摘要：電能質量主要有三個指標，即電壓頻率、電壓幅值、相位關系。然而實際水力發(fā)電中所產生的電能是不理想的。如果把發(fā)電機組和智能控制看作整體來設計，通過水輪機光電碼盤傳感器，把速度采集后傳送到DSP芯片，與設定值進行比較，進行PID調節(jié)，輸出對調速器進行控制;同時采集發(fā)電機輸出端的電壓與標準值進行比較，通過電壓互感器采集數據進行PID調節(jié)，計算輸出電壓來控制勵磁電流。從而實現機組優(yōu)化控制，得到較為優(yōu)質的電能對社會具有重要意義。

電能由于其生產、使用方便，輸送安全經濟的優(yōu)點逐漸成為了世界第一能源。并且，電能相較于其他能源具有可再生性，能夠廣泛運用于社會生產生活，對社會發(fā)展具有重要意義。電能如此重要，所以我們才需要對其加以控制，使電能更好地方便人們的日常生活、維護社會的和諧以及國家的穩(wěn)定。我們都知道任何電產品都有關于額定電壓、電流、功率等相關指標，這也就是說明我們所提供給用戶的電能也應該有詳細的指標，即是電能質量指標。因此，控制發(fā)電源頭，使生產出來的電不斷趨近于合格指標然后再并入電網，可以使可用電能得到極大的優(yōu)化。

1 目前水力發(fā)電現狀

從我國的地域資源來看，河流眾多的情況為水利發(fā)電帶來了巨大的潛力，尤其是小型水利發(fā)電。但目前小型水電站綜合自動化程度并不高。在相關技術已經成熟的條件下，研發(fā)高性能、低成本的小水電機組綜合自動化系統顯得尤為重要。不同結構和功能的水電控制系統已有開發(fā)，如初步研究和探討了水輪發(fā)電機組綜合控制器理論設計，設計了多CPU實現的小水電多功能一體機。其中多CPU的設計條理清楚，結構明晰，但這種方案對于小型水電站來說造價偏高，且多CPU資源不能充分利用。隨著DSP技術的高速發(fā)展，集機組保護、勵磁控制、調速控制、水機自動化和通信等功能于一體的綜合控制器更加完善，它既降低了小水電站控制裝置的成本，又提高裝置的可靠性和控制性能指標，實用價值極高。

2 控制系統總體設計

2.1 控制系統硬件結構圖

系統的工作原理是：TMS320LF2407DSP芯片是系統中的核心控制，當系統開始運行時，計算機利用串口通信向TMS320LF2407DSP芯片發(fā)送控制指令和參數，DSP通過中斷的方式接受控制指令和相關參數，經芯片內部運算部分運算處理后，將接受到的控制指令和參數轉化為同步電機的執(zhí)行指令，DSP再根據電機執(zhí)行指令控制通用輸入/輸出引腳向步進電機驅動器發(fā)出脈沖信號。其中DSP芯片是控制核心，外圍電路可添加顯示器等。該芯片自身帶有A/D轉換器、I/O口以及通信接口，還帶有一般控制器并不具備的故障保護電路、數字測速以及PWM生成功能，簡化了系統的硬件部分配置。

2.2 控制系統軟件設計及PID算法

2.2.1 控制系統軟件設計

控制器的軟件采用C語言編寫，軟件主要由主程序、定時器、中斷程序及PWM脈沖產生中斷程序構成。其中，系統初始化程序包括設置時鐘，初始化I/O口、A/D口及PWM口。主程序在檢測I/O口狀態(tài)后，將其值存入寄存器，當中斷來臨時，設置PID參數，輸入采樣值，將采樣值與給定值進行比較并計算偏差量，根據偏差量計算當前時刻控制量，輸出控制值并保持偏差值。

2.2.2 PID算法的數字實現

PID調節(jié)算法適用于模擬調節(jié)系統，由于計算機系統只能接收數字量，因此，要想在計算機中實現PID調節(jié)，必須把PID算法數字化，然后才能用計算機實現。

PID算法數字化：

式中，T為采樣周期，必須使T足夠小，才能保證系統的精度;E(k)為第k次采樣時的偏差值;E(k-1)為第k-1次時的偏差值;k為采樣序號，k=0、1、2…;P(k)為第k次采樣時調節(jié)器的輸出。

由于式(3)的輸出值與閥門開度位置對應，因此，式(3)為位置型PID的位置控制算式。

根據遞推原理，則k-1次的PID輸出表達式：

令△P(k)=P(k)-P(k-1)，式中Kp、KI、KD與式(5)相同。此式表示輸出一個增量為第k次和k-1次的差值，所以又叫增量型PID控制算式。

3 結束語

電力系統的穩(wěn)定運行對于國民經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高一直具有重大的意義。本設計研究主要在于讓原本獨立考慮的勵磁系統和調速系統結合起來，通過DSP芯片把獨立的控制結合起來根據機組運行狀態(tài)，實現了傳統控制裝置的協調控制的同時提高控制的運算速度和精確度，從而生產出滿足生產生活的優(yōu)質電能。與過去采用單片機和CPU來實現控制和運算相比，DSP芯片的運用更具有實用價值。