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基于DSP的水轮机调速系统仿真测试仪设计与实现

作　者: 王兰芳
导　师: 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 仿真测试仪 TMS320F2812 USB2.0
分类号: TV734.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 111次
引　用: 1次
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内容摘要


水轮机调节系统是水电站运行的重要组成部分,调速器是水轮机调节系统的核心,其品质好坏对水轮发电机组运行的安全性、经济性以及电力系统电能质量和安全具有重大意义。针对调速器在产品出厂、发电现场投运和水轮发电机组检修过程需要对调速器的调节性能和参数指标进行全面测试,研制开发了一种基于DSP技术的水轮机调速系统仿真测试仪。仿真测试仪的设计采用TI公司TMS320F2812芯片作为核心处理器,完成数据采集和仿真功能,此外,通过USB2.0接口与PC机连接,在windows环境下自动分析数据并生成图形化报表,实现了高性能仿真测试仪的智能化、集成化、参数化和小型化。为了提高调速系统仿真测试仪在工业现场环境中的抗干扰能力,所有模拟采样通道前后级和通道之间都进行了隔离设计,频率测量和模拟量采样由模拟和数字两级滤波器组成。同时,采用一种新的采样计算方法,以最简洁的方式将采样值还原成真实模拟量。本文首先对水轮机调速系统对象进行分析,获得了仿真测试仪的输入输出信号及其特征,根据这些信号及其特征设计了仿真测试仪的模拟采样电路,频率测量电路,开关量输入电路、频率发生电路以及用于和PC机通信的USB通信电路,并在仿真建模的基础上,依据调速系统试验国家标准要求编写了试验程序。在试验过程中仿真测试仪实时采集导叶接力器行程、桨叶接力器行程、水压、油压、定子电流、机组功率、机组频率、电网频率、断路器、合闸令等信号,将数据传送至PC机,绘制信号曲线,自动计算结果并给出试验报告;仿真测试仪还可以仿真发电机组或发电机组+接力器,按照相应模型计算输出机组频率信号与调速器构成闭环系统,进行调速器动特性试验。工程应用证明,调速系统仿真测试仪不仅可以很好的完成静特性、摆动、扰动、不动时间、甩负荷等常规试验外,而且还可以实现同期和一次调频试验。仪器稳定可靠,12位AD采样,在45-55Hz内频率发生和测量误差小于0.001Hz,7路模拟信号同时采样时最高速度可达每秒2.5K点,因此,还可以满足电力系统瞬态故障分析的需求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 绪论  8-11
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 本论文主要内容和结构安排  10-11
2 核心控制器 TMS320F2812 与 CY7C68013  11-18
  2.1 DSP 技术概述  11-12
  2.2 TMS320F2812 核心技术  12-14
  2.3 USB2.0 技术特征  14-16
    2.3.1 USB 总线及其特点  14
    2.3.2 USB 设备工作原理  14-16
    2.3.3 USB2.0 规范  16
  2.4 CY7C68013 芯片特点  16
  2.5 DSP 和USB2.0 在测试仪中的应用  16-18
3 水轮机调速系统仿真测试仪功能分析  18-29
  3.1 应用领域分析  18-19
  3.2 试验项目分析  19-29
    3.2.1 静态试验  19-21
    3.2.2 仿真试验  21-22
    3.2.3 现场动态试验  22-25
    3.2.4 同期试验和一次调频试验  25-27
    3.2.5 示波器和频率计功能  27-29
4 硬件电路设计  29-38
  4.1 输入输出信号特征  29
  4.2 硬件主体框架设计  29-30
  4.3 频率发生电路  30-31
  4.4 频率测量电路  31-32
  4.5 开关量输入  32-33
  4.6 模拟量测量  33-35
    4.6.1 数据采集的原理  33-34
    4.6.2 模拟采样硬件电路设计  34-35
  4.7 USB 通信  35-38
    4.7.1 USB 通信电路设计  35
    4.7.2 USB 通信电路工作原理  35-38
5 DSP 主控制器软件设计  38-49
  5.1 DSP 主控程序研究与设计  38-39
  5.2 数字滤波  39-40
  5.3 试验程序设计  40-44
    5.3.1 静特性程序  40-41
    5.3.2 动态过程程序  41-42
    5.3.3 仿真试验程序  42-43
    5.3.4 一次调频试验程序  43-44
  5.4 通信协议设计  44-46
    5.4.1 数据结构设计  44
    5.4.2 特殊约定  44-45
    5.4.3 典型通信流程  45-46
  5.5 调速系统仿真测试仪应用  46-49
6 全文总结与展望  49-51
  6.1 论文完成的主要工作及总结  49
  6.2 后续研究工作及展望  49-51
致谢  51-52
参考文献  52-56
附录 1 攻读硕士期间参加的科研项目  56

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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 > 控制设备、调速机构
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