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备用通信电源新设计

发布时间:2020-06-30 20:43:04 阅读: 来源:铣床厂家

在通信企业中,电源是通信系统的“心脏”, 是全程全网畅通的根本保障。供电系统的可靠性、稳定性和供电质量,直接影响到通信网络能否稳定的运行。应急、备用通信电源是通信电源系统中不可缺少的部分。在特定的环境和特殊时期都发挥着不可替代的作用。现阶段的应急、备用通信电源,有的只采用了简单的闭环控制,有的甚至还采用着开环控制系统,这必然会造成电源与市电的切换过程时间长、输出电源质量差和消耗能源多的缺点,并且难以满足通信网络的稳定运行的要求。而进口应急、备用通信电源虽然能达到要求,但其价格昂贵,造成了企业开支较大。本文提出了一种新型的应急、备用通信电源的设计方案,能够达到可靠、稳定、操作简单和输出电源质量高的特点。并且由于本系统采用了模糊和神经元等先进的智能控制算法,在实际中必定能够减少能源的消耗。 1硬件设计方案

对于发电机输出电压U=Ceφ n

其中,Ce:电动势常数;φ:励磁磁通;n:转速(r/min);而φ=KfIf (不考虑饱和影响),Kf为比例常数;If为励磁电流。

所以,在保证转速不变的情况下调节励磁电流的大小,才能保证输出电压的恒压特性。

本设计采用了双闭环控制电路,如图1所示。分别是转速闭环和输出电压控制闭环。转速闭环使发电机始终保持在额定转速下运行;电压控制闭环通过调节励磁电流来动态调整输出额定电压。主要控制器件选取如下:

可编程逻辑控制器(PLC):可编程逻辑控制器已广泛用于工业生产中,它以极短的扫描周期,丰富的性能,极大地提高了生产效率。并且能够适应于恶劣的工作环境,和很强的联网和监控功能。本系统选用了SIMENS S7-200 CPU222 。

IGBT:它既具有功率MOSFET高输入阻抗、高速、热稳定性好和驱动功率小的优点,又具有GTR通态电压低,导通损耗小而耐压值高的优点。因此,IGBT在电气传动、电源技术等方面获得广泛应用。

光电编码器:它实现了对转速的高精度采样。比例电磁铁:通过对它两端的电压控制达到对油机油门的线性控制。两端的电压大或内通有效电流大,油门拉大,则油机用油量大,转速快。本系统选用了1T型直流可控电磁铁。

2.1转速闭环设计

转速闭环如图2由光电编码器对转速采样,输入到可编程逻辑控制器(PLC)的输入侧,PLC通过控制算法输出脉宽调制(PWM)到IGBT,控制电磁铁中流过电流大小,从而由比例电磁铁控制油机的油门大小,达到转速N的在线实时调节。

2.2 输出电压控制闭环设计

输出电压控制闭环如图3,通过对电阻R1上的电压采样,即输出实际电压值。这样,采样电压输入到可编程逻辑控制器(PLC)的模数转换模块(AD/DA),PLC通过控制算法输出脉宽调制(PWM)到IGBT,从而控制发电机励磁绕组电流,达到输出电压U的在线调整。

2. 3 流短路保护电路设计

通过R2的压降对输出电流I采样到PLC(AD/DA),由PLC判断处理,例如:采样电流在3 s内,一直达到2倍额定电流时切断电路,起到保护作用。

2.4 三相交流发电机的设计

同样,对于三相交流发电机的设计方案如图5所示,加入了电压、电流互感器,对电压、电流进行采样,其控制过程与直流发电系统类似,本文就不再叙述。

2软件设计

实际中被控系统具有非线性、时变性、时滞性、且由于噪声、负载扰动等因数的干扰,难以建立精确的数学模型或引起对象数学模型的改变,造成控制精度达不到要求。模糊算法和神经元算法正是避免了对象的数学模型建立,就能达到快速、高精度的控制效果。实验中证实,对于被控量大起大落的情况需要模糊算法,它能够起到快速调节的作用;对于高精度细调被控量,要用神经元算法,它能够使被控量在线实时调整到高精度。

2. 1 速闭环软件设计

由于油机在运行中波动较大,特别是启动过程,这就要求使用模糊算法。由于传统的模糊算法需要建立高精度的模糊控制表,而建表要通过大量的计算与实验才能建立。所以为避免复杂的计算与实验,本设计提出了一种双模糊控制算法。

2.1模糊规则建立

将偏差E,偏差变化率EC和控制量U的论域都取为:E=EC=U={-3,-2,-1,0,1,2,3}

双模糊控制算法在本实验系统中有着良好的控制效果。它具有非常短的过渡过程,转速只有±3‰的偏差,并且PLC的运算周期短,对PLC 的性能要求要低很多,这在实际中会节省一大部分硬件投资。这在实际中也是最需要的简单、快速和高精度的控制算法。

2. 2出电压控制闭环设计

由于励磁电流变化范围小,又要求有很高的精度控制,所以本系统选用了神经元PID算法。

其中: Kc、Ti、Td分别为模拟调节器的比例增益、积分时间、微分时间;y(t)为调节器的输出信号;e(t)为调节器的偏差输入信号,是给定制与采样值的差e(t)=r(t)-y(t)。

其中:y(k)是第k次采样时刻计算机的输出;e(k)为第k次偏差;

称为积分系数; 称为微分系数。

采用B-P算法,使用非线性函数

网络的输入层为:x1=e(k)x2=e(k-1)x3=e(k-2)网络的输出层为:Δu=ω1*x1+ω2*x2+ω3*x3

其中,ωi为其系数。从表达式可以看出神经网络控制器具有PID控制器结构,其权系数就等于PID控制器的三个参数。控制器的任务就是就是调整控制量u(k),使得输出y(k)等于r。

由此,可以在线修正权神经网络系数。

控制效果分析

采样周期T=50ms,学习步长为0.001,神经元PID在稳定状态运行时,读取发电机系统输出电压值与额定值偏差小于±5‰,当有扰动时也能很快的恢复到给定值。

2. 3 保护电路

对于电流短路保护,设置采样周期为3秒,当在采样周期内电流达到2倍的额定电流时,停止运行程序,并有相应指示灯显示为电流短路。

同时,系统还设有限速保护。例如,当在2秒内转速一直达到2倍的额定转速时,停止运行程序,并且也设有相应的指示灯,并另设置限速开关保护装置。

3结束语

本文提出的应急、备用通信电源的设计方案,既可以用于通信电源机房,也可以用于移动式应急电源车。通过使用高精度的控制设备,与模糊、神经元算法的应用,做过相关的模拟实验。使本系统具有操作简单、运行可靠、输出电源质量高和环保节能的特点,在备用电源设计中具有一定的通用性,而且本文的设计在实际中得到了较好的应用。

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