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水轮机调速系统仿真测试仪研究与实现
作 者: 李丰攀
导 师: 张勇传;周建中
学 校: 华中科技大学
专 业: 系统分析与集成
关键词: 水轮机调速系统 DSP USB通信 仿真测试仪
分类号: TV734.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
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内容摘要
水轮机调速系统是影响水电站安全、经济运行的重要复杂大系统,水轮机调速系统的主要作用在于调节水轮发电机组的有功功率输出,使得机组的频率维持在规定范围(±0.2HZ)[1]。同时还配合电站级计算机监控系统完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷,紧急停机等控制任务。所以水轮机调节系统是非常重要,它的性能直接关系到机组运行的安全性和经济性乃至电能质量和电力系统的稳定。因此,对水轮机调速系统性能和特性进行全面测试和控制参数进行适当的整定是十分必要的。本文针对目前国内水轮机调速系统测试装置的现状,提出了一种基于嵌入式DSP技术和USB2.0通信技术,并通过C#.NET平台实现试验数据的实时显示的全隔离阵列器件的水轮机调速系统测试和仿真仪器的实现方案。为调速系统核心装置调速器的出厂、交付和大修时,对其性能和特性进行全面测试,采用C2000系列的TMS320F2812芯片作为主控制器开发了一种新型的水轮机调速系统仿真测试仪,测试仪通过USB2.0通信接口与PC机上的.NET平台软件进行连接显示。按照国标要求和实际需求,具备两大功能模块:仿真测试功能模块和现场测试功能模块。仿真测试功能模块:模拟真实机组或执行机构对调速器进行国标GB9652.2—2007要求的各种仿真测试试验,并自动生成试验结果,以检验调速器的各种性能指标,实现对调速器的相关性能鉴定。现场测试功能模块:实现在电站对调速系统进行国标GB9652.2—2007规定的各项现场验收测试试验,以判断设备是否处于正常状态,并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息,准备基础数据。GOHT07水轮机调速系统仿真测试仪将DSP技术、USB技术相结合,充分利用了数字信号处理器(DSP)的信号处理能力、USB2.0高速的数据传输能力、.NET平台下软件的显示方便等特点。除了可以很好的完成水轮机调速系统静特性,调速系统动态试验外,还可以实现同期试验和一次调频试验。测试试验设计规范,功能丰富。界面美观友好,操作方便,结构紧凑,性能稳定优良。在调速器厂和水电站得到了广泛应用,并取得了较高评价。
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全文目录
摘要 4-5 Abstract 5-9 1 绪论 9-14 1.1 研究现状 9-10 1.2 研究意义与目的 10-11 1.3 技术要点 11-13 1.3.1 DSP 技术 11-12 1.3.2 USB2.0 技术 12-13 1.4 论文结构和安排 13-14 2 水轮机调速系统及其测试试验 14-24 2.1 水轮机调速系统的结构 14 2.2 水轮机调节系统的特点 14-15 2.3 水轮机调速系统的性能指标 15-20 2.3.1 水轮机调速系统的静态品质 15-17 2.3.2 水轮机调速系统的动态品质 17-20 2.4 水轮机调速系统试验 20-24 2.4.1 调速系统试验的分类 20-21 2.4.2 调速系统试验功能介绍 21-24 3 测试仪系统结构设计 24-43 3.1 系统输入输出信号技术指标 24-25 3.2 系统硬件电路设计 25-34 3.2.1 DSP 最小系统电路 25-27 3.2.2 USB 通信接口电路 27-28 3.2.3 频率测量调理电路 28-29 3.2.4 模拟量输入调理电路 29-32 3.2.5 开关量输入调理电路 32 3.2.6 频率输出电路 32-33 3.2.7 电源设计 33-34 3.3 系统下位机软件设计 34-43 3.3.1 模拟量采样软件设计 35-37 3.3.2 频率测量软件设计 37-39 3.3.3 频率输出软件设计 39-41 3.3.4 USB 通信软件设计 41-43 4 调节对象模型仿真 43-54 4.1 有压引水管道模型 43 4.2 发电机及负载模型 43-44 4.3 水轮机线性模型 44-45 4.4 水轮机非线性模型 45-49 4.5 模型仿真算法 49-54 5 测试仪上位机软件 54-69 5.1 系统主界面 54-57 5.1.1 通用菜单 55-56 5.1.2 工具菜单 56 5.1.3 试验信息录入区域 56-57 5.1.4 试验参数和操作命令 57 5.2 通道率定设置 57-58 5.3 系统参数设置 58-59 5.4 试验应用 59-69 5.4.1 静特性试验 60-61 5.4.2 开停机试验 61-62 5.4.3 空载摆动试验 62-63 5.4.4 空载扰动试验 63-64 5.4.5 甩负荷仿真试验 64-65 5.4.6 测接力器不动时间试验 65-66 5.4.7 测PID 参数试验 66-67 5.4.8 测接力器速动时间常数试验 67-69 6 后续研究工作与展望 69-71 6.1 总结 69 6.2 展望 69-71 致谢 71-72 参考文献 72-76 附录 1 攻读学位期间参与的科研项目 76
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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水能利用、水电站工程 > 水电站建筑与设备 > 机电设备 > 水轮机及其设备
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