PEX-3000微机励磁调节器
技术说明书
南京鹏智电气设备有限公司
二零零三年七月
概 述
PEX-3000微机励磁调节器装置是以MCU、DSP为内核构成的系统芯片（SoC）为核心，配以超大规模现场可编程芯片而构成的新型励磁调节器。它不仅具有早期的微机型励磁调节器的全部调节、控制、限制、保护和容错等功能，而且在运算速度、硬件集成度、抗电磁干扰以及可靠性等方面有了极大的进步。该系统中，调节算法、励磁控制和限制保护等功能由嵌入式、模块化软件实现，交流信号、直流信号等经高速AD采样并经DSP计算实现采集，另外该系统能根据不同的应用对象，通过对采用的可编程芯片进行现场编程和配置，满足不同的系统配置的需要，具有极大的灵活性和适应性。该系统可广泛应用于水轮发电机组自并励、火力发电机组三机或自并励系统的可控硅励磁控制，也可应用于带直流励磁机或交流励磁机的开关式励磁控制，是一种通用性极强的励磁调节装置。
本说明书将从PEX-3000微机励磁调节装置的功能、特点、软硬件配置、基本工作原理等几个方面介绍，以便用户对本产品有一较全面的了解。
第一章 装置的特点及适用范围
§1-1 主要特点
采用了现场网络技术和智能化的设计思想，改变了传统励磁系统结构和数据信息交互方式，大大简化了励磁设备之间的连接，增大了数据和信号的传递，节省了联接电缆，使设备可靠性得到提高，维护更加容易。
1) 调节控制及限制保护功能完备，调试维护手段丰富。
2)由于控制和信息的传递由网络系统通过通信网互联而实现，与传统的双通道励磁系
统结构相比，其控制系统是一个开放的系统，接口和规约是标准和通一的，信息是
透明的，能实现励磁系统与计算机监控系统的通信。
3)A、B两套系统之间采用通信网络联结，系统结构简单，可靠性高。双通道控制系统
间的通信更全面而真实，系统的冗余度和可靠性更高。
4)采用交、直流双重供电系统及进口工业电源，提高供电可靠性。
5)印制板采用多层表面贴装工艺，硬件实现了真正的模块化，即插即用，随时升级。
控制器结构采用全密封设计，精心设计了抗干扰组件，具有很强的抗震动能力和抗
电磁干扰能力。
6)工业级大屏幕液晶显示器，汉化树形菜单。可方便显示主接线图参数、故障报告、
告警信息、定值整定、录波图形、装置内部的测量值、参数、状态等，包括开入开
出，电压电流的有效值、相位、功率、触发角、各种限制保护标志等。采用五健组
合键盘，对装置操作自如、易学易用。
7)交流量采集。采用高性能处理器和高速、高分辨率的A\D转换器，实现每周波24
点采样，结合专用的测量PT,CT，及数字信号处理器（DSP）进行交流量采样计算，保证了测量的高精度及响应速度。
8)能迅速地对电源、硬件、软件的故障进行自诊断及处理，并可进行100个事
件的记录和故障录波。
9)EXsoft V1.0 励磁控制软件包，作为励磁的专用软件产品，提供了各种励磁
调节控制，限制保护，人机接口，通信规约，调试诊断，动态录波等模块。
§1-2 适用范围及使用环境
一、适用范围
PEX-3000微机励磁调节装置适用于各种可控硅励磁系统，以下几个例子（图一至图四）说明PEX-3000微机励磁调节装置几类典型使用。用户可根据发电机的实际情况设计具体的方案。
二、使用环境
1、使用地点的海拨高度不大于3000米
2、环境温度为-10°～+50°
3、环境相对湿度不大于90%
母线
母线
图四 二机他励可控硅励磁系统接线图
母线
4、使用环境的周围介质不应含有爆炸危险和腐蚀气体，所含导电尘埃的浓度不应使绝缘水 平降低到允许值以下。
第二章 主要性能及可靠性指标
§2-1 主要性能
本励磁系统的技术指标能满足和优于DL/T650-1998标准及IEC34-16-1：1991和IEC34-16-3：1996的要求。如：
1、励磁系统可提供2倍额定励磁电压及2倍额定励磁电流，持续时间允许20秒。
2、励磁系统电压响应时间不大于0.1秒。
3、励磁系统调压精度优于0.5%。
4、在下列厂用电源电压及频率偏差下，励磁系统能保证发电机在额定工况下长期连续
运行。
交流380V/220V系统:电压偏差为额定值的±15%频率偏差为-3～+2HZ
直流220V系统: 电压偏差范围为额定值的+20%～-20%
5、励磁调节器交流工作电源电压短时间(不大于50秒)波动范围为55～120%额定值，
频率为45～70HZ范围内，励磁系统能维持正常工作，并能保证强励和强减工作正常
6、励磁系统保证在1.1倍的发电机额定励磁电流和电压下能长期连续运行。
7、励磁系统满足发电机手、自动开，停机；进相、滞相运行；零起升压及线路充电要
求，在和监控系统连接后可接收AVC调节命令。
8、发电机空载电压整定范围从5%到130%。
9、励磁系统设起励装置，保证机组可靠起励。起励装置的电流不超过发电机空载额定
电压下对应的励磁电流的10%，当电压上升时励磁调节器自动切断起励装置。通常正常开机时，残压足以保证自动启动，无须操作起励装置。
10、设有软件正负无功调差，调差率范围±10%。
11、空载阶跃响应：阶跃量为发电机额定电压的5%，超调量小于阶跃量的30%，振荡次
数1次，上升时间0.5s，调节时间不大于5秒。
§2-2 可靠性指标
励磁系统的可使用率 ＞99.9%
平均无故障运行时间不小于 30000小时
年强行退出比小于 0.05%
故障率小于 每年0.4次
第三章 主要功能及技术参数
§3-1 主要功能
PEX-3000微机励磁调节装置是经典和现代控制理论与微机控制技术相结合的新型励磁调节器，是以计算机为核心的实时快速数字式闭环调节装置。它不仅满足各种励磁方式
的调节控制功能,和各种工况下的限制保护功能,而且具有强大的在线智能调试、录波和诊断分析等辅助功能。
一、调节及控制功能
（1） 恒发电机机端电压的P、PI、PD、PID调节规律。
（2） 恒发电机转子电流的P、PI、PD、PID调节规律。
（3） 发电机恒定可控硅触发角运行（他励方式时可选用）
（4） 不同起励方式的选择：100%UFN起励、零起升压及软起励。自励起励时可自动点初励 （5） 无功调差调节，可任意设定正、负调差方式，且调差率大小连续可调
（6） 保证机组突甩负荷时机端电压能迅速稳定在额定电压
（7） 保证机组无冲击地进行手动（电流闭环）/自动（电压闭环）的切换和双机切换
（8） 软件数字整定和比较功能，数字整定的速度可现场设定
（9） 保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况。
（10）可通过串行通讯方式或其它通讯方式接入厂内监控系统
（11）电力系统稳定器（PSS）附加控制
（12）发电机恒无功运行（选用）
二、限制和保护功能
（1） 低励无功瞬时限制及保护，限制定值可实时现场设定
（2） 过励无功延时限制及保护，限制定值可实时现场设定
（3） 发电机励磁电流强励反时限限制及保护，限制定值可实时现场设定
（4） 最大励磁电流瞬时限制及保护
（5） V/F（低频过磁通）限制及保护，当机组转速下降时，如仍维持发电机电压额定将引起发电机及出口变压器过磁通，为保证机组安全运行，在转速下降时，调节器将自动降低发电机电压，转速过低时调节器自动逆变灭磁，限制和保护定值可实时现场设定。
（6） 空载过电压限制及保护，发电机空载运行时，当机端电压超过过压保护设定值时，调节器自动逆变灭磁，过压保护定值可实时现场设定。
（7） PT断线检测和保护，可通过两组PT电压比较和每组PT三相之间电压互相比较判定PT是否断线。PT断线时调节器可自动切换至手动稳定运行。
（8） 可控硅整流柜快速熔断器熔断、停风、部分整流柜切除时限制励磁电流最大值。（9） 电源、硬件、软件故障检测和处理功能。
（10）可控硅脉冲检测和故障处理功能。
三、辅助功能
（1） 每个控制器配置一套智能面板，通过液晶显示器和五键组合键盘，工作人员可
方便地实现对设备运行的实时数据，状态参量，整定参数和故障信息的显示，并可修改整定数据，下发控制命令，进行试验操作等。
（2） 通过外接计算机，同时配置EXsoft V1.0 励磁控制软件包，可以对装置进行调试及录波数据的调出和分析。
§3-2 主要技术参数
一、模数转换器输入参数
AD采样通道： 12路
信号输入量参数：
机端电压UF（励磁PT来） 额定值100伏
机端电压UF（仪用PT来） 额定值100伏
系统电压US（系统PT来） 额定值100伏
定子电流IF（定子CT来） 额定值5A
转子电流IL（转子CT来） 额定值5A
二、开关量输入输出容量
输入 16路光电隔离
输出 16路光电隔离
三、通讯接口
RS485通讯口 与监控系统或DCS通信
CAN通讯口 双套控制器之间通信
RS232通讯口1 与智能面板通信
RS232通讯口2 作为外接调试计算机现场调试使用
四、输出参数：
输出脉冲：可供三相全控整流桥用的六相双脉冲
触发功率：每相脉冲可供5组脉冲变压器回路负载，满足各种额定励磁电流的要求。
五、电源参数
交、直流并联供电。交流输入220V±15%，直流输入220V±20%。
稳压电源A套和B套的电源完全独立
六、指标参数
（1） 可控硅控制角α分辨率：0.005/码
（2） A/D转换量分辨率：2-14，12路。
（3） 控制计算调节速度：20毫秒
（4） 调压范围：5%～130%
（5） 调压精度：<0.5%
（6） 移相范围：0-180度。上下限值可程序设置
（7） 调差：软件无功调差、正负大小任选级差为±0.01%。
（8） 频率特性：频率每变化1%，发电机端电压变化不大小额定值的±0.25%。。
（9） 整定值调节速度：可编程，满足不大于1%每秒，不少于0.3%每秒。
（10）自并激励磁系统：上升<0.08S
（11）下降<0.15S
（12）工作方式：按主从方式工作，B套通道自动跟踪A套通道，A套通道故障时自动切换至B套，无波动。
（13）稳压电源：A套和B套的电源各自独立。
功率消耗：小于200瓦。
第四章系统配置
§4-1 电气配置
一、系统框图
系统框图是以自并激方式为参考做出，其中模拟量输入和开关量的输入输出可根据用户不同的要求配置。PEX-3000微机励磁调节装置自并激系统原理图见图6。
二、表计指示
PEX-3000微机励磁调节装置配有两块直流电压表，用于指示励磁和仪表两路PT的线电压，表计回路中串有保险，以防止电压表短路。在做发电机特性试验时可方便观差发电机电压。
三、操作按钮把手
装置上安装有主从切换、闭环切换、系统电压跟踪、PSS控制、远方/现地选择把手和增磁、减磁、启动、逆变及录波清除按钮，把手用以选择运行方式及功能投切，按钮用于现地操作励磁调节器，远方和就地操作通过远方/就地把手选择
四、电源回路
除了控制器中配有的电源模件提供控制器本身的工作电源外，装置上还配有两套电源回路提供其它元件的工作电源，其中一路为24V操作电源，一路24V脉冲电源，两路5V通讯电源，两套的24V电源输出通过二极管后并联给相应的回路供电，5V通讯电源分别接至本套CAN和RS485通讯口，在电源的输入部分，所有的输入都是经过交直流供电板双路供电，其中交流电源通过隔离变压器，直流直接输入。
五、输入输出继电器
装置的外部开关量信号经过输入和输出继电器隔离，外部输入信号为无源空节点，输出信号也是无源空节点
六、控制器
PEX-3000调节器由以下单板或元件组成
1、CPU 模件 MJ111 2块
2、电源模件 MJ811 2块
3、交流量模件 MJ221 2块
4、脉冲输出模件 MJL01 2块
5、开关量模件 MJ511 2块
6、总线背板 MJ911 2块
7、智能面板 MJ922 2块
七、 软件基本配置
（1）Exsoft 微机励磁调节控制软件包
（2）PSDsoft 系统开发软件包
（3）CPLD 系统开发软件包
图6.发电机自并励励磁系统原理图
§4-2 结构配置
装置采用柜式结构，柜内为立柱加插箱形式，以四根内立柱为主体，形成内框架，柜体外形尺寸为800×600×2200mm（也可由用户自定），柜前门设有玻璃观察窗。柜子设上下通风窗。图7为机柜正面及背面的视图。
柜内设表计层，电源层，控制器层，操作层，继电器层，电源隔离变压器和同步变压器。装置与外部连接的总端子排设在内框架后部两侧，沿后立柱设走线槽。
机柜前门开有观察窗。可监视装置运行是否正常，前门都配有带锁门把。机柜底部开有电缆走线孔，提供用户将现场信号和装置输出信号引入或引出。
机柜正视图机柜背视图
图7 机柜布置图
第五章基本工作原理
§5-1 基本原理
PEX-3000微机励磁调节装置将发电机机端三相电压和三相电流，转子电流和系统电压等信号，通过信号测量回路将信号隔离并处理，经高速、高分辨率A/D实现模数转换，输入到CPU中，经交流量采集算法及数字滤波实现励磁系统数据采集。调节器根据测量到的机端电压，有功功率、无功功率和励磁电流以及机组频率等，实现对发电机励磁的控制，使机端电压维持在恒定值。
调节器具有机端电压和励磁电流及无功功率三种闭环控制运行方式，以及触发角控制的开环运行方式。
正常运行时，调节器按机端电压进行PID调节，并对各种工况进行实时限制判别、故障检测、录波等工作，一旦发现异常情况，自动转换到限制功能，或切换到备用通道，并进行异常或故障报警。在双通道双重控制情况下，备用通道自动实现跟踪主通道的控制调节量、主要工况和状态，以实现无扰动的切换。
§5-2 PEX3000控制器
PEX-3000微机励磁调节装置包括两套完全相同的PEX3000控制器，每套控制器包括：CPU模件、电源模件、交流量模件、开关量模件、脉冲输出模件、总线背板及智能面板。控制器采用双CPU设计，主CPU完成励磁控制调节功能，辅助CPU完成液晶面板显示功能，两个CPU系统之间通过CAN通讯接口进行实时信息交换
PEX3000控制器是以MCU、DSP为内核构成的系统芯片（SoC）为核心，采用大规模现场可编程外围芯片PSD及CPLD，多通道高速A/D转换器，串行接口芯片，D/A转换器等而组成的智能控制系统。其原理框图如下图所示。
一．电源模件
每套控制器机箱内配置一块电源模件（MJ911），此模件后面凤凰端子接入直流220V 电源和交流220V电源（交流电源经过隔离变压器隔离）,交直流电源分别经过AC开关和DC 开关控制，开关后交直流电源经过交直流双路供电电路滤波后进入开关电源，开关电源输出+5V、±12V通过总线背板供机箱内其它板件使用，输入交直流电源有LED指示
二．交流量模件
发电机运行时交流量通过交流量处理板（MJ221）引入系统，其中电压量包括三相励磁PT电压，三相仪用PT电压，三相定子CT电流，可控硅交流输入三相CT电流，其中PT副边电压要求为线电压100V，电流要求为5A，励磁PT电压经过内部PT降压、运放处理一路送去交流采样，一路经过三相整流电路去采样，仪用PT电压经过三相整流电路去采样，三相定子CT电流一路送去交流采样，一路经过三相整流电路去采样，可控硅交流输入三相CT 电流经过三相整流电路去采样
三．开关量模件
开关量输入输出通过开关量模件（MJ511）引入系统，16路开关量输入经过光电隔离后进入CPU读入，控制器输出的故障、控制、报警信号（共16路）经过光电隔离后输出，另外在此板上有二路D/A输出通道，用于测试控制器性能，一路A/D输入通道留作PSS试验时作为白噪声输入口，此回路中加有低通滤波电路和偏置电路
四．脉冲输出模件
脉冲输出模件（MJL01）主要包括6路可控硅触发脉冲功率放大回路，6路脉冲检测回路和脉冲切换回路，同步信号处理回路及系统电压处理回路
五．CPU模件
CPU模件（MJ111）是控制器的核心模件，主要有以下几个部分组成：高速处理器、A/D采样、PSD可编程外围芯片、CPLD大规模逻辑芯片及通讯扩展芯片等，根据励磁控制程序，对同步发电机调节和控制，以及各种限制和保护。
1.CPU具有16位的总线宽度，时钟达40MHZ，高速I/0系统，捕捉功能的计数器的软件定时器，可软件实现可控硅的移相控制和触发脉冲的形成。程序由高级语言编写，易读、简洁。
2.PSD可编程外围芯片
PSD系列可编程微机控制器外围器件，具有闪速存储器和可编程逻辑等在系统可编程特性（ISP），并将许多外围器件的功能组合在一起，通过串行JTAG编程接口允许在系统编程并不需外部编程器，满足嵌入式系统设计的独特要求。该PSD外围芯片，在一块集成芯片上集成了如下功能：
容量为1兆的主闪速存储器。
单独的256K位EEPROM。
16KW位PSAM，掉电时通过切换备用电源，SRAM不会丢失数据。
16个输出宏单元和24个输入宏单元PLD可有效地用于实现多种
逻辑功能。
嵌入式输入和输出宏单元，使用户定义的系统逻辑功能有效地实现。
27种独立可配置I/0端口引脚。
内置的JTAG从属串口使得能在现场进行器件的在系统编程或器件的重新编程。
可编程的电源管理单元，实现低功耗工作方式。
3.CPLD大规模可编程逻辑芯片
CPU模件上使用了两片LATTIC公司生产的CPLD芯片来产生可控硅触发脉冲。CPLD是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路。 它具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、开发工具先进等优点。经过几十年的发展，许多公司都开发出了CPLD可编程逻辑器件。比较典型的就是Altera、Lattice、Xilinx世界三大权威公司的产品，我公司选用的是Lattice公司最近推出的市场上最为常用的MACH4系列的产品。该产品具有以下特点：
z高密度
MACH4系列器件内有32~256个宏单元；32~384个寄存器；I/O引脚32~128个，专用输入2~16个；逻辑容量相当于1250-10000个等效PLD门；封装引脚44~208个。z高速度和速度同步
MACH4系列器件再在引脚数增加和功能增强的情况下，仍保持了速度同步、高速的特点。所有信号，无论路径如何，都有相同的延时，其引脚到引脚的传输时间最快可达7.5ns，相应的计数器频率可达133MHz。
z符合JTAG在线系统可编程
MACH4系列具有JTAG测试接口电路。
z低功耗
z5V和3.3V工作电压混合模式
z热插拔能力
4.通讯接口
控制器中设置了四个串行通讯口,其中一个485口用作485网络接口, 一个CAN口用作CAN 网络接口,一个232口用作和智能面板通讯,另一个232口和485口用于和上位机通讯. 六．智能面板
智能面板(MJ922)是控制器的人机接口，由辅助CPU控制，和控制器通过通讯交换信息，不占用主CPU的运行时间。通过面板上的五键键盘和液晶显示工作人员可方便地实现对设备运行的实时数据，状态参量，整定参数和故障信息的显示，并可修改整定数据，下发控制命令，进行试验操作等，液晶显示界面为全中文树形菜单式结构，操作简单方便。
七．总线背板
总线背板(MJ911)用作信号传输，通过总线背板把控制器中的各模件联系在一起，组成一套完整的控制器，实现各模件之间信号的传送。
第六章 软件介绍
PEX-3000微机励磁调节装置的Exsoft软件包，是在基于Windows环境下开发的励磁程序软件，它包含有各种励磁调节和控制所需要的功能，它不仅具有常规调节器全部的调节功能，而且增加了智能化调试和网络化功能，充分体现了微机励磁调节装置的优越性。
§6-1 励磁调节器的运行方式
PEX-3000微机励磁调节器具有多种运方式，常用的有恒定发电机机端电压方式（电压闭环），恒定发电机转子电流方式（电流闭环），恒定发电机无功功率方式（无功闭环），以及恒定可控硅触发角度开环方式（定角度，他励时可用），在励磁系统正常运行时，运行方式可通过微机励磁调节器上的切换开关及控制器的液晶操作面板改变。
一.电压闭环方式（自动）
IL
励磁调节器通过接于发电机机端的电压互感器（PT）测量发电机当前的电压作为控制器的测量值，和控制器内部的电压给定值进行比较，根据两者的差值进行计算，算出可控硅触发角度，通过可控硅整流改变发电机转子电压，从而改变发电机转子电流，实现发电机机端电压UF1接近电压给定值UFG，△U接近于零。电压闭环运行时，通过增减磁命令改变电压给定值，励磁系统可以自动调整发电机机端电压，如果励磁调节器设有调差系数，则在原闭环的基础上，通过测量发电机定子电流，通过软件计算出发电机无功功率，把无功功率经过调差计算后作为机端电压的附加量，和电压给定值进行PID计算，实现励磁系统发电机无功功率自动调节。简而言之，在电压闭环方式下，发电机空载时，励磁系统的闭环调节保证机端电压始终和电压给定值一致，而在发电机并网时，在发电机机端电压基本恒定时，电压给定值的变化和无功功率的变化相一致。
二.电流闭环方式（手动）
励磁调节器通过接于励磁变压器副边的电流互感器（CT）测量发电机当前的转子电流作为控制器的测量值，和控制器内部的电流给定值进行比较，根据两者的差值进行计算，算出可控硅触发角度，通过可控硅整流改变发电机转子电压，从而改变发电机转子电流，实现发电机转子电流IL1接近电流给定值ILG，△IL接近于零。电流闭环运行时，通过增减磁命令改变电流给定值，励磁系统可以自动调整发电机转子电流，这样可改变发电机机端电压和发电机的无功功率。从调节框图上可以看出，电流闭环调节时，稳定的是发电机转子电流，当发电机机端电压或无功功率因为系统原因变化时，不会有任何调节，需要人工调整，所以一般称之为手动
三.无功闭环方式
励磁调节器通过接于发电机出口的电压互感器（PT）和电流互感器(CT)测量发电机当前的无功功率作为控制器的测量值，和控制器内部的无功给定值进行比较，根据两者的差值进行计算，通过计算的差值改变电压给定值，再经过电压闭环计算出可控硅触发角度，通过可控硅整流改变发电机转子电压，从而改变发电机转子电流，实现发电机无功功率测量值Q 接近无功给定值QG。无功闭环运行方式实际是电压闭环的一种特殊情况，PID计算调节仍然是电压闭环，但此时会在系统无功发生变化时稳定本机输出，无功闭环运行时无功给定值需要通过控制器液晶面板设定，在调节器有限制或故障发生时会自动退出
四.定角度方式（开环手动）
当可控硅输入接至他励电源时，可使用定角度运行方式，励磁调节器接收增减磁信号，直接改变可控硅的触发角度，通过可控硅整流改变发电机转子电压，从而改变发电机转子电流，发电机机端电压、发电机无功功率或定子电流。
由于自动励磁系统的目的是要稳定发电机机端电压和无功功率水平，要求发电机能够根据系统的变化而自动调节，因此励磁调节器正常情况下都应在电压闭环方式下运行，其它运行方式作为电压闭环的备用或试验的方便而设置，如电流闭环在机端PT断线、功率柜故障、及强励动作后会自动转至电流闭环，在发电机或变压器短路试验时可选择定角度方式，根据系统的设计，可以通过励磁调节器上的切换开关人为切换至可以运行的闭环方式，为了保证闭环方式切换时发电机运行工况不变，励磁调节器备用闭环跟踪当前闭环条件下的励磁状态。
§6-2 调节控制
一.调差计算
<0=0>0
L
调差计算流程
调差原理
调差计算是为保证在扩大单元接线时，各台并联机组间无功合理分配而进行的一种无功补偿。在调差功能投入，且调差值不为零时，软件根据当前的发电机无功功率，计算后作为电压闭环PID 反馈电压测量值的附加量参与PID 调节，调差值及调差方向可通过参数修改。 二. PID 计算
发电机恒压或恒流方式下的PID 计算是经典调节算法，PEX-3000中采用理想PID，全量计算方法，保证被控对象调节平稳，无冲击。
将PID 计算的公式离散，近似地用差分方程表示。当t=nT 时，T 为采样周期。 Y K e TK e
e e I nT p nT KT
K n
K T
nT n T D
=++
?+=?∑1
1
1()()
e nT 、e KT 为第n,K 次偏差值，K p 、K 1、K D 分别为比例、积分、微分有关的常数Y nT 为PID 第nT 周期输出。I 为初始值。
PID 调节参数现场可设定，从而可方便根据不同机组容量以及系统所处不同地位而选取不同的P,PI 或PID 调节规律,一般选取PI 或PID。设定参数必须通过发电机空载时特性试验确定，参数选择是否确当直接影响励磁系统的性能及稳定，通过试验方法检查励磁系统动态和静态调节的性能是否满足要求。 三.电力系统稳定器PSS
随着电网的扩大、输电距离的增加，电网的小干扰稳定性减弱，加上国内励磁设备越来越广泛的采用自并激快速励磁系统，更加减弱了系统的阻尼，为了提高输电的稳定性，在现有的励磁调节器上配置电力系统稳定器，利用PSS 来加大发电机阻尼。PEX-3000微机励磁调节装置采用软件实现PSS 功能，无硬件电路，取正比于发电机加速度的有功功率作为PSS 输入信号，PSS 模型采用三阶超前滞后环节，参数可在线设定修改，调整准确方便，为方便PSS 功能的投运，设计时预留了A/D 输入口和D/A 输出口，软件中设计了PSS 测试控制参数，便于现场扫频，及PSS 模型测试。
放大
隔直超前滞后
校正1超前滞后
校正2
超前滞后
校正3
限幅
励磁系统PID+PSS传递函数框图
§6-3 限制及保护功能
一.V/F限制
V/f限制是在机组转速过低时为防止发电机及其出口变压器出现磁饱和而设计的自动限制功能。
在程序设计中设计一个表格，对应从47.5HZ至45HZ每0.25HZ一个点有一个电压给定值上限，当发电机频率下降为47.5Hz或以下时，限制动作，VF_MARK标志置1，如果此时电压给定值大于对应该频率的给定值上限，则下降为该上限，随着频率下降，给定值上限逐渐减小，当频率小于45Hz时，调节器自动逆变灭磁。
二.过励延时限制
过励限制功能用于防止励磁过大导致发电机转子绕组过热，根据制造厂家或电厂给出的有功无功限制曲线(即P-Q限制曲线)使发电机在低于此限制曲线下长期运行。
在程序设计中设计一个表格有功功率从0至额定等分为20个点，对应有功功率每一个点过励限制无功功率值。在发电机并网运行时，控制器取当前有功功率和无功功率值，根据有功功功率值查找过励限制曲线的表格得到对应当前有功条件下过励限制无功设定值，在过励限制软件开关投入的情况下，程序判首先判别是否过励限制是否已经动作，若未动作则执行过励限制动作判别程序，如果当前的无功是否大于限制值，且保持时间超过设定时间，则判定过励限制动作；若已动作则执行过励限制控制程序，根据当前无功值和无功限制值比较，自动增加或减小电压给定值，通过PID计算输出控制角，调整发电机输出无功在限制曲线以内，同时根据当前无功值和机端电压值判别过励限制是否返回。一般情况下，程序默认过励限制为一条直线，设定时只需修改有功为零时的无功限制值和有功为额定时的无功限制值，软件自动生成过励限制曲线表格，如现场有特殊要求时，需特别说明，一般过励限制设定为延时动作，动作时间为20s，过励限制动作后限制增磁，通过减磁来减小发电机无功可退出
过励限制。
三.欠励瞬时限制
欠励限制功能用于防止励磁过低导致发电机失去静态稳定，或因发电机端部磁密过高引起的发热，当发电机进相运行时，根据制造厂或电厂提供的P-Q限制曲线进行瞬时限制，防止发电机失步以及由于进相运行引起电枢端部铁芯过热。
在程序设计中设计一个表格有功功率从0至额定等分为20个点，对应有功功率每一个点欠励限制无功功率值。在发电机并网运行时，控制器取当前有功功率和无功功率值，根据有功功功率值查找欠励限制曲线的表格得到对应当前有功条件下欠励限制无功设定值，在欠励限制软件开关投入的情况下，程序判首先判别是否欠限制是否已经动作，若未动作则执行欠励限制动作判别程序，如果当前的无功是否小于限制值，且保持时间超过设定时间，则判定欠励限制动作；若已动作则执行欠励限制控制程序，根据当前无功值和无功限制值比较，自动增加或减小电压给定值，通过PID计算输出控制角，调整发电机输出无功在限制曲线以内，同时根据当前无功值和机端电压值判别欠励限制是否返回。一般情况下，程序默认欠励限制为一条直线，设定时只需修改有功为零时的无功限制值和有功为额定时的无功限制值，软件自动生成欠励限制曲线表格，如现场有特殊要求时，需特别说明，一般欠励限制设定为瞬时动作，动作时间为60ms，欠励限制动作后限制减磁，通过增磁来增大发电机无功可退出欠励限制。
四.强励定时或反时限限制
当电网发生事故后，自并励励磁系统的发电机强励电压是不确定的，它和事故情况有关。由于转子允许的发热量是固定的，为了保护发电机及其所联接设备不过热，强励电流的倍数愈大，允许持续的时间愈小。当允许强励时间到达后，强励限制动作，励磁电流减到其长期运行允许的最大值。
在程序设计中设计一个表格,根据励磁系统设计时切求的最大强励电流和允许的时间，从转子电流1.1倍至最大强励电流每隔0.1计算一个电流对应的允许时间，作为强励反时限限制曲线的表格。在发电机并网运行时，程序判首先判别是否强励限制是否已经动作，若未动作则执行强励限制动作判别程序，取当前转子电流值，根据转子电流值查找强励限制曲线的表格得到对应当前转子电流下强励限制允许时间设定值，如果保持时间超过设定时间，则判定强励限制动作；若已动作则执行强励限制控制程序，把当前转子电流作为反馈量，允许长期运行的电流作为给定值，通过电流PID计算输出控制角，调整发电机转子电流在限制值运行，同时根据当前转子电流值和机端电压值判别强励限制是否返回。一般情况下，程序默认强励限制为反时限，设定时只需修改最大强励电流及其允许的时间，软件自动生成强励限制曲线表格。
五.可控硅整流柜故障时自动限制发电机负荷。
无论是单整流柜还是多个整流器柜并联运行的励磁系统，如果部分整流柜有故障，如快
熔熔断、风机停风等，都会影响整流系统的出力，为了避免事故扩大，励磁调节器根据设计要求可对发电机转子电流进行限制。一般限制发电机强励。
在程序设计中,励磁调节器检测整流柜故障信号，如果整流柜有故障，程序判首先判别是否负荷限制是否已经动作，若未动作则执行负荷限制动作判别程序，取当前转子电流值，如果大于负荷限制电流设定值，且保持时间超过1秒，则判定负荷限制动作；若已动作则转入电流闭环调节，负荷限制电流设定值作为给定值，通过电流PID计算输出控制角，调整发电机转子电流在限制值运行，同时根据当前转子电流值判别负荷限制是否返回。
注意：上述各种限制动作均应由励磁调节器自动进行，当造成限制动作的原因消除后，励磁调节器能自动复归到正常运行方式，其间无须运行人员干预。
六．PT断线保护
为防止由于电压互感器断线引起测量电压降低，导致励磁系统误强励，调节器取两路PT信号，当某一路PT断线时，调节器可自动判断，发故障信号并切换至另一备用的正常通道。每套控制器分别采样两组PT电压，对应正常接线时控制器1的UF1为励磁PT电压，UF2为仪表PT电压，控制器2正好相反，软件运行时判断UF1小于UF2，且UF1和UF2之间的差值大于设定值，判定UF1对应的PT断线，由于两套PT交叉接线，因此，两套控制器分别判断两组PT断线。另外控制器在判定本套PT断线时自动转至电流闭环运行。
七.空载过压保护
当电压测量UF1的值大于等于参数设定中过压保护电压设值；时间大于过压保护时间设值时，过电压标志动作，小于时标志返回，当过压标志动作时，如果发电机运行在空载工况时，调节器自动逆变
§6-4 自检和自诊断
PEX-3000微机励磁调节器在运行时，软件可不断地对系统中所有主要硬件进行实时检查，当发现硬件故障时，可及时报警，有些故障影响设备安全运行，可从工作通道向备用的正常通道切换。
一.脉冲检测
每套控制器带有脉冲检测电路，可控硅触发脉冲从CPLD输出后，经过光电隔离功率放大进入脉冲切换继电器，当控制器为主通道时，触发脉冲输出至脉冲变压器，当控制器为从通道时，触发脉冲经脉冲检测电阻采样，主通道脉冲检测为输出至脉冲变压器上的触发脉冲是否有丢失，除脉冲变压器二次侧断线不能检测，从通道可以检测到功放管输出的脉冲是否有丢失，脉冲采样电路对输出脉冲经过处理后送入CPLD，配合软件可以检测脉冲丢失和脉冲开路，同步信号故障，及24V电源故障，当调节器输出至脉冲变压器回路有开路时，主套脉冲检测故障，主从切换，从套变为主套，此时脉冲检测故障，会来回切换
二．开关量输入故障
每套控制器有一路开关量输入直接接至24V操作电源，正常时开关量读入应不全为零，如果
程序读入的开关量全为零，开关量输入故障，表明开关量输入电路，或24V操作电源有故障。三．开关量输出检测
每套控制器带开关量输出反读电路，开关量经过光隔输出后，通过反读回路读入和开关量输出比较，如果不一致，报开关量输出故障，表明开关量模件上输出电路有故障。
四．控制参数检测
为了方便设备的调试，每套控制器内部都有一组可修改的设定参数，软件在运行中不断的对参数进行校验，检查校验核是否正确，若不正确，判定参数校验错误，程序取缺省参数运行，保证控制器不会因运行中参数错误误调节。
五．CAN网通讯检测
PEX-3000微机励磁调节装置CAN网络作为主网运行，主通道控制器通过广播方式向网络上的其它设备快速下发电压给定值和可控硅触发角度，在485网络正常时,控制器通过485网络了解各功率柜CAN网状态，当485网络故障时，主套控制器检测CAN接口芯片状态状态判断CAN网是否故障，作为从套控制器，一方面通过检测是否收到主套数据判定CAN网主从通讯状态，另一方面在485网络正常时，通过485网络了解各功率柜CAN网通讯状态。 六．485网通讯检测
PEX-3000微机励磁调节装置的485网络是励磁网络设备交互信息的通道，主通道控制器通过轮询方式向各功率柜下发请求信息，同时下发电压给定值和可控硅触发角度，作为CAN 网故障时备用，通过判断一段时间内是否接收到各功率柜的应答信息来判定网络是否有故障。从套控制器还可以判断是否收到主套下发信息检测本套485接口是否正常。 七．Watch Dog
PEX-3000中设有硬件Watch Dog电路和软件Watch Dog监视程序，当发现程序死锁或停运，由硬件Watch Dog检测报出故障，当发现主程序或中断服务程序运行不正常时，由软件Watch Dog检测报出故障，自动切换至备用通道。
§6-5 附加功能
一.系统电压跟踪
由于系统电压会受到系统负荷变化的影响，尤其对于水电机组，开停机比较频繁，因为系统电压的变化而由同期装置调整励磁改变发电机电压整度较慢同时由于同期装置压差闭锁条件，会使发电机并网操作不平稳，因此在PEX-3000微机励磁调节器中设置了系统电压跟踪功能，在发电机空载运行时，如果功能投入，在机端电压大于80%，且系统电压在90%和110%之间，励磁调节器电压给定值会跟踪系统电压测量值，从而保证发电机电压跟踪系统电压。
二.软起动
在火电三机系统中，当发电机起励时，为了减少运行人员增减磁操作，软件中增加了自动软起动功能，如果此功能投入，控制器收到开机令后自动减小可控硅触发角度，增加发
一、名词解释 1．励磁系统 答：与同步发电机励磁回路电压建立、调整及在必要时使其电压消失的有关设备和电路。 2．发电机外特性 答：同步发电机的无功电流与端电压的关系特性。 3．励磁方式 答：供给同步发电机励磁电源的方式。 4．无刷励磁系统 答：励磁系统的整流器为旋转工作状态，取消了转子滑环后，无滑动接触元件的励磁系统。 5．励磁调节方式 答：调节同步发电机励磁电流的方式。 6．自并励励磁方式 答：励磁电源直接取自于发电机端电压的励磁方式。 7．励磁调节器的静态工作特性 答：励磁调节器输出的励磁电流（电压）与发电机端电压之间的关系特性。 8.发电机调节特性 答：发电机在不同电压值时，发电机励磁电流IE与无功负荷的关系特性。 9．调差系数 答：表示无功负荷电流从零变至额定值时，发电机端电压的相对变化。 10．正调差特性 答：发电机外特性下倾，当无功电流增大时，发电机的端电压随之降低的外特性。11．负调差特性 答：发电机外特性上翘，当无功电流增大时，发电机的端电压随之升高的外特性。12．无差特性 答：发电机外特性呈水平．当无功电流增大时，发电机的端电压不随之变化的外特性。
13．强励 答：电力系统短路故障母线电压降低时，为提高电力系统的稳定性，迅速将发电机励磁增加到最大值。 二、单项选择题 1．对单独运行的同步发电机，励磁调节的作用是( A ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．保持机端电压恒定和调节发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 2．对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( B ) A．保持机端电压恒定； B．调节发电机发出的无功功率； C．调节机端电压和发电机发出的无功功率； D．调节发电机发出的有功电流。 3．当同步发电机与无穷大系统并列运行时，若保持发电机输出的有功 PG = EGUG sinδ为常数，则调节励磁电流时，有( B )等于常数。 X d A．U G sinδ； B．E Gsinδ； C．1 X d ?sinδ； D．sinδ。 4．同步发电机励磁自动调节的作用不包括( C )。 A．电力系统正常运行时，维持发电机或系统的某点电压水平； B．合理分配机组间的无功负荷； C．合理分配机组间的有功负荷； D．提高系统的动态稳定。 5．并列运行的发电机装上自动励磁调节器后，能稳定分配机组间的( A )。A．无功负荷；
励磁调节器运行规程 1、系统介绍： 本套装置为ABB公司生产的UNITROL5000励磁调节器，为静态励磁，整套系统包括励磁变压器、A VR调节器、可控硅整流柜、励磁开关。 1.1、励磁变压器：由三个单相变压器组成，采用Y/Δ- 1接线，容量 为3 X 2000 KV A。具有温度保护装置，发出告警信号。 1.2、A VR调节器：具有两套功能相同的调节器，每套具有三个通道， 分别为自动通道、手动通道、EGC紧急通道。另外在此柜中还具有LCP控制板、维修屏以及开关和继电器等。 1.2.1、逻辑关系：当A路自动通道故障时，切换到B路自动通道；如果这个通道又发生故障，首先判断A路通道是否完好，若完好便切换到A路，不好便切换到B路的手动通道；在B路通道故障时切换到A路的手动通道，切换不成功便切换到B路的EGC通道。 1.2.2 、LCP 控制板用于本地操作UNITROL5000系统，并显示重要的过程信号和故障信号。具有带LED的16个键，用于系统专门的显示和控制；10个控制键用于运行模式和内置功能以及LCD，LCD为8行显示，每行40个字符。 按此键后，出现8个模拟信号，显示信道号，信号名称，值及单位，黄色灯亮，使用滚动键可显示后面的模拟信号。按此键后，出现四个模拟信号，显示信道号，信号名称，值及单位，黄色灯亮，使用滚动键可显示后面的模拟信号。
清除故障信号，按键后，如有故障，会出现最多8条故障通道。第一个故障总是在第一行，接着发生的故障，以故障编号升叙排列。使用滚动键可显示更多的故障。 确认故障信号。所有报告通道都储存在控制板内，此外，特殊警告通道储存在处理器里。要清除这些通道，可较长时间按下复位键。没有活动的警报，键上的灯熄灭。 ↓# 光标键，可选择显示屏1 –8行或1 – 4行中的某一行。当前行突出显示。 ↓↑滚动键，在模拟信号显示中按动时，信号道（反差显示）及模拟值改变。 ↑↑↓↓翻页键，按动时，信道号每次改变10行，故障号每次改变6行。 打印键，按动可打印1 – 8 行的模拟值。黄色指示灯只 （无打印机） 指令键：励磁断路器接通 指令键：励磁断路器关闭 指令键：启励
自动调节励磁系统原理简介 随着电力系统的迅速发展，对励磁系统的静态和动态调节性能以及可靠性等提出了更高的要求。计算机技术、控制理论、电力电子技术的发展也促进了自并励励磁制造技术逐渐趋向于成熟、稳定、可靠。相对其它励磁方式而言，自并励励磁系统具有主回路简单、调节性能优良、可靠性高的优点，已取代励磁机励磁方式和相复励方式，在水电厂得到普遍使用。最近几年，自并励励磁方式也取代了三机励磁方式，成为新建火电厂的首选方案，逐渐在大型汽轮发电机组中推广应用。 1、组成 励磁系统由励磁调节器、功率整流器、灭磁回路、整流变压器及测量用电压互感器、电流互感器等组成。 2、工作原理 自并激励磁系统的励磁电流取自发电机机端，经过整流变压器降压、全控整流桥变流的直流励磁电压，由晶闸管触发脉冲的相位进行控制。一般情况下，这种控制以恒定发电机电压为目的，但当发生过励、欠励、V/F超值时，也起相应的限制作用。恒压自动调节的效果，在发电机并上电网后，表现为随系统电压的变化，机端输出无功功率的自动调节。 一、调节器 励磁系统作为电厂的重要辅机设备，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，随着计算机技术的发展，励磁调节器已经由模拟式向计算机控制的数字式方向发展，大大增加了励磁系统的可靠性。 1、调节器的控制规律 一般用于励磁调节器的控制规律有：PID＋PSS、线性最优控制、非线性最优控制等。关于励磁控制规律，国内外学者普遍认为，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，而不是在某种条件下最优。同时，励磁调节不仅要考虑阻尼振荡，还必须考虑调压指标等性能要求。由于PID+PSS控制方式有很强的阻尼系统振荡的能力，具有较好的适应性以及很好的维持发电机电压水平的能力，又具有物理概念清晰、现场调试方便的优点，因而在国内外得到普遍应用。我公司的励磁调节器的控制规律也采用PID＋PSS控制方式。 国内有些单位也开展了线性最优控制或非线性最优控制规律的研究，并有样机投入工业运行。但到目前为止，还未见到成功应用实例的报道，并且，在现场进行调节器性能的测试时，特别是进行PSS性能测试时还存在着数学模型不够清晰，难以进行参数校正的问题，故在国内的应用还难以推广。 2、调节器通道的冗余 目前，在调节器调节通道的组成上，大多数厂家采用热备用双通道单模冗余结构，即调节器包含两个独立的通道。这两个通道软硬件结构完全相同，调节模式、工作原理完全一致，一套工作，一套备用。这种结构存在一个较大的弱点，那就是单一的工作模式，由于两个通道的完全一致性，同时出现故障的机率比较大。国内曾有多家电厂发生失磁事故，其原因就是调节器的两个通道由于受到干扰而同时死机。 也有少数制造商采用三取二表决型通道，这种冗余结构原理很简单，三个调节通道在反馈、脉冲输出等环节通过软件或硬件比较，选择中间值作为真值。显然，若有两个通道出现问题，表决逻辑就变得混乱了。国内外有学者对其进行过分析，认为这种结构的可靠性远低于热备用双通道单模冗余结构。因此，采用表决器结构的制造商另外加了一个独立的手动通道作为表决器的备用通道，当表决器故障时切换到手动通道运行。这实质上是花费四个通道的成本来获得两个通道的可靠性，得不偿失。国外有些制造商起初也选用过表决型冗余通道，但后来逐渐摈弃不用了。 我公司在90年代初开发了热备用双通道模式冗余结构的励磁调节器，即主通道采用总线工控机为核心的数字式调节器，而备用通道采用以可编程控制器为核心的模数混合式调节器，这两个通道软硬件结构、调节模式、工作原理完全不同，因而被称为双模结构。这种类型的调节器一经推出，即获得用户广泛欢迎，在国内四十多家电厂近百台机组投入运行。 在总结该调节器成功经验的基础上，针对大中型发电机组，我们于97年研制成功微机/微机/模拟三通道双模冗余结构的励磁调节器。 该调节器由两个自动电压调节通道（A、B）和一个手动调节通道（C）组成，这三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立。A套调节器和B套调节器是以STD总线工控机为核心的数字式调节器，而C套调节器则是基于集成电路的模拟式调节器。以下是这两种不同类型调节模式的对比：
学习-----好资料 第二章同步发电机的自动并列 1】同步发电机并列操作应满足什么要求？为什么？ 答：同步发电机并列操作应满足的要求：（1）并列断路器合闸时，冲击电流应尽可能小， 其瞬时最大值一般不超过1~2倍的额定电流。（2）发电机并网后，应能迅速进入同步运行状态，其暂态过程要短，以减少对电力系统的扰动。因为：（1）并列瞬间，如果发电机的冲击 电流大，甚至超过允许值，所产生的电动力可能损坏发电机，并且，冲击电流通过其他电气 设备，还合使其他电气设备受损；（2）并列后，当发电机在非同步的暂态过程时，发电机处 于振荡状态，遭受振荡冲击，如果发电机长时间不能进入同步运行，可能导致失步，并列不成功。 2】什么是同步发电机自动准同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？ 答：调节发电机的电压Ug,使Ug与母线电压Ux相等，满足条件后进行合闸的过程。特点：并列时冲击电流小，不会引起系统电压降低；但并列操作过程中需要对发电机电压、频率进行调整，并列时间较长且操作复杂。 适用场合：由于准同步并列冲击电流小，不会引起系统电压降低，所以适用于正常情况下发电机的并列，是发电机的主要并列方式，但因为并列时间较长且操作复杂，故不适用紧急情况的发电机并列。 3】什么是同步发电机自同期并列？有什么特点？适用什么场合？为什么？ 答：是将一台未加励磁电流的发电机组升速到接近电网频率，滑差角频率不超过允许值, 且在机组的加速度小于某一给定值的条件下，首先合上断路器QF,接着合上励磁开关开关SE给转子加励磁电流，在发电机电动势逐渐增长的过程中，又电力系统将并列的发电机组拉入同步运行。 特点：并列过程中不存在调整发电机电压、频率问题，并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下，仍有可能实现发电机的并列；容易实现自动化；但并列发电机未 经励磁，并列时会从系统吸收无功，造成系统电压下降，同时产生很大的冲击电流。 适用场合：由于自同步并列的并列时间短且操作简单，在系统频率和电压降低的情况下， 仍有可能实现发电机的并列，并容易实现自动化，所以适用于在电力系统故障情况下，有些 发电机的紧急并列。 4】同步发电机自动准同期并列的理想条件是什么？实际条件是什么？ 答：理想条件：频率相等，电压幅值相等，相角差为零。 实际条件：①电压差不应超过额定电压的5%?10 %;笑频率差不应超过额定频率的 0.2 %?0.5 %；③在断路器合闸瞬间，待并发电机电压与系统电压的相位差应接近零，误差不应大于5°。 5】在自动并列装置中，三个条件的检测？ 答：频率差的检测：（1）数字并列装置：直接测得机端电压和电网频率求出.计、二兰 ct 进行判断。（2）模拟并列装置：比较恒定越前时间电平检测器和恒定越前相角电平检测器动 作次序来实现检测；恒定相角先于恒定时间动作时滑差小于允许值，符合并列条件。 电压差的检测：直接读入Ub和LR值，然后作计算比较：采用传感器把交流电压方均根值转换成低电平直流电压，然后计算两电压间的差值，判断其是否超过该定限值，并获得待 并发电机组电压高于或低于电网电压的信息； 直接比较U G和I X的幅值大小，然后读入比较结果。待并发电机电压U G和电网电压U X分别 经变压器和整流桥后，在两电阻上得到与U b U X幅值成比例的电压值U‘G和U X,取U AE=U X-U‘ G,用整流桥得检测电压差的绝对值U AB I ,电压差测量输出端的电位为U D= I △ U A E I -U set , 其中U Set为允许电压差的整定电压值，当U b为正时，表明电压差超过并列条件的允许值。 相角差的检测：把电压互感器二次侧U X、U G的交流电压信号转换成同频、同相的两个方波， 把这两个方波信号接到异或门，当两个方波输入电平不同时，异或门的输出为高电平，用于 控制可编程定时计数器的计数时间，其计数值N即与两波形间的相角差二相对应。CPU可 读取矩形波的宽度N值，求得两电压间相角差的变化轨迹。 学习-----好资料 8】同步发电机自动准同期并列时，不满足并列条件会产生什么后果？为什么？
2.2节半导体励磁调节装置结构及原理 半导体励磁调节装置结构及原理 励磁调节器是励磁控制系统中的智能设备，它检测和综合励磁控制系统运行状态及调度指令，并产生相应的控制信号作用于励磁单元，用于调节励磁电流大小，满足同步发电机各中运行工况的需要。 半导体自动调节励磁装置的型号很多，但其基本构成却相似，由基本控制和辅助控制两大部分作成。如图5—15虚线框内所示基本控制由调差单元，测量比较单元，综合放大单元，移相触发单元和可控整流桥等构成，实现励磁电流的自动调节，以便维持系统电压水平和合理分配机组间的无功功率；辅助控制是为了满足电机不同工况要求，改善电流系统稳定性和励磁系统动态性能而设置的，包括励磁系统稳定器，电力系统稳定器和励磁限制器等，视具体要求设置。 半导体励磁调节系统结构框图 励磁调节器的几个基本环节： 1.测量，给定与比较单元 测量比较环节框图 该单元的任务：测量发电机机端电压，并于给定电压相比较，输出机端电压的偏差信号到综合放大单元。给定电压要求在规定范围内可调。 2.综合放大单元 综合放大电源对电压偏差型号，稳定控制信号，励磁限制信号和各种补偿信号等起综合
和放大的作用（线性迭加），经综合放大后的控制信号输出到移相出发单元作为触发脉冲角度的移相控制信号。其中，电压偏差信号来自上述测量给定比较单元，稳定控制信号来自励磁系统稳定器（ESS）和电力系统稳定器（PSS）,励磁限制信号来自各种励磁限制器，补偿信号来自励磁绕组时间补偿器等。 3.移相触发单元 移相触发单元根据综合放大单元从来的控制信号的变化，改变输出到晶闸管的触发脉冲的相应，即改变控制角？，从而控制晶闸管整流电流的输出电压，达到调节发电机的励磁电流的目的。 移相触发器的基本原理:利用主回路电源电压信号产生一个频率与主回路电源同步的，副值随时间单调变化的信号（称为同步信号），将其与来自综合放大单元的控制信号比较，在两者相等的时刻形成触发脉冲；移相触发器一般由三个功能环节组成:脉冲形成和脉冲放大。 根据信号的形成划分，常见的移相触发器有锯齿波移相（或线性移相）和余玄波移相两种。 锯齿波移相原理：将主回路电源的正弦电压信号整形为方波信号作为门信号，用来控制一个恒流元积分器的充方电，积分器充电时输出一个线性上升的电压波形，该电压波形就是具有与主回路同步且随时间单调变化特点的同步信号，将调节器输出的控制信号与该线性变化的同步信号相比较两者相等时发出触发脉冲。锯齿波移相原理如图3-11所示。 锯齿波移相的特点：（1）控制角与控制电压成正比（或反比）关系（锯齿波移相又称线性移相）；（2）控制角不受主回路电源电压副值得影响；（3）（全空桥输出电压与控制电压成余弦关系。 余弦波移相原理：（1）控制角与控制电压成反余弦关系（2）控制角受主回路电源电压副值的影响；(3)全空桥输出电压与控制电压成正比关系。 4.调差单元 调差单元是并列运行各同步发电机之间合理分配无功功率的关键环节。所谓合理分配无功功率，就是指负荷总无功功率按机组容量百分比（即标玄值）相等的原则分配给各并列机组。
一.发电机的功用 汽车使用的电源有蓄电池和发电机两种。采用交流发电机作为主要电源，蓄电池作为辅助电源。在汽车行驶过程中，由发电机向用电设备提供电源，并向蓄电池充电。蓄电池在汽车启动时提供启动电流，当大电机发出电量不足时，可以协同发电机供电。 二.发电机的分类 1.按磁场绕组搭铁形式分两类 a.外搭铁型（A线路） 磁场绕组的一端（负极）接入调节器，通过调节器后再搭铁。 b.内搭铁型（B线路） 磁场绕组的一段（负极）直接搭铁（和壳体相连）。如下图2-13所示： 2.按整流器结构分四类 a.六管交流发电机（例丰田系列） b.八管交流发电机（例天津夏利轿车所用） c.九管交流发电机（例三菱系列） d.十一管交流发电机（例奥迪、大众汽车用） 三.交流发电机结构 交流发电机一般由转子、定子、整流器、调节器、端盖组成，JF132型交流发电机组件图见图 1.转子 转子的功用是产生旋转的磁场。它由爪极、磁轭、磁场绕组、集电环、转子轴组成，结构图见图
转子轴上压装着两块爪极，两块爪极各有六个鸟嘴形磁极，爪极空腔内装有磁场绕组（转子线圈）和磁轭。 集电环由两个彼此绝缘的铜环组成，集电环压装在转子轴上并与轴绝缘，两个集电环分别与磁场绕组的两端相连。2.定子 定子的功用是产生交流电。它由定子铁心和定子绕组组成。见图 定子铁心由内圈带槽的硅钢片叠成，定子绕组的导线就嵌放在铁心的槽中。定子绕组由三相，三相绕组采用星型接法或三角形（大功率）接法。三相绕组必须按一定要求绕制，才能使之获得频率相同、幅值相等、相位互差120°的三相电动势。 3.整流器、端盖 整流器的作用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。 端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。 四.交流发电机的电压调节器 交流发电机的转子由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为～3左右，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。 为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下几本保持恒定。 1.交流发电机电压调节器按工作原理可分为： a.触点式电压调节器 b.晶体管调节器 c.集成电路调节器
励磁系统励磁调节器技术要求 4.1.1 自动励磁调节器 4.1.1.1 自动励磁调节器应有两个独立的自动电压调节通道，含各自的电压互感器、测量环节、调节环节、脉冲控制环节、限制环节、电力系统稳定器和工作电源等。两个通道可并列运行或互为热备用。 4.1.1.2 自动励磁调节器的各通道间应实现互相监测，自动跟踪。任一通道故障时均能发出信号。运行的自动电压调节通道任一测量环节、硬件和软件故障均应自动退出并切换到备用通道进行，不应造成发电机停机，稳定运行时通道的切换不应造成发电机无功功率的明显波动。 4.1.1.3 自动励磁调节器应具有在线参数整定功能，各参数及各功能单元的输出量应能显示，设置参数应以十进制表示，时间以秒表示，增益以实际值或标幺值表示。 4.1.1.4 自动励磁调节器应具有在线参数整定功能，各参数及各功能单元的输出量应能显示，设置参数应以十进制表示，时间以秒表示，增益以实际值或标幺值表示。 4.1.1.5 自动励磁调节器电压测量单元的时间常数应小于 30ms。 4.1.1.6 自动励磁调节器直流稳压电源应由两路独立的电源供电，其中一路应取自厂用直流系统。
4.1.1.7 励磁调节器的调压范围和调压速度： a)自动励磁调节时，应能在发电机空载额定电压的 70%-110%范围内稳定平滑的调节； b)手动励磁调节时，上限不低于发电机额定磁场电流的 110%，下限不高于发电机空载磁场电流的 20%； c)发电机空载运行时，自动励磁调节的调压速度应不大 于发电机额定电压的 1%/s，不小于发电机额定电压的 0.3%/s。 4.1.1.8 自动励磁调节器应配置电力系统稳定器（PSS）或具有同样功能的附加控制单元。 a)电力系统稳定器可以采用电功率、频率、转速或其组 合作为附加控制信号，电力系统稳定器信号测量回路 时间常数应不大于 40ms，输入信号应经过隔直环节处 理，当采用转速信号时应具有衰减轴系扭振频率信号 的滤波措施。 b)具有快速调节机械功率作用的大型汽轮发电机组，应 首先选用无反调作用的电力系统稳定器。 c)电力系统稳定器或其他附加控制单元的输出噪声应小 于±0.005p.u.。
励磁电流 百科名片 励磁电流 励磁电流就是同步电机转子中流过的电流（有了这个电流，使转子相当于一个电磁铁，有N 极和S极），在正常运行时，这个电流是由外部加在转子上的直流电压产生的。以前这个直流电压是由直流电动机供给，现在大多是由可控硅整流后供给。我们通常把可控硅整流系统称为励磁装置. 目录[隐藏] 励磁电流的调节 自并励微机励磁调节器基本工作原理 CPU控制模块 数据采集模块 显示模块 通信模块 微机励磁调节器软件设计 [编辑本段] 励磁电流的调节 在同步发电机的控制系统中，励磁调节器是其中的重要组成部分。当发电机单机运行时，励磁调节器通过调整发电机的励磁电流来调整发电机的端电压，当电力系统中有多台发电机并联运行时，励磁调节器通过调整励磁电流来合理分配并联运行发电机组间的无功功率，从而提高电力系统的静态和动态稳定性。因此，国内外相关专业人士一直致力于励磁调节器的研究。励磁调节器的发展也由机械式到电磁式，再发展到今天的数字式。目前，数字式励磁调节器的主导产品是以微型计算机为核心构成的，但其造价高，需要较高技术支持，在一些小型机组上推广有一定难度。由此，出现了以MCS-51单片机为核心的励磁调节器[1][2]。MCS-51单片机内部资源较少使得外
围电路复杂，从而影响了整个励磁控制系统的精确性、快速性和稳定性。本文提出了一种基于PIC16F877的同步发电机自并励微机励磁调节器的设计方法。 PIC16F877是美国Microchip公司生产的PIC16F87X系列芯片中功能最为齐全的微控制器。它可以实现在线调试和在线编程，内部带有8路10位A/ D 转换器，8KХ14位FLASH程序存储器,368Х8位RAM,256Х8位的EEPROM,14个中断源和3个定时/ 计数器,片内集成多达15个外围设备模块，因此外围电路大大简化，成本降低。 [编辑本段] 自并励微机励磁调节器基本工作原理 图1为自并励励磁系统的原理接线图。发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变压器LB降压，可控硅整流器KZL整流后给发电机励磁。自动励磁调节器根据装在发电机出口的电压互感器TV和电流互感器TA采集的电压、电流信号以及其它输入信号，按事先确定的调节准则控制触发三相全控整流桥可控硅的移相脉冲，从而调节发电机的励磁电流，使得在单机运行时实现自动稳压，在并网时实现自动调节无功功率，提高电力系统的稳定性。 发电机的线电压UAC和相电流IB分别经电压互感器和电流互感器变送后，经鉴相电路产生电压周期的方波脉冲和电压电流相位差的方波脉冲信号送PIC16F877微控制器，用PIC的计数器测量这两脉冲的宽度，便可得到相位差计数值，即电网的功率因素角[1]。然后通过查表得出相应的功率因素，进一步求出有功功率和无功功率。 控制单元选用一片PIC16F877单片机，因PIC16F877单片机内部有A/D转换功能，从而不用外部A/D模块，这样减少了外部器件，降低了成本，增强了抗干扰能力。PIC单片机根据从输入通道采集的发电机运行状态变量的实时数据，进行控制计算和逻辑判断，求得控制量。在可控硅整流电路中，要求控制电路按照交流电源的相位向可控硅控制极输出一系列的脉冲，才能实现可控硅顺利导通和自然换相。“同步和数字触发控制电路”的作用就是将计算机CPU计算出来的、用数字量表示的可控硅控制角转换为触发脉冲。由功率放大电路将触发脉冲放大后去触发可控硅，从而控制励磁电流。 [编辑本段] CPU控制模块 CPU控制模块是励磁调节器的控制核心，采用美国Microchip 公司生产的PIC1 6F877 单片机。PIC16F877具有独特的RISC(精简指令集) 结构,数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构,使指令只有单字长的特性,且允许指令码的位数可多于8 位 的数据位数,这与传统的采用CISC 结构的8 位单片机相比,可以达到2∶1 的代码压缩,速度提高4 倍。PIC16F877内部带有8路10位A/ D 转换器，8KХ14位FLAS
EXC9000用户手册 第3章 调节器软件功能说明
广州电器科学研究院 广州擎天电气控制实业有限公司
目录 1．调节功能 (5) 1.1 给定值调节与运行方式 (5) 1.2 自动电压调节器和励磁电流调节器 (5) 1.3 电力系统稳定器（PSS） (7) 1.4 调节器工作模式 (9) 1.4.1 发电模式 (9) 1.4.2 电制动模式 (10) 1.4.3 恒控制角模式 (11) 1.4.4 短路干燥模式 (12) 1.5 有功和无功功率补偿 (12) 1.6 调差 (12) 1.7 叠加的无功功率或功率因数控制 (13) 1.8 软起励控制 (13) 1.9 通道间的跟踪 (14) 2．限制功能 (15) 2.1 强励限制和过励限制 (15) 2.2 欠励限制 (16) 2.3 定子电流限制 (17)
2.5 低频 (19) 3. 故障检测及判断 (19) 3.1 同步故障 (19) 3.2 低励磁电流 (20) 3.3 励磁变副边CT故障 (20) 3.4 PT故障 (20) 3.5 调节器故障 (21) 4．防错功能 (21) 4.1 检测容错 (21) 4.2 控制容错 (22) 5. 其它功能 (22) 5.1 R631信号 (22) 5.2 R632信号 (22) 5.3 开机令输出 (22) 5.4 复位 (23) 5.5 通道跟踪 (23) 5.6 内部跟踪 (23)
5.8 恒Q控制 (24) 5.9 恒PF控制 (24) 5.10 人工操作增减磁 (24) 6. 调节器逻辑流程图 (26) 6.1 开机流程 (26) 6.2 停机流程 (27) 6.3 主CPU程序及中断服务流程 (28) 6.4 DSP采样程序及中断服务流程 (29) 6.5 通道切换流程 (29) 6.6 通道跟踪流程 (30) 6.7 系统电压跟踪流程 (30)
发电机励磁调节原理 水轮发电机励磁的自动调节 1 水轮发电机的励磁方式 同步发电机将旋转的机械能转换成为电能,在转换中需要有一个直流磁场。而产生这个磁场的直流电流称为励磁电流。 励磁方式是指发电机获得励磁电流的方式: ?从其它电源获得励磁电流的发电机称为他励发电机; ?从发电机本身获得励磁电流的发电机称为自励发电机。
2由交流励磁机供电的励磁方式 这种励磁方式的发电机(GS采用交流励磁机(G1提供励磁电流。 G1与GS同轴,它输出的交流电流经整流后供GS励磁,因此属于他励方式。 若G1的励磁电流由自身提供,则G1为自励方式; 若G1的励磁电流由另外一台励磁机(称为交流副励磁机G2提供,则G1为他励方式。而G2可以是具有自动恒压装置的交流发电机,并且G2输出的交流电流经整流后供G1励磁。 交流副励磁机 交流 励磁机
励 磁 同步发电机他励他励永磁机励 磁他励励 磁
优点:设备少、结构简单、维护方便;
缺点:在发电机或系统发生短路时,由于电压的大幅下降或消失,导致励磁电流的下降或消失,而此时本应大大增加励磁(即强行励磁来维持电压的。 考虑到现代大型电网多采用封闭母线,且高压电网一般都装有快速保护,认为有足够的可靠性,故采用自并励的机组较多。 ?自复励方式 为了克服自并励方式在发生短路时不能提供较大的励磁缺点,发电机还可采用自复励方式。与自并励方式相比,自复励方式除设有整流变压器外,还设有串联在发电机定子回路的大功率电流互感器(亦称串联变压器。其原理是,当短路故障发生时电压降低,但电流却巨增,则串联变压器的作用是将该电流转换成为励磁电流。因此,这种励磁方式具有两种励磁电流,即整流变和励磁变的励磁电流。
发电机的自动励磁调节装置及调节形式 姓名： 摘要 Xxx年x月x日至x月x日，学校为我们组织了为期x天的电厂实习，地点是xxxxxxxxxxxx。在实习期间，我们参观了电厂的每个部分，就比如：xxxxxxxxxxxxx,在这段期间我通过参观和向带队师傅的学习，认识了很多的生产设备，零件和工具，更加懂得了电厂的生产流程。在那么多的学习中我选择了发电机的自动励磁调节装置及调节形式来写报告。 1自动励磁调节装置 发电机励磁的原理：利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理. 自动励磁调节装置的工作原理：自动励磁装置根据发电机电压，负荷电流的变化，相应改变可控硅整流回路的可控硅导通角，使整流桥送入的电流发生变化。为取得励磁调节的快速性主励磁机一般采用100---200Hz中频交流同步发电机，副励磁机采用400---500Hz中频发电机。副励的励磁可用永磁机或自励恒压式。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元。励磁系统稳定单元用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。 自动励磁调节装置的作用：（１）电力系统正常运行时，能自动调节励磁装置，维持发电机或系统某点（如高压母线）电压水平。大大提高电压调节质量以及减轻运行人员的劳动强度。自动励磁调节装置的作用。（２）当电力系统由多台发电机并列运行时，通过励磁系统的自动调节可以稳定、合理地分配机组间的无功功率。（３）提高电力系统运行的稳定性及输电线路的传输功率。（4）提高带时限继电保护动作的灵敏度：因为电力系统内部短路时，电流有时可能大，且随时间而衰减，这样带时限继电保护装置的灵敏度就很难满足要求。而自动励磁调节装置能在发生短路故障时，强行励磁，使短路电流大为增加，提高保护动作的灵敏性。（5）短路故障切除后，加速系统电压的恢复。改善电动机的自启
1 前言 彭城电厂1号机组发电机为上海电机厂引进美国西屋公司生产技术生产的改进优化型QFSN-300-2型水氢氢汽轮发电机，容量为300MW，采用高起始响应无刷励磁系统，励磁调节器为中国电力科学研究院生产的WKKL-1B型微机励磁调节器。根据《发电机运行规程》第47条要求，发电机能否进相运行应遵守制造厂的规定，制造厂无规定的应通过试验来确定。试验前中国电力科学研究院对试验的工况进行了静态稳定的估算，并经彭城电厂及江苏省电力调度中心认可，最后确定了进相试验工况。 试验由中国电力科学研究院负责，现场指挥操作由彭城电厂负责；进相试验于2002年3月9日－10日进行。 彭城电厂1号发电机主要参数如下： 型号：QFSN-300-2 额定容量：300MW 额定电压：20000V 额定电流：10189A 额定励磁电压：302V 额定励磁电流：2510A 额定功率因数：0.85 额定转速：3000rpm 额定氢压：0.31Mpa 额定冷氢温度：46℃ 励磁机额定励磁电压：16V 励磁机额定励磁电流：147A X d＝ 1.86 X’d＝ 0.223 X’’d＝ 0.16 T d o＝ 8.15S T’d＝ 0.91S T’’d＝0.041S 2 试验目的 2.1 由于超高压、长距离输电线路的日益增多，线路充电功率给电网的安全、稳定运行带来一系列问题，在线路轻载时，母线及线路电压过高的问题尤为严重。采用发电机进相运行吸收过剩无功，降低母线电压是解决母线及线路电压过高问
题的一种方法。但由于发电机进相运行时对系统稳定和其端部发热等有不良影响，所以需要进行发电机进相试验，核定进相运行范围，并获取在进相运行时220KV 母线及厂用电压变化的经验数据。 2．2 通过进相试验，验证低励及继电保护的正确性。指出在保护、监测方面存在的问题。 3 发电机进相运行的限制因素 彭城电厂工程设计装机为2台300MW 机组，两条220KV 母线为双母带旁路接线方式。彭城电厂与系统联系紧密，机组在进相运行时，如果电网有大的扰动，进相机组不会对主网的暂态稳定构成威胁。发电机进相运行时主要受发电机端部结构件温升和静稳极限等的限制。 3.1 发电机静稳极限的限制 发电机在不同有功负荷下所能吸收的无功最大值，随发电机有功负荷的改变而改变，因此首先计算在某些特殊运行点的进相无功值，以及进相状态下最大功率角δ值，进而推广到其它情况。等值电路图如下： E q I U f U xt ○ ○ ○ ○ X d X b X 由等值电路图，其中E q 为发电机内电势，X d 为发电机同步电抗，U f 为发电机端电压，X b 为主变电抗，X 为线路电抗，U xt 为系统电压。由于彭城电厂母线出线较多，系统电压不易确定，且归算下来的线路电抗X 也比较小，所以本次计算可近似的将220KV 母线电压作为系统电压，主变电抗X b 做为系统电抗X xt 。通过一系列的计算可求出进相时功角的限制值： d f d d f f d f QX U PX arctg X U Q U X U P arctg +=+=2δ
【关键字】报告 发电机的自动励磁调节装置及调节形式 姓名： 摘要 Xxx年x月x日至x月x日，学校为我们组织了为期x天的电厂实习，地点是xxxxxxxxxxxx。在实习期间，我们参观了电厂的每个部分，就比如：xxxxxxxxxxxxx,在这段期间我通过参观和向带队师傅的学习，认识了很多的生产设备，零件和工具，更加懂得了电厂的生产流程。在那么多的学习中我选择了发电机的自动励磁调节装置及调节形式来写报告。 1自动励磁调节装置 发电机励磁的原理：利用导线切割磁力线感应出电势的电磁感应原理. 自动励磁调节装置的工作原理：自动励磁装置根据发电机电压，负荷电流的变化，相应改变可控硅整流回路的可控硅导通角，使整流桥送入的电流发生变化。为取得励磁调节的快速性主励磁机一般采用100---200Hz中频交流同步发电机，副励磁机采用400---500Hz中频发电机。副励的励磁可用永磁机或自励恒压式。自动调节励磁装置通常由测量单元、同步单元、放大单元、调差单元、稳定单元、限制单元及一些辅助单元构成。被测量信号（如电压、电流等），经测量单元变换后与给定值相比较，然后将比较结果（偏差）经前置放大单元和功率放大单元放大，并用于控制可控硅的导通角，以达到调节发电机励磁电流的目的。同步单元的作用是使移相部分输出的触发脉冲与可控硅整流器的交流励磁电源同步，以保证控硅的正确触发。调差单元的作用是为了使并联运行的发电机能稳定和合理地分配无功负荷。稳定单元是为了改善电力系统的稳定而引进的单元。励磁系统稳定单元用于改善励磁系统的稳定性。限制单元是为了使发电机不致在过励磁或欠励磁的条件下运行而设置的。必须指出并不是每一种自动调节励磁装置都具有上述各种单元，一种调节器装置所具有的单元与其担负的具体任务有关。 自动励磁调节装置的作用：（１）电力系统正常运行时，能自动调节励磁装置，维持发电机或系统某点（如高压母线）电压水平。大大提高电压调节质量以及减轻运行人员的劳动强度。自动励磁调节装置的作用。（２）当电力系统由多台发电机并列运行时，通过励磁系统的自动调节可以稳定、合理地分配机组间的无功功率。（３）提高电力系统运行的稳定性及输电线路的传输功率。（4）提高带时限继电保护动作的灵敏度：因为电力系统内部短路时，电流有时可能大，且随时间而衰减，这样带时限继电保护装置的灵敏度就很难满足要求。而自动励磁调节装置能在发生短路故障时，强行励磁，使短路电流大为增加，提高保护动作的灵敏性。（5）短路故障切除后，加速系统电压的恢复。改善电动机的自启动条件。（6）改善并联运行同步发电机在失去励磁而转入异步运行或发电机进行自同期并列的工作条件。 对自动调节励磁装置的要求：（1）励磁系统应能保证发电机各种状态下所要求的励磁容量并适当留有裕度。（2）应具有足够大的强励顶值电压倍数及电压上升速度。（3）根
同步发电机自动励磁调节器中同步电压的处理 The Formation of Synchronou s Voltages in Automatic Excitation Regulator 刘 微 (南京工程学院,江苏南京210013) 摘 要:在同步发电机自动励磁调节装置中,可控硅触发技术是一项关键技术,而其中的同步电压的处理环节又是关键。因此,对半导体励磁系统和微机励磁系统中同步电压的处理进行分析,并比较。关键词:自动励磁调节器;可控硅整流;同步电压;触发脉冲中图分类号:T M 31 文献标识码:C 文章编号:1009-0665(2002)06-0026-03 收稿日期:2002-07-27;修回日期:2002-11-10 同步发电机的自动励磁调节装置(AER)是电力系统中一个重要的自动装置[1],其中的移相触发单元的任务是产生可以改变相位的脉冲,用来触发整流桥中的可控硅,使其控制角随着发电机端电压的变化而改变,从而达到自动调节励磁的目的。移相触发单元是由同步、移相、脉冲形成、脉冲放大等环 节构成[2] 。若其中的同步电压处理不好,将影响移相触发脉冲的准确性,从而影响发电机的励磁。在半导体励磁系统中同步电压的产生很麻烦,随着微型计算机的应用,为同步电压的处理提供了很大的方便。 1 同步电压的作用 根据在可控硅整流电路中对可控硅进行导通控制的要求,可控硅元件上所加的电压和控制极上所加的触发脉冲在相位上必须配合合理,否则可控硅将无法正常工作,这种配合称为同步。因此,在可控 硅励磁系统中,必须引人同步电压来保证可控硅触发脉冲与主电路的同步[2]。 2 同步电压的产生 同步电压的取法和可控整流电路接线型式有关[2]。 三相半控硅整流电路中,由于共阳极组的整流元件不可控,在自然换流点换流,共阴极组的可控硅应承受的阳极电压为正时一段区间内触发导通,三相触发脉冲应按+A 、+B 、+C 相序依次相隔120 发出。 三相全控硅整流电路中,共阴极组的可控硅只有在其阳极电位最高的一段区间内才有可能导通,供阴极组的出发脉冲应在这一期间内发出,三相触发脉冲应按+A 、+B 、+C 相序依次相隔120 发出。共阳极组的可控硅只有在其阴极电位最低的一段区间内才有可能导通,共阳极组的触发脉冲应在这一段区间内发出。三相触发脉冲应按-C 、-A 、-B 相序依次相隔120 发出。这样六相触发脉冲应按+A -C +B -A +C -B 相序依次相隔60 发出。 因此,移相触发单元必须接受与主电路电压有一定相位关系的电压信号,才能保证触发脉冲按要求发出。同步电压可经同步变压器获得,同步电压采用适当的接法,将主电路电压变换成具有触发电路所要求的幅值、相位及相数的同步电压,作为移相触发单元的同步信号。 3 同步电压的处理 3.1 半导体励磁调节器中同步电压的处理 在半导体励磁调节器中,同步电压的原方绕组接主电路的电源,副方绕组在三相半控桥中接成三相Y 形,在三相全控桥中采用六相双Y 形接法。根据全控硅整流桥的工作特点:控制角0 < <90 时,全控硅整流桥工作在整流状态;当 >90 时,全控硅整流桥工作在逆变状态,仅简单的引入上述同步电压( U tb )还不够,必须对同步电压进行处理,才能满足触发脉冲的要求。 在三相全控硅整流桥电路中,施加触发脉冲的时间应在该相自然换相点之后,如果在该相自然换相点之前施加触发脉冲,则可控硅不但不能在施加 26 2002年12月 江 苏 电 机 工 程 Jiangsu Electrical Engineering 第21卷第6期
发电机的心脏——励磁系统 发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自 动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式: 1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。 图二
2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。 图三 3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图 图四 一、三种发电机励磁系统的组成 一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出
同步发电机励磁系统与励磁调节器 一般来说,与同步发电机励磁回路电压建立、调整以及必要时使其电压消失地有关元件和设备总称为励磁系统.励磁系统包括发电机绕组,励磁电源,励磁装置及调节电压有关地其他设备. 同步发电机地励磁系统一般由两部分组成.一部分用于向发电机地磁场绕组提供直流电流,以建立直流磁场,通常称为励磁功率输出部分.另一部分用于在正常运行或发生事故时调节励磁电流或自动灭磁等以满足运行地需要,一般称为励磁控制部分或称之为励磁调节器. 励磁系统地主要作用： 电力系统正常运行时,维持发电机或系统某点电压水平.当发电机无功负荷变化时,一般情况下机端电压要发生相应变化,此时自动励磁调节装置应能供给要求地励磁功率,满足不同负荷情况下励磁电流地自动调节,维持机端或系统某点电压水平. 合理分配发电机间地无功负荷.发电机地无功负荷与励磁电流有着密切地关系,励磁电流地自动调节,要影响发电机间无功负荷地分配,所以对励磁系统地调节特征有一定地要求. 三、在电力系统发生短路故障时,按规定地要求强行励磁. 四、提高电力系统稳定性. 五、快速灭磁,当发电机或升压变压器内部发生故障时,要求快速灭 磁,以降低故障所造成地损害. 同步发电机地励磁方式 一、直流发电机供电地励磁方式 二、交流励磁机经整流供电地励磁方式 三、静止电流供电地励磁方式.励磁电流是通过励磁变压器、励磁 电流器取自同步发电机机端或外部辅助电流. 励磁调节器地构成 励磁自动调节指地是发电机地励磁电流根据机端电压地变化按预定要求进行调节,以维持端电压为给定值.所以自动调节励磁系统可以看作为一个以电压为被调量地负反馈控制系统.同步发电机地励磁调节方式可分为按电压偏差调节和按定子电流,功率因数地补偿调节两种.下面主要介绍按电压偏差调节方式.