单片机控制的异步发电机并网运行_投稿1

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1、单片机控制的异步发电机并网运行福建省罗源县电力公司张力福建省闽清县电力公司刘晨芳摘要简要说明小型异步发电机基本工作原理，分析了农村山区异步发电机小水电站与电力系统并网运行的必要性、可行性及主要特点。较详细介绍了基于PIC16C71单片机所研制的异步发电机并网控制系统。关键词异步发电机转差率并网运行充分、经济地利用小水力资源，开发小水电站在农村有现实意义。我国小水电有相当数量，但对其并网运行的讨论很少。本文根据实践与需要就异步发电机并网运行的有关特点、单片机控制、保护等方面进行阐述。1基本原理及工作过程1.1异步发电机基本原理异步电机的一个重要运

2、行物理量是转差率S，即转子转速n与定子旋转磁场的同步转速n1的差值与同步转速的比值，。转差率反映了转子转速与定子旋转磁场转速的相对速度。用一台原动机（如水轮机等）驱动异步电机，使其转速高于同步转速，由于转子导体和旋转磁场相对切割方向与电动机状态时相反，因此转子导体中电势和电流的方向改变，电机从原动机输入机械能，主力矩克服制动力矩而做功，将机械能变为电能，故电机处于发电机运行状态，在定子绕组中感应三相交流电作为电功率输出。1.2并网的必要性目前小型发电机被忽视主要是因为其发电量不够维持工人工资等费用。随着国家出台反垄断政策，电力行业经济高效益要靠

3、技术革新和科学管理来实现。在农村电力输送中损失很大，如边缘农村10kV供电线路，供电半径达20~30km，一个村落30kVA的变压器月抄电量仅100度左右，而变压器月空载损耗的电量在300~500度。以前这一损耗加在消费者身上，使电价高达5~6元/度。电力公司减少这一损失的最好方法是利用山区小水电资源发电进行补偿。利用单片机对异步发电机的并网和解列进行控制，可以实现无人值守，既能合理利用资源，又能获得一定的经济效益。1.3并网运行的可行性与安全性并网运行后异步发电机向电力系统输送有功功率，其所需无功功率由电力系统或电力电容器组提供。电力电容器组

4、在运行过程中，不论异步发电机是否发电，只要加于其上的电压不超过允许值，就不必撤除，一旦超过电压允许值时应自动解列。目前大电网的电压频率是由30万kW的大机组的同步发电机决定的。异步发电机容量只要不超过同步发电机容量的20%，就不会影响电网电压频率。当电网电压或频率过低或过高时可由单片机控制撤除异步发电机。异步发电机的并网与解列都较方便，并网时只需要异步发电机的转速稍高于同步转速（可通过增、减原动机的转速来调整）就可将发电机并入系统。尔后用增加发电机转速的办法，增加发电机的输出功率。当需停机时，可通过原动机降低发电机的转速，使输出的有功功率降低为

5、零，然后断开发电机即可。由于异步发电机结构简单，其转子为笼型实心，不怕飞车，因而与发电机配套的水轮机允许不带飞轮，电特性无失真及振荡现象；不怕短路，故障少，维护方便。但需注意由于发电机与电网并联的电容器组并接，当异步发电机解列时，发电机转速就会上升，频率也上升，势必产生高的自励磁电压，电压的上升将危及发电机安全和降低电容器组的绝缘性能，因此电容器组的接线位置应在合闸开关前面（线路侧），这种接线方法，由于发电机解列后无电容器组存在，故不产生励磁电压，于是电压不会上升，从而保证其安全性。1.4控制与保护1．起动单片机检测到电网电压、频率和水位满足要

6、求后，将导叶开度调到起动开度，水轮机开始运转并慢慢加速，当稍超过同步转速后（一般为同步转速的102%）发出合闸信号。2．并网由单片机通过转速传感器检测出发电机转速为同步转速的102%时，送出控制信号，驱动合闸继电器（断路器）实现并网（合闸）。合闸时发电机转速稍高于同步转速是为了克服电机、水轮机的磨擦力矩，同时保证较小的冲击电流。3．额定输出功率调整发电机额定输出功率的调整是根据水源流量充足的程度进行控制的，旱季和雨季水量不一样，如果旱季满负荷发电，就会水量供应不足，水位高低起落变化频繁，造成停机频繁。本设计采用由单片机计算水位高低变化周期的平均

7、值，根据该值调整水闸开启的程度，实现自动调整发电机的额定功率。4．紧急停机当电网电压过高，过低，频率偏移超过正常值（50Hz）的±1%等不正常情况时需紧急停机；当水位达到最低，电机电流超过额定值时也要紧急停机。紧急停机是通过控制分闸和合闸继电器断开，并将可调导叶紧急关闭来实现。因为发电机并入电网运行需要一个自动开关，自动开关靠合闸和分闸两个继电器控制， 这样可防止合闸继电器触点粘住时，分闸继电器能可靠地断开自动开关，提高设备的可靠性。2发电机自动控制系统组成2.1发电机自动控制系统组成框图及简要工作过程发电机自动控制系统由单片机、电压采样、电流

8、采样、水位采样、转速测量、数码显示电路、继电器、驱动电机、外存储器、按键等组成，如图1所示。图1发电机自动控制系统组成框图当单片机上电复位后，首先检测