励磁控制装置、方法及电子设备与流程

本技术涉及电力系统，具体涉及一种励磁控制装置、方法及电子设备。

背景技术：

1、一般情况下大型水轮发电机都在发电机达到额定转速后进行发电，在我国并网发电机组频率为50hz。发电机一般都是自并励发电机，为转子绕组提供磁场电流的励磁电源取自于发电机机端，即发电机机端电压经过励磁变压器降压后由三相可控硅整流桥向转子绕组提供励磁电流，发电机转子为电感负载，在三相整流时会产生严重的电压畸变，而可控硅整流触发都是通过线电压过零点作为触发角起始点，因此需要过滤掉可控硅换向产生的电压干扰，对三相交流电压(也称同步电压)进行低通滤波。

2、对发电机励磁电压的控制采用公式ud＝1.35ulcosα进行控制，ud为励磁电压，ul为三相励磁电源线电压，ul一般取发电机额定励磁电压的2倍，励磁系统对触发角α的限制要求是20°～150°，在相关技术中，可控硅触发电路一般采用两级二阶低通滤波器在50hz移相180°，正好与原波形反向重合，过零点正好作为触发角起始点。但是该电路只能在50hz下正确触发，当频率不是50hz时，过零点发生相移，导致触发角发生变化，当发电机频率在30hz、50hz和85hz下的同步方波信号与输入电压信号关系见图1、图2和图3。可见，相关技术中的励磁控制电路仅适用于50hz，不适用于其他频率的输入电压信号，即相关技术中的励磁控制电路的适用性较差，无法适用于宽频率范围的输入电压信号。

3、针对相关技术中存在的励磁控制电路的适用性较差的技术问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、本技术提供了一种励磁控制装置、方法及电子设备，以至少解决相关技术中存在的励磁控制电路的适用性较差的技术问题。

2、第一方面，本技术提供了一种励磁控制装置，包括：三相变压器，移相单元，电压比较单元，脉冲触发器，其中，三相变压器的输入端接入三相输入电压信号，三相变压器的输出端与移相单元的输入端电性连接，移相单元用于对三相输入电压信号进行移相处理得到目标移相信号，其中，三相输入电压信号的频率大于或等于第一频率阈值、且小于或等于第二频率阈值，第一频率阈值小于50hz，第二频率阈值大于50hz，目标移相信号与三相输入电压信号之间的相位差位于100°至140°范围内；移相单元的输出端与电压比较单元的输入端电性连接，电压比较单元用于对目标移相信号进行过零点比较，得到同步方波信号；脉冲触发器的输入端与电压比较单元的输出端电性连接，脉冲触发器用于根据同步方波信号生成目标脉冲触发信号，并基于目标脉冲触发信号对三相全控整流器中的可控硅晶闸管进行脉冲触发控制，其中，目标脉冲触发信号是以同步方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到的，预设角度等于理论触发角与目标补偿角之和，目标补偿角是基于预先建立的补偿相位表确定出的，补偿相位表中包括输入电压信号的频率与补偿角之间的对应关系，理论触发角是励磁系统根据发电机端电压确定出的触发角。

3、通过采用上述技术方案，励磁控制装置中包括三相变压器、移相单元、电压比较单元及脉冲触发器，移相单元对三相输入电压信号进行移相处理得到目标移相信号，其中，目标移相信号与三相输入电压信号之间的相位差位于100°至140°范围内，三相输入电压信号的频率在第一频率阈值至第二频率阈值之间，即输入电压信号的频率可以是包括50hz在内的较宽的频率范围；再通过电压比较单元对目标移相信号进行过零点比较，得到同步方波信号，脉冲触发器根据同步方波信号生成目标脉冲触发信号，其中，目标脉冲触发信号是以同步方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到，预设角度等于理论触发角与目标补偿角之和，即预设角度为实际触发角，这样可以使得实际触发角误差控制在很小的范围内，再基于目标脉冲触发信号对三相全控整流器中的可控硅晶闸管进行脉冲触发控制。避免了相关技术中当输入电压信号频率为小于50hz或大于50hz时，如30hz或85hz，发电机无法正常运行的问题，解决了相关技术中存在的励磁控制电路的适用性较差的技术问题，达到了扩大励磁系统的适用范围的效果。

4、可选的，三相变压器的原边和副边均采用星形连接方式，移相单元包括第一移相器、第二移相器和第三移相器，其中，第一移相器的输入端与三相变压器的第一相输出端电性连接，第一移相器用于对输入电压信号uab进行移相处理得到第一移相信号，第二移相器的输入端与三相变压器的第二相输出端电性连接，第二移相器用于对输入电压信号ubc进行移相处理得到第二移相信号，第三移相器的输入端与三相变压器的第三相输出端电性连接，第三移相器用于对输入电压信号uca进行移相处理得到第三移相信号，目标移相信号包括第一移相信号、第二移相信号和第三移相信号；电压比较单元包括第一比较器、第二比较器和第三比较器，其中，第一比较器的反相输入端与第一移相器的输出端电性连接，第二比较器的反相输入端与第二移相器的输出端电性连接，第三比较器的反相输入端与第三移相器的输出端电性连接，第一比较器用于对第一移相信号进行过零比较以得到第一方波信号，第二比较器用于对第二移相信号进行过零比较以得到第二方波信号，第三比较器用于对第三移相信号进行过零比较以得到第三方波信号，同步方波信号包括第一方波信号、第二方波信号和第三方波信号。

5、通过采用上述技术方案，三相变压器的原边和副边均采用星形连接方式，其中，副边的三个输出端分别对应一个移相器，即有三路移相器，每个移相器分别对其中一个输入电压信号进行移相处理，如第一移相器对输入电压信号uab进行移相处理得到第一移相信号，第二移相器对输入电压信号ubc进行移相处理得到第二移相信号，第三移相器对输入电压信号uca进行移相处理得到第三移相信号；每个移相器的输出端又分别连接一个对应的比较器，即电压比较器，对第一移相信号、第二移相信号、第三移相信号分别进行过零比较，即与零电压进行比较，从而得到对应的第一方波信号、第二方波信号、第三方波信号，即实现了得到同步方波信号的目的，进而可以据此得到相应的脉冲触发信号，以对三相全控整流器中的可控硅晶闸管进行脉冲触发控制。

6、可选的，脉冲触发器与第一比较器的输出端、第二比较器的输出端及第三比较器的输出端均电性连接，其中，脉冲触发器根据第一方波信号生成第一脉冲触发信号，脉冲触发器根据第二方波信号生成第二脉冲触发信号，脉冲触发器根据第三方波信号生成第三脉冲触发信号，目标脉冲触发信号包括第一脉冲触发信号、第二脉冲触发信号及第三脉冲触发信号，第一脉冲触发信号是以第一方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到的，第二脉冲触发信号是以第二方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到的，第三脉冲触发信号是以第三方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到的。

7、通过采用上述技术方案，脉冲触发器与第一比较器、第二比较器及第三比较器分别电连接，脉冲触发器根据第一方波信号生成第一脉冲触发信号，根据第二方波信号生成第二脉冲触发信号，以及根据第三方波信号生成第三脉冲触发信号，即得到三路脉冲触发信号，其中，每路脉冲触发信号均是以对应的方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到的，方波信号的翻转时刻为触发角的起始时刻，再延迟预设角度之后控制脉冲触发，这样可以使得实际触发角误差控制在很小的范围内。

8、可选的，第一移相器、第二移相器及第三移相器均由一级二阶低通滤波器组成，第一移相信号与输入电压信号uab之间的相位差位于100°至140°范围内，第二移相信号与输入电压信号ubc之间的相位差位于100°至140°范围内，第三移相信号与输入电压信号uca之间的相位差位于100°至140°范围内。

9、通过采用上述技术方案，第一移相器、第二移相器及第三移相器均由一级二阶低通滤波器组成，通过移相器使得相位差位于100°至140°范围内，使得移相后得到的移相信号，如第一移相信号、第二移相信号及第三移相信号，与其他输入线电压信号之间重合或接近，再通过目标补偿角进行补偿，使得最终的触发角误差控制在±1°范围内。相比于相关技术中一般采用两级二阶低通滤波器在50hz移相180°的方案，本技术方案既可以实现对宽频率范围的发电机可靠励磁的目的，还可以实现节约电路设计成本的目的。

10、可选的，第一移相器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容及第一运算放大器，其中，第一电阻的第一端与三相变压器的副边的第一相输出端电连接，第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第一运算放大器的反相输入端连接，第一运算放大器的同相输入端与三相变压器的副边的公共端均连接接地端，第三电阻连接于第一电阻的第二端与第一运算放大器的输出端之间，第一电容连接于第一运算放大器的反相输入端与第一运算放大器的输出端之间，第二电容连接于第一电阻的第二端与接地端之间；第二移相器包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第三电容、第四电容及第二运算放大器，其中，第四电阻的第一端与三相变压器的副边的第二相输出端电连接，第四电阻的第二端与第五电阻的第一端连接，第五电阻的第二端与第二运算放大器的反相输入端连接，第二运算放大器的同相输入端与三相变压器的副边的公共端均连接接地端，第六电阻连接于第四电阻的第二端与第二运算放大器的输出端之间，第三电容连接于第二运算放大器的反相输入端与第二运算放大器的输出端之间，第四电容连接于第四电阻的第二端与接地端之间；第三移相器包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第五电容、第六电容及第三运算放大器，其中，第七电阻的第一端与三相变压器的副边的第三相输出端电连接，第七电阻的第二端与第八电阻的第一端连接，第八电阻的第二端与第三运算放大器的反相输入端连接，第三运算放大器的同相输入端与三相变压器的副边的公共端均连接接地端，第九电阻连接于第七电阻的第二端与第三运算放大器的输出端之间，第五电容连接于第三运算放大器的反相输入端与第三运算放大器的输出端之间，第六电容连接于第七电阻的第二端与接地端之间。

11、通过采用上述技术方案，三路移相器采用相同的电路设计方案，可以使得输出信号更加稳定，达到有效减少噪声干扰的目的。

12、在本技术的第二方面，还提供了一种励磁控制方法，应用于上述任一项的励磁控制装置中，包括：对三相变压器的三相输入电压信号进行移相处理，得到目标移相信号，其中，三相输入电压信号的频率大于或等于第一频率阈值、且小于或等于第二频率阈值，第一频率阈值小于50hz，第二频率阈值大于50hz，目标移相信号与三相输入电压信号之间的相位差位于100°至140°范围内；对目标移相信号进行过零点比较，得到同步方波信号；根据同步方波信号生成目标脉冲触发信号，其中，目标脉冲触发信号是以同步方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到的，预设角度等于理论触发角与目标补偿角之和，目标补偿角是基于预先建立的补偿相位表确定出的，补偿相位表中包括输入电压信号的频率与补偿角度之间的对应关系，理论触发角是励磁系统根据发电机端电压确定出的触发角；基于目标脉冲触发信号对三相全控整流器中的可控硅晶闸管进行脉冲触发控制。

13、通过采用上述技术方案，对三相输入电压信号进行移相处理，得到目标移相信号，其中，目标移相信号与三相输入电压信号之间的相位差位于100°至140°范围内，三相输入电压信号的频率在第一频率阈值至第二频率阈值之间，即输入电压信号的频率可以是包括50hz在内的较宽的频率范围；再对目标移相信号进行过零点比较得到同步方波信号，然后，根据同步方波信号生成目标脉冲触发信号，其中，目标脉冲触发信号是以同步方波信号的翻转时刻为起点并延迟预设角度之后得到，预设角度等于理论触发角与目标补偿角之和，即预设角度为实际触发角，这样可以使得实际触发角误差控制在很小的范围内，再基于目标脉冲触发信号对三相全控整流器中的可控硅晶闸管进行脉冲触发控制。避免了相关技术中当输入电压信号频率为小于50hz或大于50hz时，如30hz或85hz，发电机无法正常运行的问题，解决了相关技术中存在的励磁控制电路的适用性较差的技术问题，达到了扩大励磁系统的适用范围的效果。

14、可选的，根据同步方波信号生成目标脉冲触发信号，包括：确定与三相输入电压信号的频率对应的目标补偿角；将目标补偿角与理论触发角之和确定为预设角度；以同步方波信号的过零点为起点延迟预设角度得到目标脉冲触发信号。

15、通过采用上述技术方案，先确定与三相输入电压信号的频率对应的目标补偿角，即不同的频率均有对应的补偿角，将目标补偿角与理论触发角之和确定为预设角度，即将目标补偿角与理论触发角之和作为实际触发角，然后，以同步方波信号的过零点为起点延迟预设角度得到目标脉冲触发信号，或以同步方波信号的翻转时刻为起点延迟预设角度得到目标脉冲触发信号。实现了根据同步方波信号得到用于控制三相全控整流器的可控硅的脉冲触发的目标脉冲触发信号的目的。

16、可选的，确定与三相输入电压信号的频率对应的目标补偿角，包括以下之一：在三相输入电压信号的频率小于50hz的情况下，按照以下公式确定目标补偿角：θ＝(50.16-f)×0.575，其中，θ为目标补偿角，f为三相输入电压信号的频率；在三相输入电压信号的频率大于50hz的情况下，按照以下公式确定目标补偿角：θ＝(50.16-f)×0.525，其中，θ为目标补偿角，f为三相输入电压信号的频率。

17、通过采用上述技术方案，针对不同的输入电压信号的频率，采取对应的计算公式进行目标补偿角的计算，即对相位差进行补偿，当三相输入电压信号的频率等于50hz时，可以不计算目标补偿角，即不需要进行补偿。根据输入电压信号的频率的不同，可以确定出相应的目标补偿角的目的。

18、可选的，在确定与三相输入电压信号的频率对应的目标补偿角之前，上述方法还包括：建立补偿相位表，其中，补偿相位表中包括不同输入电压信号的频率与补偿角之间的对应关系。

19、通过采用上述技术方案，可以预先建立补偿相位表，这样可以快速确定出与输入电压信号的频率相对应的补偿角，从而可以准确地得到对应的脉冲触发信号。

20、在本技术的第三方面，还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器上存储有计算机程序，处理器执行程序时实现上述任一项的方法步骤。

21、在本技术的第四方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有指令，当指令被执行时，执行上述任一项的方法步骤。

22、综上所述，本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

23、1、避免了相关技术中当输入电压信号频率为小于50hz或大于50hz时，发电机无法正常运行的问题，解决了相关技术中存在的励磁控制电路的适用性较差的技术问题，达到了扩大励磁系统的适用范围的效果。

24、2、相比于相关技术中一般采用两级二阶低通滤波器在50hz移相180°的方案，本技术方案既可以实现对宽频率范围的发电机可靠励磁的目的，还可以实现节约电路设计成本的目的。