本科生课程设计（论文）
辽 宁 工 业 大 学
电力系统自动化 课程设计（论文）
题目：发电机自并励励磁自动控制系统设计（3）
院（系）： 电气工程学院 专业班级： 电气091 学 号： 090303007 学生姓名： 张宝全 指导教师： 起止时间：2012.12.31—2013.01.11
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课程设计（论文）任务及评语
院（系）：电气工程学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号 课程设计题目 090303007 学生姓名 张宝全 专业班级 电气091 发电机自并励励磁自动控制系统设计（3） 基本参数及要求： 1水轮发电机容量300MW，功率因数0.80，定子额定电压18KV，空载额定转子电压200V。 2 要求电压调差系数在±12%范围内可调。 3 强励倍数2，不小于10秒 4 调压精度，机端电压静差率小于0.5％。 5 自动电压调节范围：70％～130％。 6 起动升压至额定电压时，超调量不大于8％。 设计要求 1. 阐述发电机励磁控制系统的控制原理。 2. 确定励磁控制系统方案。 3. 设计输入接口及电力参数数据采集通道。 4 设计输出接口及输出励磁控制通道。 5 确定控制算法，设计系统软件。 6 对设计进行总结。 1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。（1天） 2、系统总体方案设计，选择CPU，设计单片机最小系统。（1天） 3、设计输入接口及电力参数数据采集通道。（2天） 课程设计（论文）任务 进度计划4、设计输出接口及输出励磁控制通道。（3天） 5、系统软件设计。（2天） 6、撰写、打印设计说明书（1天）
指 导 教 师评平时： 论文质量： 答辩： 语 及总成绩： 指导教师签字： 成 绩 年 月 日 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算
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摘 要
励磁控制系统是同步发电机的一个重要组成部分，在保证电能质量、无功率合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面起着十分重要作用。本文针采用了单片机AT89C51作为控制核心和适合大容量的自并励方式设计了300MVA的水轮发电机励磁控制系统。在硬件电路中进行了模拟量检测电路和功率因数测量电路的设计，通过编程控制单片机在软件上实现了对同步发电机励磁系统调压范围及调差系数的调节与控制。采取了以提高电力系统动态稳定性为目标的线性最优励磁控制方式不仅实现了电压调节，还兼顾了功率及功率因数角的测量。
关键词： AT89C51；自并励；调差系数；线性最优控制
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目 录
第1章 绪论 .......................................................... 1
1.1 励磁控制系统概况 ............................................. 1 1.2 本文主要内容 ................................................. 1 第2章 发电机自并励励磁自动控制系统硬件设计 .......................... 3
2.1 发电机自并励励磁自动控制系统总体设计方案 ..................... 3 2.2 单片机最小系统设计 .......................... 错误！未定义书签。 2.3 发电机自并励励磁自动控制系统模拟量检测电路设计 ............... 7 2.4 直流稳压电源电路设计 ......................................... 8 第3章 自并励励磁控制系统软件设计 ................................... 11
3.1 软件实现功能综述 ............................................ 11 3.2 流程图设计 .................................................. 11
3.2.1 主程序流程图设计 ...................................... 11 3.2.2 模拟量检测流程图设计 .................................. 12 3.3 程序清单 .................................................... 13 第4章 系统仿真与分析 ............................... 错误！未定义书签。
4.1 系统仿真模型建立 ............................ 错误！未定义书签。 4.2 系统仿真模型的设计 .......................... 错误！未定义书签。 第5章 课程设计总结 ................................................. 15 参考文献 ............................................................ 15
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第1章 绪论
1.1 励磁控制系统概况
励磁控制系统是同步发电机的一个重要组成部分，在保证电能质量、无功率合理分配和提高电力系统运行的可靠性方面起着十分重要作用。励磁系统主要作用是为同步发电机励磁绕组提供直流电流，并且励磁调节器通过控制励磁电压及励磁电流，担负着对电力系统稳定运行的控制和保护功能。
随着大规模集成电路技术及计算机技术发展，采用微处理器作为硬件控制核心的微机励磁控制器将成为今后励磁控制器发展方向。数字控制的励磁调节器由以下几个优点：
（1）由于计算机具有计算和逻辑判断功能，使得复杂的控制策略可以在励磁控制中得到实现。
（2）调节准确、精度高，在线该变参数方便。在数字是励磁调节器中，信号处理、调节控制规律都由软件来完成，不仅简化控制装置，而且信号处理和控制精度高。
（3）可靠性高，无故障时间长等。
因此本文采用了单片机进行控制的发电机励磁系统。
同步发电机励磁方式根据励磁电源不同分为：直流励磁机、交流励磁机和静止励磁机方式。直流励磁方式有自励式和他励式两种，他用具有整流子的直流发电机作为励磁电源。不受电力系统中非正常运行状况影响。交流励磁机方式有自励式和他励式两种，经半导体可控硅整流后供给发电机励磁。同样发电机励磁也不受电力系统运行情况变化的影响。但由于交流励磁机的电枢反应压降相对直流机励磁机大些，在发电机近端短路故障时可能会造成强力不足。静止励磁方式用接于发电机出口或厂用母线上的变压器作为交流励磁电源，经半导体整流后供给发电机励磁绕组。静止励磁系统直接对转子励磁，其显著特点是具有高起始励磁电压响应速度，易于实现高起始响应比。具有结构简单、造价低既能减少轴系统振动等优点。因此在本文采用里静止励磁方式。
励磁控制系统是由励磁功率单元、励磁控制器和同步发电机共同组成的反馈系统。励磁功率单元和励磁控制器组成的系统就是人们通常所说的励磁系统。励
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