生产过程自动化课件

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水水电站站自动化的的内容自动控制水水电机组的的运行方式式，实现开开、停机和和并网、发发电转调相相或调相转转发电等过过程的自动动化实现水电机机组的安全全经济运行行实现对包括括主变、母母线和线路路等主要电电气设备的的控制、监监视和保护护完成对水工工建筑物运运行工况的的监视与控控制水电站自动动化是各种种自动化装装置和系统统来完成的的。其中：：基础自动装装置（或系系统）用于完成对对发电设备备进行某项项特定控制制或检测任任务的装置置（或系统统）。如：：水轮机调调速器、自自动励磁调调节器、温温度巡检装装置等。综合自动装装置（或系系统）用于实现对对水电站或或发电设备备进行某项项综合控制制的装置（（或系统））。如：频频率－电压压成组调节节装置、电电压－无功功成组调节节装置、闸闸门控制系系统等。从控制论的的角度看水水电站的自自动控制装装置（或系系统）可分分为：顺序控制如用于完成成机组自动动开、停机机组控制的的机组自动动装置等。。恒值控制如用于完成成机组转速速调节任务务的水轮机机调速器和和用于完成成机组电压压调节任务务的自动电电压调节器器等。跟踪控制如用于完成成泻洪流量量控制任务务的闸门控控制系统等等。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现场总总线、局域域网和远动动技术。应用现代制制造技术应用现代机机械液压随随动系统、、整流器、、软启动器器等。1.5计计算机技技术在水电电生产过程程中的应用用计算机技术术在水电生生产过程中中最重要的的应用是计计算机监控控系统，主主要完成自自动检测、、优化计算算、自动控控制、自动动事故处理理和运行管管理的任务务。计算机监控控系统具有有控制功能能完善，数数据处理方方便，操作作显示集中中，运行安安全可靠的的特点。它它是由计算算机技术、、信号处理理技术、测测量技术、、网络通讯讯技术和人人机接口技技术相互发发展和渗透透而产生的的。与常规规控制系统统相比，具具有显著的的优越性。。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－－７０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。中央计算机ＡＩＤＩＤＯＡＯ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－－８０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（（ＳＣＣＣ，SupervisoryComputerControl)。ＳＣＣＣ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（（９0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；分散控制检测测部分用于现现地级单元的的控制和监测测；通讯部分连接接计算机控制制系统的各个个分布部分，，完成数据、、命令及其它它信息的传递递。计算机监控系系统的类型与与结构计算机监控系系统可分为以以下几种类型型：取消常规控制制设备的系统统，即全计算算机监控系统统。主控级应应采用双机热热备；以计算机为主主，常规控制制系统为辅的的监控系统。。主控级可采采用双机或单单机；以常规控制系系统为主，计计算机为辅的的监控系统。。主控级可采采用单机。现地级计算机机的设置原则则是：每台机组设一一台，置于机机组旁；全厂公用部分分至少设一台台；根据需要，可可设一台负责责闸门启闭控控制和水位监监视的单元，，置于坝上。。水电站计算机机监控系统采采用分层分布布式结构时，，可以采用的的网络结构有有如下几种：：星型结构：各各工作站由点点对点链路连连接到公用交交换中心。星星的中心起着着控制器的作作用。网络上上的工作站间间交换信息都都要通过中央央控制器。这这种拓扑结构构体现了一种种集中式通讯讯策略。交换换中心节点相相当复杂，但但各站通讯处处理负荷较轻轻。其缺点是是中央控制器器故障时会导导致整个网络络的通讯中断断。中央控制器工作站工作站工作站工作站环型结构：网网络上的所有有节点都通过过点对点链路路连接，并构构成封闭的环环。线路上的的信息按点对对点的方式传传输，即由一一个工作站发发出的信息只只传送到下一一个节点。若若该节点不是是发送信息的的目的站，就就再把信息传传递到下一个个节点，重复复这个过程，，直到发送的的信息到达目目的站为止。。环型结构的的双向传送信信息可以提高高网络的可靠靠性。工作站工作站工作站工作站总线结构：网网络上的所有有节点都通过过硬件接口直直接连接到线线状传输介质质（光钎、双双绞线等）。。任何一个工工作站的发送送信息都在介介质上传播，，并能被所有有其它节点所所接收。因为为所有节点共共享一条传输输链路，所以以在某一时刻刻只有一个节节点能发送信信息。因此，，对介质的访访问应规定某某种控制协议议。工作站工作站工作站工作站工作站2.1水水轮发电机的的并列方式1）同步发发电机在电网网中并列运行行的概念正常情况时，，在电力系统统中并列运行行的同步发电电机是以相同同的电角速度度、出口的折折算电压相等等的情况运行行，称为并列列（或同步））运行。由许多同步发发电机并列运运行组成的电电力系统相对对于孤立网来来讲，具有以以下优点：可以提高供电电的可靠性；；可以提高供电电的电能质量量；可使负荷分配配更为合理；；减少电力系统统的备用容量量，并充分利利用各种动力力资源。2.水轮轮发电机的自自动并列水轮发电机在在投入电力系系统并列运行行以前，与系系统中的其它它发电机是不不同步的，如如果要使它与与系统中已运运行的发电机机并列运行，，则必须按一一定的要求完完成各种操作作。这种将发发电机投入电电力系统并列列运行的操作作，称为并列列操作或同期期操作。用于于完成并列操操作的装置称称为同期装置置。由于同步发电电机在开机时时必须有并列列操作，因此此并列操作是是水电站一项项重要且经常常进行的操作作。在正常运运行时进行并并列操作，以以便使机组投投入系统并列列运行；在系系统或电站事事故时，通过过并列操作来来迅速恢复水水电站甚至整整个系统的正正常运行。水轮发电机有有准同期和自自同期两种并并列方式，并并且又分为手手动操作和自自动操作：自动（或手动）操作准同期自同期2）准同期准同期操作的的过程：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并列的条件：：发电机与电力力系统的相序序相同；发电机与电力力系统的频率率相同；发电机与电力力系统的电压压相同；发电机与电力力系统的相位位相同。如果完全满足足并列条件的的并列操作，，发电机定子子回路的电流流将为零，对对机组将不会会产生电流或或电磁力矩的的冲击。但是，在实际际操作中很难难精确满足并并列条件。实实际上，只要要造成的电流流冲击和电磁磁力冲击不超超过允许范围围，就不会对对机组造成危危害。非同期并列操作可能能使机组严重重损坏：如果相位差为为180°时非同期合闸闸，则发电机机定子绕组的的冲击电流将将比发电机出出口的三相短短路电流大一一倍；如果电压或频频率不相同，，将对机组产产生很大的电电磁冲击力，，甚至高达额额定力矩的8-26倍。。而发电机出出口短路时的的最大电磁力力矩只有额定定力矩的3-8倍；可能造成非同同期并列的原原因为：发电机的一次次或二次接线线不正确；同期装置工作作不正确；运行人员误操操作。3）自同期自同期操作的的过程：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针对对系统发生故故障时，系统统电压和频率率降低，并且且不断发生变变化，使准同同期并列困难难时，而采用用的同期方式式。自同期的优优点：不需调整电电压、相位位和精确调调整转速，，操作简单单；由于并列操操作时未投投励，消除除了非同期期并列的可可能；与准同期相相比，大大大缩短了并并列的时间间。自同期并列列为电力系系统发生故故障而出现现低频、低低压时，启启动备用机机组创造了了很好的条条件，对于于防止事故故扩大，迅迅速恢复系系统起到重重要作用。。由于发电机机以自同期期投入系统时，未未励磁的发发电机相当当于异步电电动机，因因此自同期期存在如下下缺点：出现短时间间的电流冲冲击，并使使系统电压压下降；冲击电流引引起的电动动力可能对对定子绕组组绝缘和定定子绕组端端部造成不不良影响；；冲击电磁力力矩将使机机组大轴产产生纽矩，，并引起振振动。但是，冲击击电流和冲冲击电磁力力矩均比发发电机出口口三相短路路时小，并并且缩减快快，通常不不会对发电电机造成损损害，但冲冲击电流产产生的电动动力可能对对定子绕组组绝缘和端端部造成累累计性变形形和损害。。特别是自同期时发发电机处于于冷状态，，造成的不不良影响比比热状态下下的发电机机出口三相相短路更严严重。因此，根据据各种同期期方式的特特点，水电电站在同期期操作中：：以自动准同同期作为机机组正常时时的并列方方式，并带带有非同期期闭锁；以手动准同同期作为备备用，并带带有非同期期闭锁；在事故时，，采用自动动自同期并并列。２.２同同期点的的选择和同同期电压的的引入1）同期期点的选择择为了实现机机组与系统统的并列运运行，水电电站必须有有一部分断断路器由同同期装置来来进行操作作，这些用用于同期并并列的断路路器称为同同期点。选择同期点点的基本原原则是：如如果一个断断路器的两两侧都有电电源，则该该断路器应应该是同期期点。确定水电站站同期点的的一般原则则是：发电机或发发变组的断断路器是同同期点；ＧS同期点ＧS同期点在对侧有电电源的线路路断路器是是同期点；；同期点母线电源三绕组变压压器或自耦耦变压器与与电源连接接的各侧断断路器是同同期点；电源电源同期点同期点低压侧与母母线连接的的双绕组变变压器，应应有一侧断断路器作为为同期点，，以便在变变压器投入入时进行并并列操作。。同期点母线分段断路器器、母联断断路器、旁旁路断路器器是同期点点。母线Ｉ母线Ⅱ同期点２）同期期电压的引引入采用准同期期方式并列列时，需检检查同期条条件，而同同期条件的的判断是通通过同期电电压的检查查来进行的的。因此，，需将待并并发电机和和系统的电电压通过电电压互感器器引入同期期装置，进进行比较判判断。由于机组的的升压变压压器通常采采用Ｙ，d11接线线，导致变变压器两侧侧相间电压压存在３００°的相位差。。在中性点点接地系统统中，为了了校正引自自ＰＴ电压压的相位，，可从变压压器高压侧侧ＰＴ接成成开口三角角形的绕组组取得电压压，使同期期点两侧电电压的相位位相符。uabuabuab相差３０°相位相同PTPT２.３准准同期点点条件分析析1）对同期期电压差的的要求当ΔU<0时：：对发电机而而言，Ic呈容性，，起助磁作作用；对系统而言言，Ic呈呈感性，起起去磁作用用。发电机吸收收系统无功功。当ΔU<0时时：与上述情况况相反，发发电机向系系统输送无无功。无功冲击电电流不会引引起电磁力力矩冲击，，但在Ic过大时可可能使发电电机定子过过热，还可可能导致绕绕组端部损损坏。国家家标准要求求：ΔU≤5%—10%Ur2）对同期期相位差的的要求当UG超前Usys时：IC的有功分量量IC.G与UF方向相同；；发电机并列列后向系统统送出有功功。当UG滞后Usys时：IC的有功分量量IC.G与UF方向相反；；发电机并列列后向系统统吸收有功功。国家标准要要求发电机机并列时的的相位差小小于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：：发电电机机并并列列后后，，UG将超超前前USYS，因此此产产生生冲冲击击电电流流，，由由于于冲冲击击电电流流IC的有有功功分分量量IC.G与UF方向向相相反反，，故故发发电电机机并并列列后后向向系系统统吸吸收收有有功功功功率率，，机机组组的的转转速速上上升升最最后后与与系系统统同同步步。。频率率不不同同所所造造成成的的冲冲击击与与相相位位不不同同时时是是不不一一样样的的：：相位位不不同同时时（（频频率率相相同同））所所造造成成的的冲冲击击是是固固定定的的（（取取决决于于相相位位差差φ）），，即即两两个个电电压压向向量量间间无无相相对对运运动动；；频率率不不同同时时，，两两个个电电压压向向量量间间有有相相对对运运动动。。若若把把一一个个向向量量看看作作静静止止不不动动，，则则另另一一个个向向量量将将不不断断与与它它重重合合，，又又不不断断离离开开。。因因此此，，两两个个向向量量之之差差ΔΔU是是波波动动变变化化的的脉脉动动电电压压。。如如果果发发电电机机在在频频率率差差较较大大时时并并列列，，则则将将使使机机组组在在很很短短时时间间内内发发出出（（或或吸吸收收））过过多多的的功功率率，，结结果果使使机机组组大大轴轴产产生生振振动动，，严严重重时时甚甚至至可可能能失失去去同同步步。。因此此，，国国家家标标准准要要求求并并列列时时的的频频率率差差不不超超过过其其额额定定值值的的0.2%——0.5%HZ，，即即0.1——0.25HZ；；２.4手手动动准准同同期期手动动准准同同期期是是指指：：由由运运行行人人员员借借助助于于仪仪表表对对发发电电机机的的电电压压和和频频率率进进行行调调节节，，在在满满足足准准同同期期并并列列的的三三个个条条件件时时，，运运行行人人员员手手动动操操作作同同期期点点断断路路器器合合闸闸，，将将发发电电机机并并入入系系统统。。1））手手动动准准同同期期操操作作时时所所需需要要的的仪仪表表指示示机机组组电电压压和和系系统统电电压压的的两两只只电电压压表表；；指示示机机组组频频率率和和系系统统频频率率的的两两只只频频率率表表；；指示示机机组组与与系系统统频频率率差差与与相相位位差差的的一一只只同同步步表表。。Ｇ同期点机组PTΔUφ母线PT母线FUFU同步表手动动准准同同期期并并列列时时的的操操作作：：当发发电电机机电电压压低低于于或或高高于于系系统统电电压压时时，，调调节节发发电电机机的的励励磁磁电电流流；；当发发电电机机的的频频率率低低于于或或高高于于系系统统频频率率时时，，调调节节水水轮轮机机的的导导叶叶开开度度，，以以改改变变机机组组的的转转速速；；通过过同同步步表表观观察察频频率率和和相相位位差差，，以以便便选选择择合合适适的的时时机机发发出出合合闸闸，，使使断断路路器器合合闸闸瞬瞬间间的的相相位位差差很很小小。。手动准准同期期的缺缺点是是：并列的的时间间较长长；最佳合合闸瞬瞬间的的选择择与运运行人人员的的经验验和操操作水水平有有关；；不能实实现机机组的的自动动启动动和并并列。。因此，，手动动准同同期一一般只只作为为机组组备用用的并并列方方式。。2.5自自动动准同同期自动准准同期期是指指：由由自动动准同同期装装置完完成的的水轮轮发电电机并并列操操作与与控制制。自动准准同期期装置置应具具有如如下功功能：：自动检检查准准同期期的三三个条条件，，在条条件满满足时时自动动提前前（包包含机机械动动作时时间））发出出合闸闸脉冲冲，使使断路路器在在φ=0时时接通通；当频率率差不不满足足要求求时，，自动动向调调速器器发出出调整整信号号，以以消除除频率率差；；当电压压差不不满足足要求求时，，自动动向励励磁调调节器器发出出调整整信号号，以以消除除电压压差。。1）脉脉动电电压脉动电电压（（滑差差电压压）us(t)是指合合闸前前同期期点两两侧的的电压压之差差。2）滑滑差周周期滑差周周期Ts是指脉脉动电电压频频率差差的变变化周周期：：Ts=2π/ωs频率差差越大大，滑滑差周周期Ts就越小小；频率差差越小小，滑滑差周周期Ts就越大大。由于在在准同同期并并列时时，频频率差差要求求0.1——0.25HZ，则则相应应的滑滑差周周期Ts=10—4s。因因此，，滑差差周期期Ts的大小小，可可判断断发电电机与与系统统的频频率差差Δf=fG-fsys。3）导导前时时间由于同同期点点断路路器、、合闸闸接触触器和和辅助助继电电器等等合闸闸机构构的元元件存存在固固有动动作时时间。。因此此，在在满足足准同同期条条件下下，为为了使使断路路器触触头在在φ=0时接接通，，自动动准同同期装装置必必须提提前发发出合合闸命命令。。从装装置发发出合合闸脉脉冲到到相位位差为为0的的这一一段时时间称称为导导前时时间tD，显然，，导前前时间间tD应等于于合闸闸机构构所有有元件件的固固有动动作时时间之之和。。由于tD只与固固有动动作时时间有有关，，与频频率差差无关关。按按此原原理构构成的的自动动准同同期装装置称称为恒恒定导导前时时间的的准同同期装装置。。合闸脉冲时间相位差时间导前时间2.6微微机机型自自动准准同期期装置置的工工作原原理微机型型自动动准同同期装装置由由频率率测量量部分分、电电压及及相位位测量量部分分、合合闸回回路、、数据据处理理与计计算部部分以以及人人机接接口部部分组组成。。其其硬件件构成成如图图所示示。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）频频率测测量基本方方法与与硬件件构成成应用计计算机机测量量交流流电量量u(t)的频频率时时，常常采用用测周周法：：首先先利用用计算算机高高精度度的计计数功功能测测量被被测量量电量量u(t)的周周期T；然然后，，将周周期T转换换为频频率：：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图所示示，两两次中中断之之间的的时间间即为为交流流电量量的周周期T。利利用计计算机机内部部稳定定的高高频时时钟信信号对对两次次中断断之间间的时时间进进行计计数，，得到到计数数值Nt，，则Nt在在数值值上正正比于于被测测信号号的周周期T，通通过下下式计计算频频率值值：f=C/Nt式中,C为常数数，其其数值值取决决于时时钟信信号的的频率率F。。例如，，当F=1×106Hz时时，则则在被被测信信号的的频率率为50Hz时时，其其T=0.02s，，Nt=20000，取取C=1×109。。则则由上上式计计算的的结果果为f=C/Nt=1××109/20000=50000如上图图所示示，两两次中中断之之间的的时间间即为为交流流电量量的周周期T。利利用计计算机机内部部稳定定的高高频时时钟信信号对对两次次中断断之间间的时时间进进行计计数，，得到到计数数值Nt，，则Nt在在数值值上正正比于于被测测信号号的周周期T，通通过下下式计计算频频率值值：频率的的测量量精度度分析析设测量量精度度为J（（%）），，则J=被被测电电量的的额定定频率率（fr）÷计数频频率（（fj）=计计数脉脉冲宽宽度（（τ）÷被被测电电量的的额定定周期期（T））式中T和和τ的单位位为s；频率测测量的的范围围设测量量频率率的下下限（（最低低频率率）为为fM（Hz），，则则fM=1/（256τN）式中τ的单位位为s。上上式表表明，，fM取决于于计数数的字字节数数N（（二进进制8位））。频率测测量的的软件件流程程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中断服服务程程序读计数器值C1中断入口关中断开中断中断返回主程序序2）电电压及及相位位测量量基本原原理在交流流电量量的测测量中中，常常采用用周期期函数数的富富氏算算法。。这类类算法法是采采用某某一正正交样样品函函数组组与待待分析析的时时变函函数进进行相相应的的积分分变换换，以以求出出与样样品函函数频频率相相同分分量的的实部部和虚虚部的的系数数，进进而可可以求求出待待分析析的时时变函函数中中该频频率的的谐波波分量量的模模值和和相位位。在积分分方程程中式中，，y(t)——选选定的的正交交样品品函数数；u(t)——待待分分析的的周期期为T的时时变函函数。。根据正正交函函数的的定义义，如如u(t)可分分解为为一个个级数数且级级数各各项都都属于于同一一正交交函数数，则则上述述积分分结果果为u(t)中中与样样品函函数相相同分分量的的模值值。取取y(t)=sinωt，，则n次谐谐波分分量的的实部部的模值值为：：取y(t)=sinωt，，则n次谐谐波分分量的的虚部部的模值值为：：由此可可得u(t)的的n次谐谐波分分量的的模值和和相位位：这种算算法在在计算算机上上实现现时，，也是是对离离散的的采样样值进进行运运算。。离散散运算算式为为：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：：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