生产过程自动化

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水电站在电力系统中的作用

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：

水电站生产的特点：水能是一种非常优越的能源水能是一种再生能源水能是一种洁净能源水能可以综合利用水电能源可以储备电能无法储存，发电与用电必须保持平衡。为了协调发电与用电的矛盾，利用水库对河川的径流进行调节，即利用水库先把输入的水能储蓄起来，然后按照系统的需要供水电站使用。另外，抽水蓄能电站可以把水能转换成为电能，还可以把电能转换成为水能。

担负电力系统的调峰、调频任务由于电力系统的发电和用电必须保持平衡，但用电在一天内的波动很大，因此系统中应有一部分机组担任调峰、调频的任务。火电机组启动、停机慢，高效率区域窄，不益担任电力系统的调峰、调频任务；水电机组启动、停机快，高效率区域宽，且操作方便，益担任电力系统的调峰、调频任务。担负电力系统的事故备用备用容量=系统可用电源容量-发电负荷；由于水电机组具有启动、停机快的特点，故宜于承担电力系统的事故备用容量。担负电力系统的调峰、调频任务由于电力系统的发电和用电必须保持平衡，但用电在一天内的波动很大，因此系统中应有一部分机组担任调峰、调频的任务。火电机组启动、停机慢，高效率区域窄，不益担任电力系统的调峰、调频任务；水电机组启动、停机快，高效率区域宽，且操作方便，益担任电力系统的调峰、调频任务。担负电力系统的事故备用备用容量=系统可用电源容量-发电负荷；由于水电机组具有启动、停机快的特点，故宜于承担电力系统的事故备用容量。备用容量包括负荷备用、事故备用和检修备用。负荷备用：用于调整系统中短时的负荷波动，并满足计划外负荷增加的需要，一般为系统最大负荷的2—5%。事故备用：用于代替系统中发生事故和故障的发电设备的工作，以便维持系统的正常供电，一般为系统最大负荷的5—10%。检修备用：为检修发电设备而设置的。1.2水电站自动化的目的

自动化程度是水电站现代化水平的重要标志之一，同时自动化技术又是水电站安全经济运行必不可少的技术手段。随着机组容量的不断增大，自动化技术对水电站安全经济运行起着越来越重要的作用。水电站自动化是指：应用先进的控制技术、计算机技术、通讯技术和优化技术等，使水电站生产过程的操作、控制和监视能够在无人和少人参与的情况下，按照预定的计划或程序自动的进行。

实现水电站自动化的目的：提高水电站运行的可靠性实现水电站自动化以后，通过各种自动装置能够快速准确和及时地进行检测、记录和报警，当出现不正常工作状态时，发出相应的告警信号，通知运行人员及时地加以处理；发生事故时，能够自动紧急停机或断开发生事故的设备，并可自动投入备用机组或设备。保证电能质量电能质量的两个最主要的指标是电压和频率：

ΔU≤±5%Ur;Δf≤±(0.2-0.5)%fr由于电力系统的负荷是随时在变化的，要维持电压和频率在规定的范围内，可以通过自动装置可以快速而准确地调整机组的有功和无功，来保证高质量的电能质量。特别是在事故情况下，通过自动装置快速的调节和控制对迅速恢复电能质量具有决定性的意义。提高水电站运行的经济性水电站的经济运行是指：通过自动化装置或系统合理地制定水电站的运行计划，在保证水电站发电设备安全的前提下，满足电网调度需要，获取最大的发电效益，最大限度地延长设备的使用寿命。提高劳动生产率应用自动装置和系统来完成水电站运行中的各项任务，减少运行人员直接参与操作、控制、监视检查和记录等工作，改善了劳动条件，减轻了劳动强度，提高了运行管理水平。1.3水水电电站站自自动动化化的的内内容容自动动控控制制水水电电机机组组的的运运行行方方式式，，实实现现开开、、停停机机和和并并网网、、发发电电转转调调相相或或调调相相转转发发电电等等过过程程的的自自动动化化实现现水水电电机机组组的的安安全全经经济济运运行行实现现对对包包括括主主变变、、母母线线和和线线路路等等主主要要电电气气设设备备的的控控制制、、监监视视和和保保护护完成成对对水水工工建建筑筑物物运运行行工工况况的的监监视视与与控控制制水电电站站自自动动化化是是各各种种自自动动化化装装置置和和系系统统来来完完成成的的。。其其中中：：基础础自自动动装装置置（（或或系系统统））用于于完完成成对对发发电电设设备备进进行行某某项项特特定定控控制制或或检检测测任任务务的的装装置置（（或或系系统统））。。如如：：水水轮轮机机调调速速器器、、自自动动励励磁磁调调节节器器、、温温度度巡巡检检装装置置等等。。综合自自动装装置（（或系系统））用于实实现对对水电电站或或发电电设备备进行行某项项综合合控制制的装装置（（或系系统））。如如：频频率－－电压压成组组调节节装置置、电电压－－无功功成组组调节节装置置、闸闸门控控制系系统等等。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。。1.４水水电站自动动化技术的的发展情况况广泛采用计计算机控制制技术微机调速器器、微机调调节器、微微机保护和和计算机监监控系统等等。采用现代检检测技术和和信号分析析技术采用新型传传感器和振振动信号分分析技术。。应用先进控控制技术应用智能控控制、非线线性控制、、模糊控制制等。应用网络通通讯技术和和数据库技技术应用用现现场场总总线线、、局局域域网网和和远远动动技技术术。。应用现代制造造技术应用现代机械械液压随动系系统、整流器器、软启动器器等。1.5计计算机技术在在水电生产过过程中的应用用计算机技术在在水电生产过过程中最重要要的应用是计计算机监控系系统，主要完完成自动检测测、优化计算算、自动控制制、自动事故故处理和运行行管理的任务务。计算机监控系系统具有控制制功能完善，，数据处理方方便，操作显显示集中，运运行安全可靠靠的特点。它它是由计算机机技术、信号号处理技术、、测量技术、、网络通讯技技术和人机接接口技术相互互发展和渗透透而产生的。。与常规控制制系统相比，，具有显著的的优越性。目前，我国大大中型水电站站广泛地应用用了的计算机机监控技术，，并在水电生生产过程中发发挥了重要作作用。水电站计算机机监控技术发发展概况水电站计算机机应用的初创创时期（60年代）：计算机只是起起到“离线””的应用，即即计算机与控控制对象没有有直接的联系系，运行人员员将水电站运运行中的参数数（如：水位位、流量、电电压、频率等等），经计算算机的外设输输入到计算机机，由计算机机根据预先编编制的数学模模型和程序进进行综合分析析计算和逻辑辑判断后得到到优化运行方方式，然后经经计算机的输输出设备显示示或打印出来来，运行人员员根据计算结结果操作和调调节运行设备备。集中式计算机机控制系统的的发展时期（（60年代中中－７０年代代中）：到了这个时期期，由于在计计算机上提供供了与过程装装置之间的接接口，人们开开始试验用直直接的方法使使计算机与控控制对象直接接的联系，并并获得成功。。计算机配上上变送器、执执行器和信号号连接装置就就完全可以实实现对水电生生产过程的控控制。中央计算机ＡＩＤＩＤＯＡＯ水电生产过程变送器执行器集中式计算机机控制系统把把几十个甚至至几百个控制制回路以及上上千个过程变变量的显示、、操作和控制制集中在单一一计算机上来来实现，其优优点为：控制制功能齐全，，可以实现常常规控制难以以实现甚至不不能实现的功功能和最优控控制、联锁功功能等复杂控控制。但是，它存在在三个主要问问题：第一是是集中的脆弱弱性问题，单单台计算机控控制几十到上上百个回路，，把危险也集集中了，一旦旦发生故障，，将导致生产产过程的全面面瘫痪；第二二是性能问题题，单台计算算机的速度和和容量不够，，负载过重；；第三是开发发问题，由于于技术进步，，不断提出新新的要求，使使软件越来越越复杂，造成成开发人员需需求上的短缺缺和开发周期期的不断增加加。目前，，小型型电站站仍可可采用用集中中式计计算机机控制制系统统。早期的的水电电站分分层计计算机机监控控系统统（70年年代中中－８８０年年代末末）：：集中型型计算算机控控制系系统存存在的的问题题促使使计算算机监监控系系统向向分散散化发发展，，由此此产生生了监监督计计算机机控制制系统统（ＳＳＣＣＣ，SupervisoryComputerControl)。ＳＳＣＣＣ由二二级计计算机机组成成，第第一级级计算算机与与生产产过程程连接接，取取代常常规仪仪表和和控制制器承承担测测量和和控制制任务务；第第二级级计算算机根根据水水电站站生产产过程程的工工况信信息和和数学学模型型进行行计算算，给给第一一级计计算机机提供供最优优控制制的信信息。。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式式计算机监监控系统（（９0年代代后）：水电站电力力生产管理理的集中性性和控制的的分散性这这一实际需需要，要求求水电站计计算机控制制系统采用用分层分布布式结构。。这种结构构与水电生生产过程的的管理结构构相一致，，一般分为为三级：过过程控制（（仪表）级级、控制管管理（现地地控制）级级、生产管管理（电站站）级。各各级既相互互独立，又又相互联系系。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式式计算机监监控系统是是应用计算算机技术对对水电生产产过程进行行集中监视视、操作、、管理和分分散控制的的一种新型型控制技术术。该系统概括括起来是由由集中管理理部分、分分散控制检检测部分和和通讯部分分组成。其其中：集中管理部部分主要用用于计算机机控制系统统的组态和和维护，水水电生产过过程的监视视、操作、、信息管理理和优化控控制；分散控制检检测部分用用于现地级级单元的控控制和监测测；通讯部分连连接计算机机控制系统统的各个分分布部分，，完成数据据、命令及及其它信息息的传递。。计算机监控控系统的类类型与结构构计算机监控控系统可分分为以下几几种类型：：取消常规控控制设备的的系统，即即全计算机机监控系统统。主控级级应采用双双机热备；；以计算机为为主，常规规控制系统统为辅的监监控系统。。主控级可可采用双机机或单机；；以常规控制制系统为主主，计算机机为辅的监监控系统。。主控级可可采用单机机。现地级计算算机的设置置原则是：：每台机组设设一台，置置于机组旁旁；全厂公用部部分至少设设一台；根据需要，，可设一台台负责闸门门启闭控制制和水位监监视的单元元，置于坝坝上。水电站计算算机监控系系统采用分分层分布式式结构时，，可以采用用的网络结结构有如下下几种：星型结构：：各工作站站由点对点点链路连接接到公用交交换中心。。星的中心心起着控制制器的作用用。网络上上的工作站站间交换信信息都要通通过中央控控制器。这这种拓扑结结构体现了了一种集中中式通讯策策略。交换换中心节点点相当复杂杂，但各站站通讯处理理负荷较轻轻。其缺点点是中央控控制器故障障时会导致致整个网络络的通讯中中断。中央控制器工作站工作站工作站工作站环型结构：：网络上的的所有节点点都通过点点对点链路路连接，并并构成封闭闭的环。线线路上的信信息按点对对点的方式式传输，即即由一个工工作站发出出的信息只只传送到下下一个节点点。若该节节点不是发发送信息的的目的站，，就再把信信息传递到到下一个节节点，重复复这个过程程，直到发发送的信息息到达目的的站为止。。环型结构构的双向传传送信息可可以提高网网络的可靠靠性。工作站工作站工作站工作站总线结构：：网络上的的所有节点点都通过硬硬件接口直直接连接到到线状传输输介质（光光钎、双绞绞线等）。。任何一个个工作站的的发送信息息都在介质质上传播，，并能被所所有其它节节点所接收收。因为所所有节点共共享一条传传输链路，，所以在某某一时刻只只有一个节节点能发送送信息。因因此，对介介质的访问问应规定某某种控制协协议。工作站工作站工作站工作站工作站2.1水水轮发电电机的并列列方式1）同步步发电机在在电网中并并列运行的的概念正常情况时时，在电力力系统中并并列运行的的同步发电电机是以相相同的电角角速度、出出口的折算算电压相等等的情况运运行，称为为并列（或或同步）运运行。由许多同步步发电机并并列运行组组成的电力力系统相对对于孤立网网来讲，具具有以下优优点：可以提高供供电的可靠靠性；可以提高供供电的电能能质量；可使负荷分分配更为合合理；减少电力系系统的备用用容量，并并充分利用用各种动力力资源。2.水水轮发电机机的自动并并列水轮发电机机在投入电电力系统并并列运行以以前，与系系统中的其其它发电机机是不同步步的，如果果要使它与与系统中已已运行的发发电机并列列运行，则则必须按一一定的要求求完成各种种操作。这这种将发电电机投入电电力系统并并列运行的的操作，称称为并列操操作或同期期操作。用用于完成并并列操作的的装置称为为同期装置置。由于同步发发电机在开开机时必须须有并列操操作，因此此并列操作作是水电站站一项重要要且经常进进行的操作作。在正常常运行时进进行并列操操作，以便便使机组投投入系统并并列运行；；在系统或或电站事故故时，通过过并列操作作来迅速恢恢复水电站站甚至整个个系统的正正常运行。。水轮发电机机有准同期期和自同期期两种并列列方式，并并且又分为为手动操作作和自动操操作：自动（或手动）操作准同期自同期2）准同期期准同期操作作的过程：：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机机并列的条件件：发电机与电电力系统的的相序相同同；发电机与电电力系统的的频率相同同；发电机与电电力系统的的电压相同同；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，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。特特别是自同期时发电电机处于冷状状态，造成的的不良影响比比热状态下的的发电机出口口三相短路更更严重。因此，根据各各种同期方式式的特点，水水电站在同期期操作中：以自动准同期期作为机组正正常时的并列列方式，并带带有非同期闭闭锁；以手动准同期期作为备用，，并带有非同同期闭锁；在事故时，采采用自动自同同期并列。２.２同同期点的选择择和同期电压压的引入1）同期点点的选择为了实现机组组与系统的并并列运行，水水电站必须有有一部分断路路器由同期装装置来进行操操作，这些用用于同期并列列的断路器称称为同期点。。选择同期点的的基本原则是是：如果一个个断路器的两两侧都有电源源，则该断路路器应该是同同期点。确定水电站同同期点的一般般原则是：发电机或发变变组的断路器器是同期点；；ＧS同期点ＧS同期点在对侧有电源源的线路断路路器是同期点点；同期点母线电源三绕组变压器器或自耦变压压器与电源连连接的各侧断断路器是同期期点；电源电源同期点同期点低压侧与母线线连接的双绕绕组变压器，，应有一侧断断路器作为同同期点，以便便在变压器投投入时进行并并列操作。同期点母线分段断路器、、母联断路器器、旁路断路路器是同期点点。母线Ｉ母线Ⅱ同期点２）同期电电压的引入采用准同期方方式并列时，，需检查同期期条件，而同同期条件的判判断是通过同同期电压的检检查来进行的的。因此，需需将待并发电电机和系统的的电压通过电电压互感器引引入同期装置置，进行比较较判断。由于机组的升升压变压器通通常采用Ｙ，，d11接线线，导致变压压器两侧相间间电压存在３３０°的相位差。在在中性点接地地系统中，为为了校正引自自ＰＴ电压的的相位，可从从变压器高压压侧ＰＴ接成成开口三角形形的绕组取得得电压，使同同期点两侧电电压的相位相相符。uabuabuab相差３０°相位相同PTPT２.３准准同期点条件件分析1）对同期电电压差的要求求当ΔU<0时：对发电机而言言，Ic呈容容性，起助磁磁作用；对系统而言，，Ic呈感性性，起去磁作作用。发电机吸收系系统无功。当ΔU<0时：与上述情况相相反，发电机机向系统输送送无功。无功冲击电流流不会引起电电磁力矩冲击击，但在Ic过大时可能能使发电机定定子过热，还还可能导致绕绕组端部损坏坏。国家标准准要求：ΔU≤5%—10%Ur2）对同期相相位差的要求求当UG超前Usys时：IC的有功分量IC.G与UF方向相同；发电机并列后后向系统送出出有功。当UG滞后Usys时：IC的有功分量IC.G与UF方向相反；发电机并列后后向系统吸收收有功。国家标准要求求发电机并列列时的相位差差小于10度度。3）对频率率差的要求求当fG>fsys时：发电机并列列后，UG将超前USYS，因此产生冲冲击电流，，由于冲击击电流IC的有功分量量IC.G与UF方向相同，，故发电机机并列后向向系统送出出有功功率率，对机组组而言将产产生制动力力矩，结果果使转子减减速而与系系统同步。。当fG<fsys时：发电机并列列后，UG将超前USYS，因此产生冲冲击电流，，由于冲击击电流IC的有功分量量IC.G与UF方向相反，，故发电机机并列后向向系统吸收收有功功率率，机组的的转速上升升最后与系系统同步。。频率不同所所造成的冲冲击与相位位不同时是是不一样的的：相位不同时时（频率相相同）所造造成的冲击击是固定的的（取决于于相位差φ），即两两个电压向向量间无相相对运动；；频率不同时时，两个电电压向量间间有相对运运动。若把把一个向量量看作静止止不动，则则另一个向向量将不断断与它重合合，又不断断离开。因因此，两个个向量之差差ΔU是波波动变化的的脉动电压压。如果发发电机在频频率差较大大时并列，，则将使机机组在很短短时间内发发出（或吸吸收）过多多的功率，，结果使机机组大轴产产生振动，，严重时甚甚至可能失失去同步。。因此，国家家标准要求求并列时的的频率差不不超过其额额定值的0.2%——0.5%HZ，即0.1—0.25HZ；２.4手手动准同同期手动准同期期是指：由由运行人员员借助于仪仪表对发电电机的电压压和频率进进行调节，，在满足准准同期并列列的三个条条件时，运运行人员手手动操作同同期点断路路器合闸，，将发电机机并入系统统。1）手动准准同期操作作时所需要要的仪表指示机组电电压和系统统电压的两两只电压表表；指示机组频频率和系统统频率的两两只频率表表；指示机组与与系统频率率差与相位位差的一只只同步表。。Ｇ同期点机组PTΔUφ母线PT母线FUFU同步表手动准同期期并列时的的操作：当发电机电电压低于或或高于系统统电压时，，调节发电电机的励磁磁电流；当发电机的的频率低于于或高于系系统频率时时，调节水水轮机的导导叶开度，，以改变机机组的转速速；通过同步表表观察频率率和相位差差，以便选选择合适的的时机发出出合闸，使使断路器合合闸瞬间的的相位差很很小。手动准同期期的缺点是是：并列的时间间较长；最佳合闸瞬瞬间的选择择与运行人人员的经验验和操作水水平有关；；不能实现机机组的自动动启动和并并列。因此，手动动准同期一一般只作为为机组备用用的并列方方式。2.5自自动准同同期自动准同期期是指：由由自动准同同期装置完完成的水轮轮发电机并并列操作与与控制。自动准同期期装置应具具有如下功功能：自动检查准准同期的三三个条件，，在条件满满足时自动动提前（包包含机械动动作时间））发出合闸闸脉冲，使使断路器在在φ=0时接通通；当频率差不不满足要求求时，自动动向调速器器发出调整整信号，以以消除频率率差；当电压差不不满足要求求时，自动动向励磁调调节器发出出调整信号号，以消除除电压差。。1）脉动电电压脉动电压（（滑差电压压）us(t)是指合闸前前同期点两两侧的电压压之差。2）滑差周周期滑差周期Ts是指脉动电电压频率差差的变化周周期：Ts=2π/ωs频率差越大大，滑差周周期Ts就越小；频率差越小小，滑差周周期Ts就越大。由于在准同同期并列时时，频率差差要求0.1—0.25HZ，则相应应的滑差周周期Ts=10—4s。因因此，滑差差周期Ts的大小，可可判断发电电机与系统统的频率差差Δf=fG-fsys。3）导前时时间由于同期点点断路器、、合闸接触触器和辅助助继电器等等合闸机构构的元件存存在固有动动作时间。。因此，在在满足准同同期条件下下，为了使使断路器触触头在φ=0时接接通，自动动准同期装装置必须提提前发出合合闸命令。。从装置发发出合闸脉脉冲到相位位差为0的的这一段时时间称为导导前时间tD，显然，导前前时间tD应等于合闸闸机构所有有元件的固固有动作时时间之和。。由于tD只与固有动动作时间有有关，与频频率差无关关。按此原原理构成的的自动准同同期装置称称为恒定导导前时间的的准同期装装置。合闸脉冲时间相位差时间导前时间2.6微微机型自自动准同期期装置的工工作原理微机型自动动准同期装装置由频率率测量部分分、电压及及相位测量量部分、合合闸回路、、数据处理理与计算部部分以及人人机接口部部分组成。。其硬件件构成如图图所示。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）频率测测量基本方法与与硬件构成成应用计算机机测量交流流电量u(t)的频频率时，常常采用测周周法：首先先利用计算算机高精度度的计数功功能测量被被测量电量量u(t)的周期T；然后，，将周期T转换为频频率：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形中断计数如上图所示示，两次中中断之间的的时间即为为交流电量量的周期T。利用计计算机内部部稳定的高高频时钟信信号对两次次中断之间间的时间进进行计数，，得到计数数值Nt，，则Nt在在数值上正正比于被测测信号的周周期T，通通过下式计计算频率值值：f=C/Nt式中中,C为常常数数，，其其数数值值取取决决于于时时钟钟信信号号的的频频率率F。。例如如，，当当F=1×106Hz时时，，则则在在被被测测信信号号的的频频率率为为50Hz时时，，其其T=0.02s，，Nt=20000，，取取C=1×109。。。则则由由上上式式计计算算的的结结果果为为f=C/Nt=1××109/20000=50000如上上图图所所示示，，两两次次中中断断之之间间的的时时间间即即为为交交流流电电量量的的周周期期T。。利利用用计计算算机机内内部部稳稳定定的的高高频频时时钟钟信信号号对对两两次次中中断断之之间间的的时时间间进进行行计计数数，，得得到到计计数数值值Nt，，则则Nt在在数数值值上上正正比比于于被被测测信信号号的的周周期期T，，通通过过下下式式计计算算频频率率值值：：频率率的的测测量量精精度度分分析析设测测量量精精度度为为J（（%）），，则则J=被被测测电电量量的的额额定定频频率率（（fr）÷计数数频频率率（（fj）=计计数数脉脉冲冲宽宽度度（（τ）÷被被测测电电量量的的额额定定周周期期（T））式中中T和和τ的单单位位为为s；；频率率测测量量的的范范围围设测测量量频频率率的的下下限限（（最最低低频频率率））为为fM（Hz）），，则则fM=1/（（256τN）式中τ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？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)=sinωt，则则n次谐谐波分量量的实部部的模值为为：取y(t)=sinωt，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cosnk2π/N和和sinnkππ/N，，然后求求和。硬件构构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及相位位测量量的软软件流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中断服务程序信号锁存k=1ton{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）导导前时时间计计算当只考考虑一一阶导导数时时，根根据基基本计计算式式v=s/t，，得得：即得相相位条条件的的判断断式4）合合闸回回路+220VKS2KS1-220VDO接口+5VKS1BS微机系统图中：：BS——非非同期期闭锁锁继电电器接接点；；KS1，KS2——中中间继继电器器；3.1水水轮轮发电电机的的励磁磁方式式同步发发电机机将旋旋转的的机械械能转转换成成为电电能，，在转转换中中需要要有一一个直直流磁磁场。。而产产生这这个磁磁场的的直流流电流流称为为励磁磁电流流。励磁方方式是是指发发电机机获得得励磁磁电流流的方方式：：从其它它电源源获得得励磁磁电流流的发发电机机称为为他励励发电电机；；从发电电机本本身获获得励励磁电电流的的发电电机称称为自自励发发电机机。发电机机获得得的励励磁电电流的的两种种方式式如下下：3.水水轮发发电机机励磁磁的自自动调调节他励发发电机机GGS自动励磁调节器自励发发电机机发电机机的励励磁方方式有有如下下几种种：自动励磁调节器GST1）由由直直流发发电机机供电电的励励磁方方式这种励励磁方方式的的发电电机具具有专专用的的直流流发电电机。。其中中直流流发电电机称称为励励磁机机（属属于他他励方方式））。励励磁机机与发发电机机同轴轴，发发电机机的励励磁绕绕组通通过装装在大大轴上上的滑滑环及及固定定电刷刷从励励磁机机获得得直流流电流流。原原理如如下：：GGSGSexGexRmBAGS——同步发发电机机；GSex—发电机机的励励磁绕绕组；；G——直流励励磁机机电枢枢；Gex—励磁机机的励励磁绕绕组；；Rm—磁场调调节电电阻；；A,B——滑环和和电刷刷。在上图图中，，发电电机属属于他他励，，而励励磁机机则属属于自自励。。若励磁磁机的的励磁磁电流流由另另外一一台励励磁机机提供供，则则励磁磁机的的励磁磁方式式属于于他励励，而而给励励磁机机提供供励磁磁电流流的直直流发发电机机称为为副励励磁机机。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）由由交交流励励磁机机供电电的励励磁方方式这种励励磁方方式的的发电电机（（GS）采采用交交流励励磁机机（G1））提供供励磁磁电流流。G1与与GS同轴轴，它它输出出的交交流电电流经经整流流后供供GS励磁磁，因因此属属于他他励方方式。。若G1的励励磁电电流由由自身身提供供，则则G1为自自励方方式；；若G1的励励磁电电流由由另外外一台台励磁磁机（（称为为交流流副励励磁机机G2）提提供，，则G1为为他励励方式式。而而G2可以以是具具有自自动恒恒压装装置的的交流流发电电机，，并且且G2输出出的交交流电电流经经整流流后供供G1励磁磁。交流副励磁机交流励磁机励磁同步发电机他励他励永磁机励磁他励励磁GS——同同步步发电电机；；G1——交交流励励磁机机；G2——交交流流副励励磁机机；GSex——同同步步发电电机的的励磁磁绕组组，非非可控控硅励励磁；；G1ex——励励磁磁机的的励磁磁绕