GEC原理说明书
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1 第一章 系统概述
随着经济建设的发展，我国的电力工业正迅速发展。电力系统的规模日益扩大，发电设备的容量也相应增大，系统的运行方式的变化越来越频繁。为了更好地保证安全，经济运行并保证电能质量，电力系统运行对自动控制装置提出了更高的要求。
对励磁系统而言，除了要求励磁装置维持发电机电压水平外，还要求它对电力系统动态和暂态稳定起作用。因此有必要引入如电力系统稳定器，线性最优控制和非线性最优控制等复杂的控制方式以充分发挥励磁控制系统在电力系统中的积极作用。过去，为了实现这些控制必须靠大量相应的硬件，这使得调节电路非常复杂，实现困难且可靠性低。近年来，微处理机技术发展迅猛，应用微处理机的自动励磁调节器更好地满足了励磁系统的复杂要求。
GEC系列微机励磁装置是清华大学电机工程系研制的具有自主知识产权的高科技产品，也是目前国内外具有最简单的硬件结构与最丰富的软件功能的工业微机励磁装置。GEC系列微机励磁装置依据先进的非线性控制理论和采用全数字化的微机控制技术，使产品在改善发电厂和电力系统运行稳定性方面具有明显的优越性，本产品可应用在容量为50MW及以上的水、火电机组中。GEC系列微机励磁装置已有一百多台套运行在大、中型水、火电机组上，最长运行时间已超过七年，从未发生过失磁和过电压等故障，创下了微机励磁装置新的安全运行记录。
1.1、产品特点
• 全数字化：从输入通道的交流采样到控制脉冲的输出全部实现数字化，没有模拟环节，无电位器调整，全数字化大大提高了精度和可靠性，维护十分方便。
• 控制方式：有四种控制方式可供选用。
NOEC方式(非线性最优，Nonlinear Optimal Excitation Control)
LOEC方式(线性最优控制，Linear Optimal Excitation Control)
PSS方式(电力系统镇定器，Power System Stabilizer)
PID方式(比例、积分、微分，Proportional Integral Differential)
• 方便直观的人机接口：操作面板上有32个轻触薄膜键及8位LED数码管， 2 可显示16个参数，能非常直观地了解GEC的状态和励磁系统、发电机的状态。
• 完善的试验功能：可以在线修改调差率，放大倍数，微分时间常数，惯性时间常数，以及进行±10%的阶跃、灭磁实验。所有这些修改及实验均只需进行键盘操作即可，不用改接线。还可以用50Hz变压器代替中频机做开环实验，GEC能自动适应500Hz(400Hz/350Hz)/50Hz励磁功率源的频率。
• 完备的保护功能：具有PT断线保护，强励反时限、低励限制、V/F限制、过无功限制、过定子电流限制等，以保证发电机的安全稳定运行。所有这些保护特征均比模拟装置有很大改善。
• 试验、故障录波功能：自动记录故障前4秒，故障后16秒的故障数据，故障数据包括发电机电压、转子电压、控制电压、电流、有功、无功、转速及保护/出错标志。试验录波功能能自动记录试验过程中的各种波形。
• 平面彩色显示器PPC：GEC-II型自并励励磁控制器上配套了一体化的平面彩色显示器，配以全汉化界面、菜单、简化的按键操作，可以做到无需说明手册而操作(NMO: Non-Menual Operation)。并可以轻易联网实现全厂自动化。
1.2、可靠性保证
1.2.1、硬件措施
• 采用全双置，任一通道均满足强行励磁在内的功率的要求。
• 选用进口开关、电源等器件，并经严格筛选测试；
• 双套电源并列供电，采用日本电源模块，平均无故障时间40年；
• 采用工业控制标准的STD总线结构；
• 输入输出通道双重隔离（电磁隔离与光电隔离）； 3 • 可靠的脉冲自封锁电路，防止误强励、误触发；
1.2.2、软件管理
• 结构化程序设计规范；
• 单元测试、功能测试和总体联调；
• 完备的文档管理。
1.2.3、整机测试
• 绝缘耐压实验/ 抗干扰试验；
• 连续拷机试验。
1.3、主要性能指标
可控硅控制角分辨率 0.004度/码
A/D转换量分辨率 2-12
A/D转换速率 100K/S
调压范围 5%-130%
调压精度 ＜0.5%
移相范围 10-150度（根据要求而定）
附加调差 正负30%内任选，极差1%
阶跃特性 10%阶跃超调量小于20%，振荡次数小于2次，调整时间小于10秒
电源适应性 当供电电源在-30%，+50%范围内波动时装置可以可靠运行
功率消耗 小于300W
MUX
&
S/H A/D CPU
PC机 RAM
EPROM 键盘
UaIabSCR G
PPT GEC *调试
*操作 4 1.4、型号说明
GEC-I型： 适用于100MW及其以上的三机励磁系统
GEC-IA型： GEC-I的改进型、采用了进口开关及进口电源模块
GEC-ID型： 适用于带有直流励磁机的间接自励系统
GEC-IK型： 适用于带有直流励磁机的IGBT开关式励磁调节器
GEC-II型： 适用于水、火电机组的自并励系统，基本型
GEC-IIA型： 适用于自并励，带PPC平板显示器
GEC-IID型： 适用于自并励，带数字信号处理器DSP加速板
1.5、典型应用
自1993年底第一台GEC系列微机非线性励磁装置在丰满发电厂10#机组自励励磁系统投入运行以来，至今已有近一百多台机组应用了GEC系列励磁调节装置，在内蒙、河南、东北、山西、浙江、河北、贵州和广东等电力系统投入运行。另一批电厂还在洽谈新机励磁配套及老机励磁系统改造事宜。
由于GEC系列微机励磁系统的优异性能及至今的无故障安全运行，深得用户的欢迎。为此本产品曾获得东北电管局科技进步一等奖、电力部科技进步三等奖。其中值得一提的是在1994年底在内蒙海勃湾电厂火电机组投入了非线性励磁调节器，投运后曾先后避免了两次内蒙西部电网稳定破坏事故，取得了良好的运行实践经验。在1998年11月，张家口发电厂2300MW发电机组利用事故停机的机会，在48小时内完成了旧励磁控制器的拆解，GEC系列调节器的安装、调试、并网投入运行，深得现场工作人员的好评。
同时，采用GEC系列非线性励磁调节器的励磁控制系统对改善电力系统的静态稳定、暂态稳定、电压稳定及抑制各种功率振荡方面具有良好的性能，这是现有其它励磁调节器所不能比拟的。附表中列出了GEC系列励磁装置应用业绩实例。
1.5.1、静止式自励励磁系统(GEC-II)
对于新建的大中型汽轮发电机组，自并励励磁系统是一种良好的选择。因为这种励磁方式具有可以降低厂房造价、减少机组轴系长度、简化励磁系统接线等优点。此外自并励励磁系统为固有高起始响应系统，具有快速响应的性能。自并励励磁系统的典型接线如下图所示。
- SCR
arccos c t
i Vf
Vabc
Iabc K 非线性励磁控制器 GEC-I微机 CT
ET
+ PT
5 由本公司供货的广东粤连电厂、赤峰电厂成套励磁装置采用了如图1所示的自励励磁方式。
1.5.2、三机励磁系统(GEC-IA)
对于具有主、副励磁机的它励静止二极管励磁系统，简称三机励磁系统，如下图所示。
在我国火电机组中，三机励磁系统是一种应用较广泛的励磁方式。对早期产品，励磁调节器为电磁式结构，惯性时间常数较大，其后改用分立组件的模拟式励磁调节器，但由于功能模块数量过多，给调试及维护带来诸多不便。基于上述情况，本公司励磁部对100MW及以上容量级的三机励磁系统进行了研究，并完成了以GEC系列微机励磁调节器为基础的，适用于三机励磁系统的方案。如图2所示。现已有多台励磁调节器投入运行,其中包括海勃湾电厂1#、2#,沙角A厂2#、3#机组等三机励磁系统。
1.5.3、具有直流励磁机的间接自励系统(GEC-ID)
对于具有直流励磁机的水、火电机组,传统上采用电磁型相补偿式励磁调节器,由于运行多年,设备有待更新.另外,依据现代电力系统运行的要求,励磁系统应具有较高的励磁电压响应比.针对这一要求,本公司推出了GEC-ID系列间接自励系统,如下图所示.
G EX PEX
- arccos c t
i Vf
Vabc
Iabc K 非线性励磁控制器 GEC-I微机 SCR
+ CT
PT
SCR
- arccos ctiVfVabc
Iabc K 非线性励磁控制器GEC-I微机
+
CT
ET PT G EX 6 间接自励系统的优点是在保留原有设备的基础上,利用自励励磁系统快速性的特点,改善了励磁系统的性能.由于原有的直流励磁机具有功率放大的作用,为此作为自励系统电源的励磁变压器ET其容量是较小的.当直流励磁机具有副励磁机时,亦可采用由副励磁机及间接自励系统复合供给主励磁机励磁的方式.如图所示.
本公司曾为丰满电厂、大同一电厂等提供了间接自励系统。在间接自励系统中,亦可取消直流副励磁机，单独由励磁变压器ET供电的方案。
1.5.4、晶体开关管式微机励磁系统（GEC-IK）
作为晶体开关管的电力元件原采用巨型晶体管GTR（Giant Transistor）以及功率场效应管（MOS-Power）、目前则采用性能更加优越的绝缘栅双极型大功率晶体管IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）作为开关管元件用。开关管式调节器结构简单、易于维护，可用于直流励磁机励磁系统。如图所示。
－ +
PEX
- arccos ctiVf
Vabc
IabcK 非线性励磁控制GEC-I微机
+
CT
PT G
EX
TS SCR
VfVabc
Iabc非线性励磁控制GEC-I微机
t c- arccos
iK + z
CT
EPG
E
