基于DSP的发电机原动系统仿真器设计与开发

　　0 引言

　　原动系统(包括其调速系统)是影响电力系统机电瞬时过程一个重要的因子，不仅可以影响系统频率和发电机有功功率的调整，而且对电力系统的瞬时稳定和异步运行影响极大。因此，研制原动系统仿真器，建立室内电力系统，在实验室内对电力系统的真实原动机(主要是水轮机和汽轮机)及其调速系统与自平衡特性进行模拟，是对电力系统进行研究的重要工具。早期的原动机仿真系统，多采用模拟电路[1，2]，存在结构复杂、电子元器件容易老化、易受环境温度影响和抗干扰能力差等缺点，且只能模拟原形系统的部分环节，难以模仿整个系统，准确度不高。本文所阐述的原动机仿真系统中采用数字电路，利用计算机软件去实现和取代相关模拟电路的功能，硬件结构简单、可靠;采用液晶显示器实时显示各运行参数，用户操作便捷，显示直观。

　　1 原动系统仿真基本原理与数学模型

　　原动系统模型原理框图如图1。

　　各环节的传递函数[2]如下：

　　汽轮机

　　水轮机

　　2 控制电路硬件设计

　　同步发电机原动系统仿真器的基本结构：用直流电动机和晶闸管直流传动系统作为模拟发电机的原动力。其硬件电路包括一次主回路和微机控制电路，主回路由整流变压器、三相全控整流桥和电抗器等组成。微机控制电路以DSP(Digital Signal Processor)为控制核心。

　　本系统中DSP采用TI公司的32位浮点 TMS320C6711B[3]。TMS320C 6711B采用改进的哈佛总线结构，主频为150MHz，内部集成硬件乘法器和累加器,采用流水线VelociTITM甚长指令字(VLIW)指令,具有丰富的片上外设,并有专门针对数字信号处理的指令系统，运算能力可达1200MFLOPS，能满足控制系统的要求。

　　3 微机控制系统的软件设计

　　本系统把模拟式调速器转化为数字式调速器，模拟式电流调节器转化为数字式电流调节器。用单片机取代模拟运算放大电路，通过编程来实现控制特性的仿真。主要包括主程序、调速器、数模转换与数字的读取、测速、液晶显示、按键处理、电流调节器、移相触发和继电保护等子程序，各程序采用模块化编程。其设计思想是首先获得水轮机、汽轮机调速系统以及水汽管道和电流调节器的数学模型，再进行离散化处理，写出对应的离散化方程，最后运用汇编语言或C语言进行编程。设计中将差分法运用到了PID控制中。这样，选择合适的采样周期T后，若连续时间模型对应的是一个稳定系统，那么离散形式也对应一个稳定的系统。参考文献[4]给出了错油门环节、飞摆环节、油动机环节、反馈环节的连续模型和离散化方程(差分方程)。