时间。即短时间开机, 做到眼疾手快, 发现故障能够果断做出处理, 迅速关机。

首先, 我们挑开A38控制板上N53:C (8) 脚, 使其悬空。 (8) 脚悬空后, 输入到与门N52:B的[4]脚的高电平, 经与门N52:C输出高电平经电阻R44使V5:A饱和导通, V5:A集电极接近零电位, 则K2线圈吸合。这样就使一类故障保护被切断, 开机后如果是一类故障引起的自动保护将会失去保护控制的功能, 从而强迫继电器K2工作;然后, 我们将PA开关放在“关”的位置, 即关闭发射机的功放电路。

通过上述分析和处理后, 短时间开机, 发射机的K2吸合后不再立即断开, 观察发现监测显示板A32的B-故障指示灯点亮。这说明, 是直流稳压板A30的B-电源发生故障。再次短时间开机, 测量直流稳压板A30的B-故障-L测试点TP1, 果然为故障低电平, 说明判断准确。

经仔细检查直流稳压板A30, 测量排阻R89有漏电现象, 发现R89焊接面有焊锡的毛刺。R89为B-检测电路的基准电压的分压电阻, 用来和输出的B-电压做比较以判断B-电压是否正常。R89异常, 将会导致B-检测出错。用无水酒精清洗后试机, 发射机B-故障指示灯已不再点亮。连接A38控制板上N53:C (8) 脚, 将PA开关放在“开”的位置, 恢复发射机至正常状态, 开机, 发射机已经正常工作。

通过上述故障的检修我们体会到:DM发射机的控制﹑检测和保护系统错综复杂, 而且每一个故障又涉及到从电路采样到监测显示板A32和控制板A38等诸多线路, 而且不同故障点又可能引发同样的故障现象, 这就要求我们在实际维修中在保证发射机安全的前提下, 采取灵活的检修方法, 以便迅速准确的找到故障点, 达到事半功倍的效果。在本例检修中, 虽然故障点为B-电源, 发射机面板上却没有故障显示, 我们巧妙的在保证发射机安全的前提下断开保护电路, 利用发射机自身的检测电路, 使故障点迅速的显露出来, 提高了检修效率。