生产过程自动化

1、生产过程自动化华中科技大学水电与数字化工程学院概论1.1水水电电站在电电力系统统中的作作用电源电力系统电网火电水电核电风力与潮汐发电输电线路变电站负载电力系统的组成：水电站生生产的特特点：水能是一一种非常常优越的的能源水能是一一种再生生能源水能是一一种洁净净能源水能可以以综合利利用水电能源源可以储储备电能无法法储存，发电与与用电必必须保持持平衡。为了协协调发电电与用电电的矛盾盾，利用用水库对对河川的的径流进进行调节节，即利利用水库库先把输输入的水水能储蓄蓄起来，然后按按照系统统的需要要供水电电站使用用。另外外，抽水水蓄能电电站可以以把水能能转换成成为电能能，还可可以把电电能转换换成为水水能。担

2、负电力力系统的的调峰、调频任任务由于电力力系统的的发电和和用电必必须保持持平衡，但用电电在一天天内的波波动很大大，因此此系统中中应有一一部分机机组担任任调峰、调频的的任务。火电机组组启动、停机慢慢，高效效率区域域窄，不不益担任任电力系系统的调调峰、调调频任务务；水电机组组启动、停机快快，高效效率区域域宽，且且操作方方便，益益担任电电力系统统的调峰峰、调频频任务。担负电力力系统的的事故备备用备用容量量=系统统可用电电源容量量-发电电负荷；由于水电电机组具具有启动动、停机机快的特特点，故故宜于承承担电力力系统的的事故备备用容量量。担负电力力系统的的调峰、调频任任务由于电力力系统的的发电和和用电必必

3、须保持持平衡，但用电电在一天天内的波波动很大大，因此此系统中中应有一一部分机机组担任任调峰、调频的的任务。火电机组组启动、停机慢慢，高效效率区域域窄，不不益担任任电力系系统的调调峰、调调频任务务；水电机组组启动、停机快快，高效效率区域域宽，且且操作方方便，益益担任电电力系统统的调峰峰、调频频任务。担负电力力系统的的事故备备用备用容量量=系统统可用电电源容量量-发电电负荷；由于水电电机组具具有启动动、停机机快的特特点，故故宜于承承担电力力系统的的事故备备用容量量。备用容量量包括负负荷备用用、事故故备用和和检修备备用。负荷备用用：用于调整整系统中中短时的的负荷波波动，并并满足计计划外负负荷增加加的

4、需要要，一般般为系统统最大负负荷的25%。事故备用用：用于代替替系统中中发生事事故和故故障的发发电设备备的工作作，以便便维持系系统的正正常供电电，一般般为系统统最大负负荷的510%。检修备用用：为检修发发电设备备而设置置的。1.2水水电站自自动化的的目的自动化程程度是水水电站现现代化水水平的重重要标志志之一，同时自自动化技技术又是是水电站站安全经经济运行行必不可可少的技技术手段段。随着着机组容容量的不不断增大大，自动动化技术术对水电电站安全全经济运运行起着着越来越越重要的的作用。水电站站自动化化是指：应用先先进的控控制技术术、计算算机技术术、通讯讯技术和和优化技技术等，使水电电站生产产过程的的

5、操作、控制和和监视能能够在无无人和少少人参与与的情况况下，按按照预定定的计划划或程序序自动的的进行。实现水电电站自动动化的目目的：提高水电电站运行行的可靠靠性实现水电电站自动动化以后后，通过过各种自自动装置置能够快快速准确确和及时时地进行行检测、记录和和报警，当出现现不正常常工作状状态时，发出相相应的告告警信号号，通知知运行人人员及时时地加以以处理；发生事事故时，能够自自动紧急急停机或或断开发发生事故故的设备备，并可可自动投投入备用用机组或或设备。保证电能能质量电能质量量的两个个最主要要的指标标是电压压和频率率：U5%Ur;f(0.2-0.5)%fr由于电力力系统的的负荷是是随时在在变化的的，

6、要维维持电压压和频率率在规定定的范围围内，可可以通过过自动装装置可以以快速而而准确地地调整机机组的有有功和无无功，来来保证高高质量的的电能质质量。特特别是在在事故情情况下，通过自自动装置置快速的的调节和和控制对对迅速恢恢复电能能质量具具有决定定性的意意义。提高水电电站运行行的经济济性水电站的的经济运运行是指指：通过过自动化化装置或或系统合合理地制制定水电电站的运运行计划划，在保保证水电电站发电电设备安安全的前前提下，满足电电网调度度需要，获取最最大的发发电效益益，最大大限度地地延长设设备的使使用寿命命。提高劳动动生产率率应用自动动装置和和系统来来完成水水电站运运行中的的各项任任务，减减少运行行

7、人员直直接参与与操作、控制、监视检检查和记记录等工工作，改改善了劳劳动条件件，减轻轻了劳动动强度，提高了了运行管管理水平平。1.3水水电站自自动化的的内容自动控制制水电机机组的运运行方式式，实现现开、停停机和并并网、发发电转调调相或调调相转发发电等过过程的自自动化实现水电电机组的的安全经经济运行行实现对包包括主变变、母线线和线路路等主要要电气设设备的控控制、监监视和保保护完成对水水工建筑筑物运行行工况的的监视与与控制水电站自自动化是是各种自自动化装装置和系系统来完完成的。其中：基础自动动装置（或系统统）用于完成成对发电电设备进进行某项项特定控控制或检检测任务务的装置置（或系系统）。如：水水轮机

8、调调速器、自动励励磁调节节器、温温度巡检检装置等等。综合自动动装置（或系统统）用于实现现对水电电站或发发电设备备进行某某项综合合控制的的装置（或系统统）。如如：频率率电压压成组调调节装置置、电压压无功功成组调调节装置置、闸门门控制系系统等。从控制论论的角度度看水电电站的自自动控制制装置（或系统统）可分分为：顺序控制制如用于完完成机组组自动开开、停机机组控制制的机组组自动装装置等。恒值控制制如用于完完成机组组转速调调节任务务的水轮轮机调速速器和用用于完成成机组电电压调节节任务的的自动电电压调节节器等。跟踪控制制如用于完完成泻洪洪流量控控制任务务的闸门门控制系系统等。1.水水电站站自动化化技术的的

9、发展情情况广泛采用用计算机机控制技技术微机调速速器、微微机调节节器、微微机保护护和计算算机监控控系统等等。采用现代代检测技技术和信信号分析析技术采用新型型传感器器和振动动信号分分析技术术。应用先进进控制技技术应用智能能控制、非线性性控制、模糊控控制等。应用网络络通讯技技术和数数据库技技术应用现场场总线、局域网网和远动动技术。应用现代代制造技技术应用现代代机械液液压随动动系统、整流器器、软启启动器等等。1.5计计算算机技术术在水电电生产过过程中的的应用计算机技技术在水水电生产产过程中中最重要要的应用用是计算算机监控控系统，主要完完成自动动检测、优化计计算、自自动控制制、自动动事故处处理和运运行管

10、理理的任务务。计算机监监控系统统具有控控制功能能完善，数据处处理方便便，操作作显示集集中，运运行安全全可靠的的特点。它是由由计算机机技术、信号处处理技术术、测量量技术、网络通通讯技术术和人机机接口技技术相互互发展和和渗透而而产生的的。与常常规控制制系统相相比，具具有显著著的优越越性。目前，我我国大中中型水电电站广泛泛地应用用了的计计算机监监控技术术，并在在水电生生产过程程中发挥挥了重要要作用。水电站计计算机监监控技术术发展概概况水电站计计算机应应用的初初创时期期（60年代）：计算机只只是起到到“离线线”的应应用，即即计算机机与控制制对象没没有直接接的联系系，运行行人员将将水电站站运行中中的参数

11、数（如：水位、流量、电压、频率等等），经经计算机机的外设设输入到到计算机机，由计计算机根根据预先先编制的的数学模模型和程程序进行行综合分分析计算算和逻辑辑判断后后得到优优化运行行方式，然后经经计算机机的输出出设备显显示或打打印出来来，运行行人员根根据计算算结果操操作和调调节运行行设备。集中式计计算机控控制系统统的发展展时期（60年年代中年年代中）：到了这个个时期，由于在在计算机机上提供供了与过过程装置置之间的的接口，人们开开始试验验用直接接的方法法使计算算机与控控制对象象直接的的联系，并获得得成功。计算机机配上变变送器、执行器器和信号号连接装装置就完完全可以以实现对对水电生生产过程程的控制制。

12、中央计算机水电生产过程变送器执行器集中式计计算机控控制系统统把几十十个甚至至几百个个控制回回路以及及上千个个过程变变量的显显示、操操作和控控制集中中在单一一计算机机上来实实现，其其优点为为：控制制功能齐齐全，可可以实现现常规控控制难以以实现甚甚至不能能实现的的功能和和最优控控制、联联锁功能能等复杂杂控制。但是，它它存在三三个主要要问题：第一是是集中的的脆弱性性问题，单台计计算机控控制几十十到上百百个回路路，把危危险也集集中了，一旦发发生故障障，将导导致生产产过程的的全面瘫瘫痪；第第二是性性能问题题，单台台计算机机的速度度和容量量不够，负载过过重；第第三是开开发问题题，由于于技术进进步，不不断提

13、出出新的要要求，使使软件越越来越复复杂，造造成开发发人员需需求上的的短缺和和开发周周期的不不断增加加。目前，小小型电站站仍可采采用集中中式计算算机控制制系统。早期的水水电站分分层计算算机监控控系统（70年年代中年年代末）：集中型计计算机控控制系统统存在的的问题促促使计算算机监控控系统向向分散化化发展，由此产产生了监监督计算算机控制制系统（，Supervisory Computer Control)。由二二级计算算机组成成，第一一级计算算机与生生产过程程连接，取代常常规仪表表和控制制器承担担测量和和控制任任务；第第二级计计算机根根据水电电站生产产过程的的工况信信息和数数学模型型进行计计算，给给第

14、一级级计算机机提供最最优控制制的信息息。第二级计算机第一级计算机常规控制器水电生产过程人机界面分层分布布式计算算机监控控系统（0年年代后）：水电站电电力生产产管理的的集中性性和控制制的分散散性这一一实际需需要，要要求水电电站计算算机控制制系统采采用分层层分布式式结构。这种结结构与水水电生产产过程的的管理结结构相一一致，一一般分为为三级：过程控控制（仪仪表）级级、控制制管理（现地控控制）级级、生产产管理（电站）级。各各级既相相互独立立，又相相互联系系。电站级计算机系统控制器控制器控制器局域网现地级控制系统控制器控制器控制器现地级控制系统控制器控制器控制器现地级控制系统分层分布布式计算算机监控控系

15、统是是应用计计算机技技术对水水电生产产过程进进行集中中监视、操作、管理和和分散控控制的一一种新型型控制技技术。该系统概概括起来来是由集集中管理理部分、分散控控制检测测部分和和通讯部部分组成成。其中中：集中管理理部分主主要用于于计算机机控制系系统的组组态和维维护，水水电生产产过程的的监视、操作、信息管管理和优优化控制制；分散控制制检测部部分用于于现地级级单元的的控制和和监测；通讯部分分连接计计算机控控制系统统的各个个分布部部分，完完成数据据、命令令及其它它信息的的传递。计算机监监控系统统的类型型与结构构计算机监监控系统统可分为为以下几几种类型型：取消常规规控制设设备的系系统，即即全计算算机监控控

16、系统。主控级级应采用用双机热热备；以计算机机为主，常规控控制系统统为辅的的监控系系统。主主控级可可采用双双机或单单机；以常规控控制系统统为主，计算机机为辅的的监控系系统。主主控级可可采用单单机。现地级计计算机的的设置原原则是：每台机组组设一台台，置于于机组旁旁；全厂公用用部分至至少设一一台；根据需要要，可设设一台负负责闸门门启闭控控制和水水位监视视的单元元，置于于坝上。水电站计计算机监监控系统统采用分分层分布布式结构构时，可可以采用用的网络络结构有有如下几几种：星型结构构：各工工作站由由点对点点链路连连接到公公用交换换中心。星的中中心起着着控制器器的作用用。网络络上的工工作站间间交换信信息都要

17、要通过中中央控制制器。这这种拓扑扑结构体体现了一一种集中中式通讯讯策略。交换中中心节点点相当复复杂，但但各站通通讯处理理负荷较较轻。其其缺点是是中央控控制器故故障时会会导致整整个网络络的通讯讯中断。中央控制器工作站工作站工作站工作站环型结构构：网络络上的所所有节点点都通过过点对点点链路连连接，并并构成封封闭的环环。线路路上的信信息按点点对点的的方式传传输，即即由一个个工作站站发出的的信息只只传送到到下一个个节点。若该节节点不是是发送信信息的目目的站，就再把把信息传传递到下下一个节节点，重重复这个个过程，直到发发送的信信息到达达目的站站为止。环型结结构的双双向传送送信息可可以提高高网络的的可靠性

18、性。工作站工作站工作站工作站总线结构构：网络络上的所所有节点点都通过过硬件接接口直接接连接到到线状传传输介质质（光钎钎、双绞绞线等）。任何何一个工工作站的的发送信信息都在在介质上上传播，并能被被所有其其它节点点所接收收。因为为所有节节点共享享一条传传输链路路，所以以在某一一时刻只只有一个个节点能能发送信信息。因因此，对对介质的的访问应应规定某某种控制制协议。工作站工作站工作站工作站工作站2.1水水轮轮发电机机的并列列方式1）同同步发电电机在电电网中并并列运行行的概念念正常情况况时，在在电力系系统中并并列运行行的同步步发电机机是以相相同的电电角速度度、出口口的折算算电压相相等的情情况运行行，称为

19、为并列（或同步步）运行行。由许多同同步发电电机并列列运行组组成的电电力系统统相对于于孤立网网来讲，具有以以下优点点：可以提高高供电的的可靠性性；可以提高高供电的的电能质质量；可使负荷荷分配更更为合理理；减少电力力系统的的备用容容量，并并充分利利用各种种动力资资源。2.水水轮发发电机的的自动并并列水轮发电电机在投投入电力力系统并并列运行行以前，与系统统中的其其它发电电机是不不同步的的，如果果要使它它与系统统中已运运行的发发电机并并列运行行，则必必须按一一定的要要求完成成各种操操作。这这种将发发电机投投入电力力系统并并列运行行的操作作，称为为并列操操作或同同期操作作。用于于完成并并列操作作的装置置

20、称为同同期装置置。由于同步步发电机机在开机机时必须须有并列列操作，因此并并列操作作是水电电站一项项重要且且经常进进行的操操作。在在正常运运行时进进行并列列操作，以便使使机组投投入系统统并列运运行；在在系统或或电站事事故时，通过并并列操作作来迅速速恢复水水电站甚甚至整个个系统的的正常运运行。水轮发电电机有准准同期和和自同期期两种并并列方式式，并且且又分为为手动操操作和自自动操作作：自动（或手动）操作准同期自同期2）准同同期准同期操操作的过过程：满足打开机组导叶到空载位置发电机接近同步转速发电机投入励磁调节水轮发电机的电压和转速判断发电机是否满足并列条件将机组投入系统并列运行不满足同步发电电机并列

21、的条条件：发电机与与电力系系统的相相序相同同；发电机与与电力系系统的频频率相同同；发电机与与电力系系统的电电压相同同；发电机与与电力系系统的相相位相同同。如果完全全满足并并列条件件的并列列操作，发电机机定子回回路的电电流将为为零，对对机组将将不会产产生电流流或电磁磁力矩的的冲击。但是，在在实际操操作中很很难精确确满足并并列条件件。实际际上，只只要造成成的电流流冲击和和电磁力力冲击不不超过允允许范围围，就不不会对机机组造成成危害。非同期并列操作作可能使使机组严严重损坏坏：如果相位位差为180时非同期期合闸，则发电电机定子子绕组的的冲击电电流将比比发电机机出口的的三相短短路电流流大一倍倍；如果电压

22、压或频率率不相同同，将对对机组产产生很大大的电磁磁冲击力力，甚至至高达额额定力矩矩的8-26倍倍。而发发电机出出口短路路时的最最大电磁磁力矩只只有额定定力矩的的3-8倍；可能造成成非同期期并列的的原因为为：发电机的的一次或或二次接接线不正正确；同期装置置工作不不正确；运行人员员误操作作。3）自同同期自同期操操作的过过程：打开机组导叶到空载位置发电机接近同步转速发电机投入励磁发电机断路器合闸机组并入系统运行自同期是是针对系系统发生生故障时时，系统统电压和和频率降降低，并并且不断断发生变变化，使使准同期期并列困困难时，而采用用的同期期方式。自同期的的优点：不需调整整电压、相位和和精确调调整转速速，

23、操作作简单；由于并列列操作时时未投励励，消除除了非同同期并列列的可能能；与准同期期相比，大大缩缩短了并并列的时时间。自同期并并列为电电力系统统发生故故障而出出现低频频、低压压时，启启动备用用机组创创造了很很好的条条件，对对于防止止事故扩扩大，迅迅速恢复复系统起起到重要要作用。由于发电电机以自自同期投投入系统时，未励磁磁的发电电机相当当于异步步电动机机，因此此自同期期存在如如下缺点点：出现短时时间的电电流冲击击，并使使系统电电压下降降；冲击电流流引起的的电动力力可能对对定子绕绕组绝缘缘和定子子绕组端端部造成成不良影影响；冲击电磁磁力矩将将使机组组大轴产产生纽矩矩，并引引起振动动。但是，冲冲击电流

24、流和冲击击电磁力力矩均比比发电机机出口三三相短路路时小，并且缩缩减快，通常不不会对发发电机造造成损害害，但冲冲击电流流产生的的电动力力可能对对定子绕绕组绝缘缘和端部部造成累累计性变变形和损损害。特特别是自同期时时发电机机处于冷冷状态，造成的的不良影影响比热热状态下下的发电电机出口口三相短短路更严严重。因此，根根据各种种同期方方式的特特点，水水电站在在同期操操作中：以自动准准同期作作为机组组正常时时的并列列方式，并带有有非同期期闭锁；以手动准准同期作作为备用用，并带带有非同同期闭锁锁；在事故时时，采用用自动自自同期并并列。.同同期期点的选选择和同同期电压压的引入入1）同同期点的的选择为了实现现机

25、组与与系统的的并列运运行，水水电站必必须有一一部分断断路器由由同期装装置来进进行操作作，这些些用于同同期并列列的断路路器称为为同期点点。选择同期期点的基基本原则则是：如如果一个个断路器器的两侧侧都有电电源，则则该断路路器应该该是同期期点。确定水电电站同期期点的一一般原则则是：发电机或或发变组组的断路路器是同同期点；S同期点S同期点在对侧有有电源的的线路断断路器是是同期点点；同期点母线电源三绕组变变压器或或自耦变变压器与与电源连连接的各各侧断路路器是同同期点；电源电源同期点同期点低压侧与与母线连连接的双双绕组变变压器，应有一一侧断路路器作为为同期点点，以便便在变压压器投入入时进行行并列操操作。同

26、期点母线分段断路路器、母母联断路路器、旁旁路断路路器是同同期点。母线母线同期点）同同期电压压的引入入采用准同同期方式式并列时时，需检检查同期期条件，而同期期条件的的判断是是通过同同期电压压的检查查来进行行的。因因此，需需将待并并发电机机和系统统的电压压通过电电压互感感器引入入同期装装置，进进行比较较判断。由于机组组的升压压变压器器通常采采用，d11接线，导致变变压器两两侧相间间电压存存在的相位差差。在中中性点接接地系统统中，为为了校正正引自电压压的相位位，可从从变压器器高压侧侧接接成开口口三角形形的绕组组取得电电压，使使同期点点两侧电电压的相相位相符符。uabuabuab相差 相位相同PTPT

27、.准准同同期点条条件分析析1）对同同期电压压差的要要求当U 0时时：对发电机机而言，Ic呈呈容性，起助磁磁作用；对系统而而言，Ic呈感感性，起起去磁作作用。发电机吸吸收系统统无功。当U fsys时：发电机并并列后，UG将超前USYS，因此产生生冲击电电流，由由于冲击击电流IC的有功分分量IC.G与UF方向相同同，故发发电机并并列后向向系统送送出有功功功率，对机组组而言将将产生制制动力矩矩，结果果使转子子减速而而与系统统同步。当fG fsys时：发电机并并列后，UG将超前USYS，因此产生生冲击电电流，由由于冲击击电流IC的有功分分量IC.G与UF方向相反反，故发发电机并并列后向向系统吸吸收有功

28、功功率，机组的的转速上上升最后后与系统统同步。频率不同同所造成成的冲击击与相位位不同时时是不一一样的：相位不同同时（频频率相同同）所造造成的冲冲击是固固定的（取决于于相位差差），即即两个电电压向量量间无相相对运动动；频率不同同时，两两个电压压向量间间有相对对运动。若把一一个向量量看作静静止不动动，则另另一个向向量将不不断与它它重合，又不断断离开。因此，两个向向量之差差U是是波动变变化的脉脉动电压压。如果果发电机机在频率率差较大大时并列列，则将将使机组组在很短短时间内内发出（或吸收收）过多多的功率率，结果果使机组组大轴产产生振动动，严重重时甚至至可能失失去同步步。因此，国国家标准准要求并并列时的

29、的频率差差不超过过其额定定值的0.2% 0.5%HZ，即0.10.25HZ；.4手手动动准同期期手动准同同期是指指：由运运行人员员借助于于仪表对对发电机机的电压压和频率率进行调调节，在在满足准准同期并并列的三三个条件件时，运运行人员员手动操操作同期期点断路路器合闸闸，将发发电机并并入系统统。1）手动动准同期期操作时时所需要要的仪表表指示机组组电压和和系统电电压的两两只电压压表；指示机组组频率和和系统频频率的两两只频率率表；指示机组组与系统统频率差差与相位位差的一一只同步步表。同期点机组PTU母线PT母线FUFU同步表手动准同同期并列列时的操操作：当发电机机电压低低于或高高于系统统电压时时，调节

30、节发电机机的励磁磁电流；当发电机机的频率率低于或或高于系系统频率率时，调调节水轮轮机的导导叶开度度，以改改变机组组的转速速；通过同步步表观察察频率和和相位差差，以便便选择合合适的时时机发出出合闸，使断路路器合闸闸瞬间的的相位差差很小。手动准同同期的缺缺点是：并列的时时间较长长；最佳合闸闸瞬间的的选择与与运行人人员的经经验和操操作水平平有关；不能实现现机组的的自动启启动和并并列。因此，手手动准同同期一般般只作为为机组备备用的并并列方式式。2.5自自动动准同期期自动准同同期是指指：由自自动准同同期装置置完成的的水轮发发电机并并列操作作与控制制。自动准同同期装置置应具有有如下功功能：自动检查查准同期

31、期的三个个条件，在条件件满足时时自动提提前（包包含机械械动作时时间）发发出合闸闸脉冲，使断路路器在=0时接接通；当频率差差不满足足要求时时，自动动向调速速器发出出调整信信号，以以消除频频率差；当电压差差不满足足要求时时，自动动向励磁磁调节器器发出调调整信号号，以消消除电压压差。1）脉动动电压脉动电压压（滑差差电压）us(t)是指合闸闸前同期期点两侧侧的电压压之差。2）滑差差周期滑差周期期Ts是指脉动动电压频频率差的的变化周周期：Ts=2/s频率差越越大，滑滑差周期期Ts就越小；频率差越越小，滑滑差周期期Ts就越大。由于在准准同期并并列时，频率差差要求0.10.25HZ，则相相应的滑滑差周期期T

32、s=10 4s。因此此，滑差差周期Ts的大小，可判断断发电机机与系统统的频率率差f=fG- fsys。3）导前前时间由于同期期点断路路器、合合闸接触触器和辅辅助继电电器等合合闸机构构的元件件存在固固有动作作时间。因此，在满足足准同期期条件下下，为了了使断路路器触头头在=0时时接通，自动准准同期装装置必须须提前发发出合闸闸命令。从装置置发出合合闸脉冲冲到相位位差为0的这一一段时间间称为导导前时间间tD，显然，导导前时间间tD应等于合合闸机构构所有元元件的固固有动作作时间之之和。由于tD只与固有有动作时时间有关关，与频频率差无无关。按按此原理理构成的的自动准准同期装装置称为为恒定导导前时间间的准同

33、同期装置置。合闸脉冲时间相位差时间导前时间2.6微微机机型自动动准同期期装置的的工作原原理微机型自自动准同同期装置置由频率率测量部部分、电电压及相相位测量量部分、合闸回回路、数数据处理理与计算算部分以以及人机机接口部部分组成成。其其硬件构构成如图图所示。微型计算机电压与相位测量频率测量回路合闸回路人机接口断路器机组电压系统电压1）频率率测量基本方法法与硬件件构成应用计算算机测量量交流电电量u(t)的的频率时时，常采采用测周周法：首首先利用用计算机机高精度度的计数数功能测测量被测测量电量量u(t)的周周期T；然后，将周期期T转换换为频率率：f=1/T。测频计数微型计算机测频输入滤波整形被测电量整

34、形中断计数如上图所所示，两两次中断断之间的的时间即即为交流流电量的的周期T。利用用计算机机内部稳稳定的高高频时钟钟信号对对两次中中断之间间的时间间进行计计数，得得到计数数值Nt，则Nt在数数值上正正比于被被测信号号的周期期T，通通过下式式计算频频率值：f =C/ Nt式中,C为常数，其数值值取决于于时钟信信号的频频率F。例如，当当F=1106Hz时，则在被被测信号号的频率率为50Hz时时，其T=0.02s，Nt=20000，取C=1109。则由由上式计计算的结结果为f=C/Nt=1109/20000=50000如上图所所示，两两次中断断之间的的时间即即为交流流电量的的周期T。利用用计算机机内部

35、稳稳定的高高频时钟钟信号对对两次中中断之间间的时间间进行计计数，得得到计数数值Nt，则Nt在数数值上正正比于被被测信号号的周期期T，通通过下式式计算频频率值：频率的测测量精度度分析设测量精精度为J （%），则J =被被测电电量的额额定频率率（fr）计数频率率（fj）= 计数数脉冲宽宽度（） 被测测电量的的额定周周期（T）式中T和的单位为为s；频率测量量的范围围设测量频频率的下下限（最最低频率率）为fM（Hz） ，则则fM= 1/（256N）式中的单位为为s。上上式表明明，fM取决于计计数的字字节数N（二进进制8位位）。频率测量量的软件件流程T C1 - C0C0 C1计数器初始化中断初始化中断

36、？Yf = 1 / T输出频率N中断服务务程序读计数器值C1中断入口关中断开中断中断返回主程序2）电压压及相位位测量基本原理理在交流电电量的测测量中，常采用用周期函函数的富富氏算法法。这类类算法是是采用某某一正交交样品函函数组与与待分析析的时变变函数进进行相应应的积分分变换，以求出出与样品品函数频频率相同同分量的的实部和和虚部的的系数，进而可可以求出出待分析析的时变变函数中中该频率率的谐波波分量的的模值和和相位。在积分方方程中式中，y(t) 选选定的的正交样样品函数数；u(t) 待待分析析的周期期为T的的时变函函数。根据正交交函数的的定义，如u(t)可可分解为为一个级级数且级级数各项项都属于于

37、同一正正交函数数，则上上述积分分结果为为u(t)中与与样品函函数相同同分量的的模值。取y(t)=sint，则则n次谐谐波分量量的实部部的模值为为：取y(t)=sint，则则n次谐谐波分量量的虚部部的模值为为：由此可得得u(t)的n次谐波波分量的的模值和相相位：这种算法法在计算算机上实实现时，也是对对离散的的采样值值进行运运算。离离散运算算式为：式中N 一个个周期中中的采样样数；uk 第k个采样样值。这种算法法是利用用一个周周期T内内的全部部采样值值来进行行计算，因此数数据窗也也就是一一个周期期T。在计算机机上作实实时计算算时，每每隔一个个采样周周期Tn=T/N就对对u(t)采样样一次。换句话话

38、说，随随着时间间的变化化，每隔隔一个Tn就出出现一个个新的采采样值，从而作作实时计计算时，一般须须在每出出现一个个新采样样值后就就计算一一次。根根据计算算式的要要求，计计算机应应对这一一新采样样值前的的N个采采样值（包括新新出现的的采样值值）同时时加以运运算。在在运算时时，对N个采样样值都分分别乘以以不同的的系数cosnk2/N和和sinnk/N，然后求求和。硬件构成成多路转换器微型计算机被测电量1滤波器锁存器滤波器锁存器滤波器锁存器A/D转换器被测电量n锁存信号tTTTTTT多路选择数字量电压及相相位测量量的软件件流程 交流电量的富氏变换系统初始化中断初始化中断？Y数据存储输出结果N中断服务

39、程序信号锁存k = 1 to n 选择第 k 路； 对第 k 路信号进行AD转换； 存放第 k 路数据结果。 中断入口关中断开中断中断返回主程序3）导前前时间计计算当只考虑虑一阶导导数时，根据基基本计算算式v=s /t，得：即得相位位条件的的判断式式4）合闸闸回路+220VKS2KS1-220VDO接口+5VKS1BS微机系统图中：BS 非同同期闭锁锁继电器器接点；KS1，KS2 中中间继继电器；3.1水水轮轮发电机机的励磁磁方式同步发电电机将旋旋转的机机械能转转换成为为电能，在转换换中需要要有一个个直流磁磁场。而而产生这这个磁场场的直流流电流称称为励磁磁电流。励磁方式式是指发发电机获获得励磁

40、磁电流的的方式：从其它电电源获得得励磁电电流的发发电机称称为他励励发电机机；从发电机机本身获获得励磁磁电流的的发电机机称为自自励发电电机。发电机获获得的励励磁电流流的两种种方式如如下：3.水水轮发发电机励励磁的自自动调节节他励发电电机GGS自动励磁 调节器自励发电电机发电机的的励磁方方式有如如下几种种：自动励磁 调节器GST1）由由直流发发电机供供电的励励磁方式式这种励磁磁方式的的发电机机具有专专用的直直流发电电机。其其中直流流发电机机称为励励磁机（属于他他励方式式）。励励磁机与与发电机机同轴，发电机机的励磁磁绕组通通过装在在大轴上上的滑环环及固定定电刷从从励磁机机获得直直流电流流。原理理如下

41、：GGSGSexGexRmBAGS同步发电电机；GSex发电机的的励磁绕绕组；G 直流励磁磁机电枢枢；Gex励磁机的的励磁绕绕组；Rm磁场调节节电阻；A,B滑环和电电刷。在上图中中，发电电机属于于他励，而励磁磁机则属属于自励励。若励磁机机的励磁磁电流由由另外一一台励磁磁机提供供，则励励磁机的的励磁方方式属于于他励，而给励励磁机提提供励磁磁电流的的直流发发电机称称为副励励磁机。直流副励磁机直流励磁机定子电流励磁直流励磁机自励他励励磁同步发电机他励励磁2）由由交流励励磁机供供电的励励磁方式式这种励磁磁方式的的发电机机（GS）采用用交流励励磁机（G1）提供励励磁电流流。G1与GS同轴，它输出出的交流流电流经经整流后后供GS励磁，因此属属于他励励方式。若G1的的励磁电电流由自自身提供供，则G1为自自励方式式；若G1的的励磁电电流由另另外一台台励磁机机（称为为交流副副励磁机机G2）提供，则G1为他励励方式。而