电动钻机柴油发电机组控制器的设计.pdf

《电动钻机柴油发电机组控制器的设计.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电动钻机柴油发电机组控制器的设计.pdf（58页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、学位论文创新性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢：卷。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。论文作者签名： 互纠 同期：学位论文使用授权的说明砒9本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制

2、、公丌阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大!学。论文作者签名：导师签名：日期：型主!口吼盟7注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出(含解密年限等)。丑毕 万一警中文摘要论文题目：专 业：硕士生：指导教师：电动钻机柴油发电机组控制器的设计仪器仪表工程王钊(签名)张奇志(签名)捅 要柴油发电机组作为常用和备用供II!l电源，在电动钻机领域发挥着极其重要的作用和价值，其电气控制系统涉及机械、传感器技术、信号处理技术、计算机控制技术和控制理论等科学领域。因此，数字化、自动化和智能化将会是柴油发电机组自动控制系统发展

3、的必然趋势。目前，柴油发电机组控制系统中的转速控制和电压控制各自独立丌发，虽然两者都采用数字控制，但是两者之问没有联系，不易实现优化控制和发电机组并网后的有功功率和无功功率的均衡分配。因此，本文设计了集转速控制、电压控制、总线通信以及发电机并网功能为一体的柴油发电机组控制器。本设计以TMS320F2812作为主控芯片，采用抗积分饱和PID控制算法，运用双闭环控制理论对柴油机转速和发电机电压进行控制。柴油机转速控制是采用光电码盘测得柴油机转速信号，经过转化与给定的信号比较，送入给DSP进行相应的控制调节，然后经DA与隔离放大器后送给执行器而凋节转速；对发电机电压和电流信号进行采样，经过AD转化后

4、送给DSP控制运算凋=i了，经励磁板调节励磁电流而实现电压控制。本文同时设讨了自动并网模块，将井场单一的发电机组并网运行，形成一个强大的电力系统，以提高井场供电可靠性。实现了人机界面模块对柴油发电机组运行参数的检测及对系统异常情况的报警。最终将设计的柴油发电机组控制器通过实验验证，实验结果表明，柴油发电机组控制系统具有较好的静态和动态特性，达到了设计要求的性能指标。关键词：钻机柴油发电机组TMS320F2812速度控制电压控制发电机并网论文类型：应用研究英文摘要Subject：The design of Diesel Generator Set Controller Based on Elec

5、tric DrillingSpeciality：Detect Technology andName： Kang Jie(signature)Instructor：Zhang Qizhi(signature)Yan Hongliang(signatureAbstractDiesel generating set as a commonly used and the standby power supply，especially in thefield of electric drill plays an extremely important role and value，and its aut

6、omatic controlsystem involving mechanical，sensor technology，signal processing technology，compntercontrol technology and control theory and other scientific fields，therefore，automation andintelligence will be the inevitable developing trend of automatic control systemAt present，the diesel generator s

7、et control system of speed control and voltage controldevelopment independently，there is no link between each other，and generating set grid afterreasonable and balanced distribution of active power and reactive powerThis topic is in orderto improve this kind of situation，bus communication and genera

8、tor interconnection functionas one of the control systemThis design with TMS320F28 1 2 as main control chip，adopts the integral saturation PIDcontrol algorithm，using the double closed loop control theory to control the diesel enginerotating speed and generator voltageDiesel engine speed control is t

9、o adopt the light codedisc measured diesel engine speed signal，The generator voltage and current signal sampling，after AD conversion to DSP control arithmetic，the field plate a由usting excitation current andvoltage contr01In order to improve the well site Realized the manmachine interface moduleof di

10、esel generating set operating parameters detection and alarm system anomaliesWilleventually diesel generating set controller is designed by experimental verification，theexperimental results show that the diesel generator set control system has good static anddynamic characteristics，and reached the d

11、esign requirements of performance indicatorsKeywords：electric drilling rig diesel generator,TMS320F2812，speed control，voltagecontrol，synchronous generator joinThesis：Application Study111目录目 录第一章绪论111研究背景及意义112研究现状2121电动钻机电气控制系统的发展现状2122柴油机调速控制系统的发展现状3123发电机励磁控制系统的发展现状414主要研究内容515创新点516课题来源6第二章柴油发电机组

12、控制器的总体设计721柴油发电机组的组成7211柴油机的工作原理7212发电机的工作原理822柴油发电机组的主要性能指标9221柴油发电机组的技术性能指标9222柴油发电机组的并机性能指标1023电动钻机柴油发电机组控制器的总体设计1024电动钻机柴油机速度控制模块11241柴油机转速控制模块的组成11242柴油机转速控制模块双闭环设计1225电动钻机发电机励磁控制模12251发电机励磁控制模块的组成13252发电机励磁模块的双闭环设计1326柴油发电机组自动并网模块1427人机界面模块1828本章小结1 8第三章柴油发电机组控制器的硬件设计1931柴油发电机组控制器的特点19311数字控制系

13、统的特点19312 TMS320F2812控制器介绍一2032柴油发电机组控制器总体结构设计2433柴油发电机组转速控制硬件设计25331转速控制参数检测26目录332检测信号分析和调节2833-3隔离放大单元29334执行单元3034柴油发电机组励磁控制硬件设计30341励磁控制参数检测30342检测信号分析与处理3235发电机并网模块硬件设计32351并网参数的检测33352并网条件的分析34353合闸信号的控制3536人机界面设计35361液晶模块设计36362键盘模块设计3737印制板设计及抗二f二扰措施3838硬件电路调试3939本章小结。39第四章柴油发电机组控制系统实验及结果分析

14、4141系统实验设计4142实验结果分析4l421柴油机转速控制实验结果及分析41422发电机电压控制实验结果及分析4242-3发电机并网模块实验结果及分析4343本章小结44第五章结论与展望4551结论4552展望45致谢47附录48参考文献5 1攻读硕士学位期间发表的论文53V第一章绪论第一章绪论11研究背景及意义石油钻机是油、气阳丌发的主要设备，随着钻井方法、钻井工艺的发展以及深井、超深井增加，钻机装备和技术不断地发展，钻采技术R趋复杂，传统的机械钻机也越发显得力不从心，大力发展新型电驱动钻机已成为钻机发展的必然趋势。石油钻机的驱动形式主要有机械驱动、液压驱动、电驱动和混合驱动。随着科学

15、技术和电子产品的更新换代，电驱动钻机相比机械驱动钻机而言，其具有调速特性好、经济性能高、可靠性强、故障率低、操作更安全、方便、灵活，易于实现自动控制等一。系列的优越性。因此，工程上广泛的采用电驱动替换效率低。F的机械驱动钻机。电动钻机的电气控制系统主要由柴油发电机组构成的动力及其控制系统，钻井泵、绞车、顶驱主设备构成的直流或交流驱动及其控制系统，辅助电动机、照明、井场各区域供等组成的MCC控制系统三个部分组成。柴油发电机组为井场工程提供电力供应是因为其投资少、能随时启动、及时供电、运行安全可靠、可保证供电电压和频率满足通信设备的要求等特点瞳1。目前，电动钻机动力控制系统正在向全数字控制系统发展

16、，与传统的控制系统相比较，数字控制能够降低控制器的硬件成本、控制器的体积也相对较小、有利于提高系统的可靠性、同时也不存在由于温度变换而引起的温漂问题、对于复杂的算法控制更加简单和灵活、也可以提高系统的智能化程度。柴油发电机组全数字控制系统主要包括带有通信功能的动力控制系统单元，辅助型设备数字控制单元和主站PLC、司钻台从站PLC以及控制中心工控机。它们主要通过现场总线及分布式控制结构对井场的状态集中进行监测和控制。钻机信息系统远程通信的实现，将进一步提高电动钻机的决策管理水平和远程故障诊断能力。但对柴油发电机组而言，调速性能的好坏，是决定整个发电机组电气性能的关键，决定了它的频率特性、电压特性

17、及带载能力。柴油发电机组的电压决定了钻井现场的供电质量，对发电机励磁的调节可以有效地控制发电机的电压，以保证电能质量，合理分配无功功率并提高系统稳定性。柴油发电机组控制器的设计包括转速控制模块和电压控制模块这两个部分，但目前转速控制和电压控制各自独立开发，虽然各自都能实现网络通信化，但是它们相互之间确没有联系，这样就不易实现优化控制和发电机组并网，为了使控制系统在性能指标方面和可靠性方面有质的提高，就需要在控制思想、控制算法、控制系统的实现手段上进行全面的技术改造。本设计就是通过对柴油发电机组控制器的研究，设计具有双闭环的转速控制模块与双闭环的电压控制模块，并将二者结合为一个控制系统：同时设计

18、发电机组并网模块，西安彳i油人学硕十学位论文提高设计系统的并网能力。采用具有高速数字信号处理能力TMS320F2812芯片作为控制核心，以提高控制系统的可靠性，合理分配并网后的有功功率和无功功率，为系统以后实现更加优化的控制算法提供了很好的基础。本文设计的具有调速与调压以及自动并网功能的数字控制系统的综合设计不管是从市场需求还是经济方面来说都具有一定的现实意义。12研究现状121电动钻机电气控制系统的发展现状电动钻机电气控制系统是电动钻机的重要组成部分，主要由动力及其控制系统、驱动及其控制系统和MCC配电及其控制系统三个部分组成，动力及其控制系统主要实现对柴油发电机组的控制，驱动及其控制系统主

19、要实现对绞车、转盘、顶驱、钻井泵等主要设备中交流驱动和直流驱动电动机的控制，MCC配电及其控制系统则是对非调速电机控制以及对照明和生活用电进行控制，如图卜1所示。电气控制系统的技术水平标志着电动钻机的发展现状，近年来，我国在石油钻采工程上大量使用电驱动钻机，替代效率低下的机械钻机，1995年我国成功研制的ZJ60DS及1998年研制的ZJ70DS电动钻机，标志着我国钻机由机械驱动进入电驱动时代。20世纪90年代末，国内在引进国外电动钻机数字控制技术的基础上，开始电动钻机全数字电控系统的研究，该技术是目前电控系统的主流，主要以可编程控制器(PLC)为控制中心，应用全数字控制单元，结合现场总线通讯

20、技术和工控机、触摸屏等数字化装置形成了较为完善的控制方案，其各单元采用微处理器实现软件控制，具有完善的故障自诊断、运行、显示和保护功能，同时全数字控制系统各控制环节的参数可实时调整，以满足钻井工艺的新要求和钻井工况的实时变化3|。图卜1电动钻机电气控制系统的基本结构2第一章绪论近年来，随着钻井装备、工艺的发展及众多配套技术的应用，使得钻井速度得到极大提高，而开发方式的改变也改善了丌发效益。现在国外大多数企业采用一些由专业公司丌发和生产的专用控制单元模块来控制电动钻机n1，而且电动钻机电气控制系统也朝着智能化、网络化、开放化和大型化等发面发展，这必将对现代钻机产生深远影响。(1)动力及其控制系统

21、动力及其控制系统主要是由多台柴油发电机组组成，而柴油机、交流发电机和控制系统组成柴油发电机组。采用闭环控制实现对柴油机转速控制和发电机电压控制，从而满足系统要求的动态性能和静态性能指标，达到合理分配发电机有功功率和无功功率及发电机电压和频率的稳定。多台柴油发电机组自动并网的可靠运行有效的保证钻井现场的电力供应，而现场总线的通讯功能，可对动力控制系统的各种参数进行实时采集、分析、报警等，为控制中心提供重要的决策依据。(2)驱动及其控制系统驱动及其控制系统主要采用全数字直流调速控制技术或全数字变频调速控制技术构成传动控制单元。直流调速主要是速度转向控制，由于直流电动机采用晶闸管整流装置供电，因此通

22、过对电压的控制就可以方便的控制电动机的转速。交流驱动系统先通过整流、经电容滤波、再通过电力电子器件完成逆变最后驱动如钻井泵、绞车和顶驱等交频交流电动机，实现变频变压调速。全数字控制单元具有参数自动优化功能和完善的通信功能、其控制精度高、响应速度快、动态静态调速特性稳定，能够使得电机运行在最佳状态。(3)MCC配电及其控制系统MCC配电及其控制系统具有集中和就地两种控制方式，通过对电力运行参数的监测，可以实现对交流电机的起、停控制和简单的故障检测，具有性能可靠、利于维护和底故障率等优点。在井场上对机械驱动设备、井场照明和生活用电设备等也都由交流电动机控制中心控制口1。122柴油机调速控制系统的发

23、展现状柴油机是柴油机发电机组的动力源泉，并且其属于目前热效率比较高的热力发动机，与高压蒸汽轮机和燃气轮机相比，其燃油消耗低、启动速度快、在应急状态时可在短时间内达到全负荷运行。一般情况下为了保证发电机供电频率的稳定和并网过程中多台发电机之间有功功率的平均分配，需要对柴油机的转速进行控制，所以柴油机都装有性能比较好的调速装置田3。调速器作为柴油机的控制中心，能够根据负载的变化而自动调节喷油嘴喷油量大小以保持柴油机转速的稳定。最早出现的调速器是lilJames Watt发明的离心式机械调速器，接下来发展到机械液压型调速器、电液调速器和电子调速器。随着电子及计算机技术的快速发展以及在调速器上的应用，

24、其从20世纪6070年代研的模拟式电子调速器发展N80年代微处理器和一些输入输出接口组成的数字式电子调速器，通阿安彳i油人学硕十学位论文过对油量、增压压力的控制和转速、齿杆位置的测量以达到控制转速的目的，如德国MTU公司的R082型。由于机械式、液压式调速器中部件的加工难度大、工艺复杂从而影响灵敏度，调速性能也变差，难以实现自动化要求；模拟式电子调速器采用模拟器件较多，因而易受温度的影响而使得控制精度变差。数字式电子调速器，它是将DELCOS微处理器应用在直列泵式上，调速器性能良好、不容易受温度的影响、控制精度高、结构简单和容易维修等等特点，可以有效的提高柴油机的性能和可靠性，但是这一调速器不

25、能实现对油量的反馈控制，因为系统内部没有安置位移传感器，同本电装公司在这一时期丌发的ECD-P3调速系统，具有划时代的意义，它的执行器是以线圈为基础而构成的，能够实现供油定时和油量调节的双重功能。德国MTU公司丌发设计了ECU2A新型数字式电子调速器，系统采用32位MC68332FC为核心控制器，利用串级PID控制算法应用于柴油机上，是柴油机调速系统的代表产品，此外还有女HEIOOE200数字式电子调速器(德国HEINZMANN公司)、DELCOS带微处理器电子调速器(F：I本石川芝浦机械公司)以及PEEC(美国CATERPILLAR牵引机公司)、723数字式电子调速器(WOODWARD公司的

26、)等哺1。20世纪80年代，四川成都引进德国HEINZMANN公司的技术支持，使得国内柴油机电子调速器得以发展，随后中国第一台PD-1型电子调速器(上海船舶运输科学研究所)的出现，标志着我国水平已经达到同期德国技术。从90年代开始，数字式电子调速器得以迅速发展，代表产品如以16位单片机为核心的EECS柴油机电控系统(山西车用发动机研究所)；基于8088CPU用于高速柴油电站数字式电子调速器(哈尔滨工程大学)不但可以实现压力、温度、转速的限制，还可以对各种工作状态下的参数进行监测与故障诊断，达到安全保护的作用；R082电子调速器(哈尔滨工程大学)通过耐久试验，完全具备现代电子调速器的特征；分配式

27、喷油泵(VE泵)数字式电子调速器(无锡油泵油嘴研究所)采用80C31单片机为控制核心，可对柴油机喷油量的大小和供油点位置进行调节埔1。利用MSP430或者HCSl2单片机为核心设计的柴油机电子调速系统，虽然能满足一定的现实要求，但是随着DSP的发展，与单片机比较，DSP器件具有较高的集成度，更快的CPU，更大容量的存储器，而且集成了丰富的片内外设，既具备数字信号处理器卓越的数据处理能力，又像单片机那样具有适于控制的片内外设及接口，因此采用以DSP为核心的调速系统明显有着更好的发展前景。123发电机励磁控制系统的发展现状电动钻机柴油发电机组采用的交流同步发电机，励磁系统指的是向同步发电机转子的励

28、磁绕组提供励磁电流的整套装置，其一般由励磁功率单元和励磁调节器(或励磁控制部分)这两个单元组成。励磁功率单元主要向同步发电机的转子提供励磁电流，而励磁调节器主要是根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出口1。励磁系统的自动励磁调节器对提高电力系统并联机组的稳定性，具有相当大的作用。发电机励磁4笫一章绪论控制系统通过对机端电压偏差作为反馈量进行比例(P)或比例积分(PI)或比例积分微分(PID)调节。20世纪60年代，同步发电机主要采用赢流励磁机励磁，后来发展到自励恒压，但是由于技术发展的局限性，发电机在运行过程中电刷与滑环会受到无线电干扰而使维护人员工作量大增，从而慢慢的推出竞争市场

29、。80年代，随着集成电路电路的快速发展，大量控制芯片应用到励磁调节器中，从而降低发电机的故障卒，同时也提高了工程的自动化程度。21世纪以后，微电子、计算机控制技术和控制理论的迅速发展，同时将DCS和嵌入式系统的概念厂一泛应用到发电机励磁控制系统中，数字式励磁装置经历了自动电压调节器(AVR)励磁控制方式和“AVR+PSS(电力系统稳定器)”结构的励磁控制方式，性能也越来越完善。如GE公司的EX2000数字式励磁系统装置、ROLLSROYCE公司的TMS励磁系统可实现功率柜输出电流控制，ABB公司的UMTROLF双通道励磁装置、同期的UNITROL-P励磁装置哺、而以DSP为控制单元，采用直流采

30、样方法，取得同步发电机的各种电参量设计的励磁控制系统是一种比较理想，同时也是Ij前比较合理的智能控制，在电动钻机的励磁控制系统中有着较好的应用前景。14主要研究内容本设计选用TI公司的TMS320F2812微控制芯片作为数字控制系统的核心，实现对电动钻：饥柴油发电机组控制器的研究开发，完成数字控制系统中对柴油发电机组的柴油机转速控制和发电机励磁控制。设计柴油发电机组的并网模块，使得其能够检测发电机与电网：参数，在满足并网条件时发出合闸信号，同时设计简单的人机界面显示实现对柴油发电j几组频率、电流、油温等参数的监测和设置的功能。研究的主要内容(1)学习研究电动钻机柴油发电机组控制器的整体结构及工

31、作原理，完成柴油机转速控制与发电机励磁控制，同时设计发电机并网模块：(2)设计具有电流反馈内环和转速外环的双闭环调速控制模块；(3)设计励磁电流调节内环和发电机电压外环的双闭环励磁控制模块；(4)完成发电机与电网电压的并网，通过判断两者的幅值、频率和相位大小，准确的发出合闸信号，设计简单的人机界面监测机组运行时的参数；(5)完成并绘制整个数字控制系统电路板，对柴油发电机组控制器进行实验测试，分析和总结实验结果。15创新点以DSP为控制核心，设计将柴油机转速控制和发电机励磁控制功能集成一体的数字式电动钻机柴油发电机组控制器。两安石油大学硕+学位论文16课题来源项目来源：陕西省科技厅；项目名称：电

32、动钻机动力系统动态补偿技术的丌发；项目编号：2010K01-107；6第：章柴油发LH机组控制系统的总体设计第二章柴油发电机组控制器的总体设计21柴油发电机组的组成柴油发电机属于内燃机发电机的一种，山柴油机、三相交流同步发电机和控制系统这三个部分组成，而控制系统主要包括对柴油发动机和同步发电机的保护执行单元、励磁调节器、并网模块、智能控制装置和人机界面等部分组成，柴油发电机组的组成结构图如图2一l所示n1。图21柴油发电机组的组成结构图21-1柴油机的工作原理柴油机必须经过进气、压缩、膨胀、排气四个热力过程即一个工作循环之后，才能恢复起始状态，使柴油机连续不断地产生机械功。目前，柴油发电机组配

33、置的柴油机都是四冲程柴油机，即柴油机活塞走完四个冲程完成一个工作循环。(1)进气冲程进气冲程的目的是吸入新鲜空气，为燃料燃烧作好准备。要实现进气，缸内与缸外要形成压差。因此，此冲程排气门关闭，进气门打开，活塞由上止点向下止点移动，活塞上方的汽缸内的容积逐渐扩大，压力降低，缸内气体压力低于大气压力约68-93kPa。在大气压力的作用下，新鲜空气经进气门被吸入汽缸，活塞到达下止点时，进气门关闭，进气冲程结束。(2)压缩冲程7两安彳i油人学硕十学位论文压缩冲程的目的是提高汽缸内空气的压力和温度，为燃料燃烧创造条件。由于进、排气门都已关闭，汽缸内的空气被压缩，压力和温度亦随之升高，其升高的程度，取决于

34、被压缩的程度，不同的柴油机略有不同。当活塞接近上止点时，缸内空气压力达3000,5000kPa，温度达500-、-700，远超过柴油的自燃温度。(3)膨胀冲程当活塞上行将终了时，喷油器丌始将柴油喷入汽缸，与空气混合成可燃混合气，并立即自燃，此时，汽缸内的压力迅速上升到约6000-9000kPa，温度高达1800-2200。在高温、高压气体的推力作用下，活塞向下止点运动并带动曲轴旋转而做功。随着气体膨胀活塞下行其压力逐渐降低，直到排气门被打开为上去。(4)排气冲程排气冲程的目的是清除缸内的废气。做功冲程结束后，缸内的燃气已成为废气，其温度下降到800一-,900。C，压力下降到294-、一392

35、kPa。此时，排气门打开，进气门仍关闭，活塞从下止点向上止点移动，在缸内残存压力和活塞推力的作用下，废气被排出缸外。当活塞又到上止点时，排气过程结束后，排气门关闭，进气门又打丌，重复进行下一个循环，周而复始不断对外做功143。212发电机的工作原理三相同步发电机的结构包括定子和转子两大部分，同步电机的定子又称电枢，包括机座、端盖、电枢铁芯、电枢绕组装置等部件。转子包括转子铁芯、转子(励磁)绕组、风扇、转轴等部件。同步发电机的主磁场由直流励磁产生，直流电流流经转子线圈，产生磁场。当转子由原动机带动旋转时，气隙中便形成一个转速为胛的旋转磁场，电枢线圈的导体将不断地被磁力线所切割，产生感应电势，感应

36、电势的有效值为E。如果转子的极对数为P，则感应电势的频率厂为厂：丝 (21)。 60因同步发电机的电枢绕组为三相且在空问对称放置，故可得到三相对称感应电势。感应电势的频率与同步发电机转速成F比，我国规定工频为50赫兹，因此，同步发电机的转速与磁极对数之问，严格遵守反比关系，即转速越高，极对数越少，例如：二极发电机(p=1) n=3000转分；四极发电机(p=2) n=1500转分；六极发电机(旷3) n=1000转分；电动钻机配套的柴油机的转速一般为1500转分，所以柴油发电机组一般选用四极发电机(萨2)。第二章柴汕发电机组控制系统的总体设计22柴油发电机组的主要性能指标221柴油发电机组的技

37、术性能指标发电机组的技术性能指标是衡量机组供电质量和经济运行的主要依据，是保证钻井作业顺利进行的一个重要方面，其t要技术性能通常按机组功率因数从O810，三相对称负载在(0100)或(1000)额定值的范围内渐变或突变时，应达到的性能是：(1) 稳态频率调整率艿，()：05(可调)万，=(Z一厶)厂X 100 (22)式中，厂_额定频率，赫兹；五一负载渐变后的稳定频率，取各数值中的最大值，赫兹；正一额定负载时的频率，赫兹。(2)瞬态频率调整率万，()：土5万店=(Us一兀)f100 (23)式中，产额定频率，赫兹：万一负载突变前的稳定频率，赫兹；石一负载突变时的频率，取各读数中的最大值或最小值

38、，赫兹；(3)频率波动率J。()：05万舾=(兀。一。i。)(厶m。+兀。i。)100 (24)式中，石一，石肌胁一同一次观测时INJ的频率最大值和最小值(赫兹)。(4)频率稳定时问：4s频率稳定时间为从频率突变时起至频率丌始稳定在频率波动范围内止所需的时问。(5)稳态电压调整率万()：士25万。=(U1一U)U X 100 (25)式中，U一空载整定电压(伏)；一负载渐变后的稳定电压，取各读数中的最大值或最小值(伏)。U和取三相线电压平均值。(6)瞬态电压调整率万。()：士25万。=(U。一U)U X 100 (26)式中，彤一空载整定电压(伏)；矾一负载突变时的电压，取各读数中的最大值或最

39、小值(Or)；两安彳i油人学硕十学位论文U和以取三相线电压平均值。瓦取三次试验，计算其平均值。(7)电压波动率瓯。()：05万埘=(U6m瓢一U6mi。)(U6m戕+U6mi。)100 (27)式中，乩埘甜和用加一同一观测时间内的电压最大值和最小值(Or)。(8)电压恢复时间：15s电压恢复时问为从电压突变时起至电压第一次恢复到与空载整定电压相差士4的电压值所需的时间。222柴油发电机组的并机性能指标(1)并联基调点：调节并网各机组的输出功率为机组额定功率的75，且为额定功率因数、额定电压和额定频率。此后的实验过程中不得再调节转速和电压。(2)加载方法：在额定功率因数条件下，按下列总功率的百分

40、数和程序变更负载：75_100_75_50_20_50_75，在各级负载下至少运行5分钟。(3)有功功率分配差率万p：垒5万口=(鼻一只)2尸100 (2-8)式中，P一机组的额定有功功率，千瓦；PJ、P2一某一工况下，两台机组各自输出的有功功率，千瓦。(4)无功功率分配差度万。：墅10万。=(QlQ2)2Q100 (29)式中，p一机组的额定无功功率(千瓦)；Q，、Q一某一工况下，两台机组各自输出的无功功率(千瓦)。在额定功率因数下，应能在20100额定功率范围内稳定并联运行。为了提高有功功率和无功功率合理分配精度和运行的稳定性，要求机组中柴油机调速器具有稳态调速率在(25)范围内调节的装置

41、。在控制箱(屏)内的调压装置可使稳态电压调整率在士5范围内调整。此外，还有电压、频率波动率、超载运行时限、瞬态电压、频率调整率及直接启动空载异步电动机的能力等性能1。23电动钻机柴油发电机组控制器的总体设计电动钻机柴油发电机组控制器的设计包括柴油机速度控制和发电机电压控制两大10第二章柴油发电机组控制系统的总体设计部分。为保证供电频率的稳定要对柴油机转速控制，运用双闭环控制理论设计，通过光电码盘测得柴油机的速度信号，并将其转化为与之成正比的脉冲信号输入给数字调速单元，数字调速单元与给定的信号对比，采用抗积分饱和PID算法，再由功率输出环节驱动执行机构改变转速。为保证发电机电压的稳定及无功功率的

42、均衡分配要对发电机的励磁电流进行控制，同样采用双闭环进行设计，通过对功率，电压，励磁的直流采样，将采集到的信号转变成标准的电平信号送入AD模块转换成数字信号，在完成AfD转换之后，AD转换模块会向CPU发出一个中断请求信号，等待CPU对该信号进行处理，每隔一定时间，DSP对该信号进行采样，从而实现相应频率的电压调节。同时设计发电机和电网的并网，采用电压互感器对电网电压和发电机电压进行采样，将采样后的值通过滤波电路后送入给电压比较电路，通过DSP判断并网满足的条件，给出准确的合闸信号。人机界面控制模块的设计会将柴油发电机组运行过程中的各种参数实时的记录下来，发现故障及时报警。电动钻机柴油发电机组

43、控制器的设计的控制框图如图22所示。图22电动钻机柴油发电机组控制器的控制框图24电动钻机柴油机速度控制模块241柴油机转速控制模块的组成柴油机的速度控制对发电的品质有极大影响，必须对其进行准确的速度控制。柴油发电机组调速模块主要由转速检测单元、数字调速器单元及执行机构三个部分组成。检测部分主要是由光电编码器组成，光电编码器测得柴油机的速度信号与位置信号，通过柴油机转速传感器的内部转换电路转换为与柴油机转速成正比的脉冲信号输入到转速控制单元，而转速调节器将所获取的信号与给定的转速信号比较，采用PID算法对转速偏差信号进行调节，将调节后的信号由功率输出环节驱动执行机构改变供油量的大小，从而实现转速的调节哺“。西安石油大学硕士论文242柴油机转速控制模块双闭环设计对于柴油发电机组而言，调速性能的好坏，是决定整个发电机组电气性能的关键，决定了它的频率特性、电压特性及带载能力。同步发电机输出的有功功率是由原动机的机械功率转化而来的，同步机要求原动机有稳定的转速，才能保证频率稳定。柴油机稳定运行的基本条件是输出力矩与外界负载力矩相互平衡，而其输出力矩则主要靠改变循环供油量来调整；当供油调整位置一定时，柴油机的输出力矩就按速度特性变化，由于速度特性曲线较为平坦，故受外界负载的影响很大1。若