eu32励磁调节器说明书Word文档格式.docx

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4.励磁变压器一台

5.励磁专用电压互感器一组

6.仪表共用电压互感器一组

7.系统侧电压互感器一组（选用）

8.机端电流互感器一组

9.励磁变压器副边电流互感器一组

（二）系统主接线图（见下页）

（三）系统特点

本套自并激励磁系统采用不同于通常的微机励磁系统设计，它从硬件上把励磁系统分成独立的几个部分，每个部分都带有智能控制单元，各个单元之间通过485通讯口和CAN通讯口组成双网络系统

一、简单系统结构

由于采用了网络式结构，系统接线简单，除了现场的机端电压，定子电流，转子电流等和少量的开关量信号及电源信号外，系统设备之间只需连接网络线

二、智能均流

传统的自并激励磁系统在机组容量较大，有二台或二台以上的可控硅整流装置时，为了保证每个可控硅整流桥的输出电流相差在一定的范围内需考虑采取适当措施保证均流，常见的方法如每个整流桥上加装均流电抗器，现场从励磁变压器至每个整流桥的交流电缆单独走线保证电缆长度基本相同，这些措施不仅增加了设备的成本而且施工难度增大，本系统设计时每个可控硅整流装置上配有一台智能控制装置，根据调节器送来的可控硅控制角产生脉冲触发可控硅，每个可控硅触发角可单独调节，这样不仅一个整流桥内部的三相之间可以保证电流基本一致，并联的整流桥输出电流也基本一致，整流柜不需配均流电抗器，励磁变压器至整流装置，整流装置之间，都可以用母线直接连接。

三、高可靠性

本励磁系统调节器有二套组成，两套主从运行，主通道故障自动切换至从通道。

每套控制器都有恒机端电压闭环调节和恒转子电流调节，机组正常运行时一般在电压闭环下运行，当电压闭环故障时自动切换至电流闭环运行，调节器闭环计算的可控硅控制角通过网络快速通讯给整流柜的智能控制装置，经同步处理，脉冲放大触发可控硅，为了防止网络故障，设计时考虑双网备份，另外即使调节退出，可控硅整流装置的智能控制装置也能维持发电机在电流闭环运行，提高系统运行的可靠性

四、运行维护操作简单

正常开停机为远方全自动方式，运行人员只需进行一般例行检查。

操作流程由微机和控制回路完成。

在正常运行情况下，即使运行误操作调节器的开关和把手，微机调节器起动容错功能，可避免误强励或失磁情况发生。

在系统发生故障情况下能快速强励，需要时微机能自动启动其限制保护功能，能自动防止机组过励和欠励，运行人员只需正常监视。

本套系统中调节器，功率柜，灭磁柜上的控制器都带有液晶显示面板，可以检查各设备运行的状态，可以方便地查找故障源，调节器中还有故障录波功能，可在系统事故时作辅助分析

五、线性电阻加进口开关快速灭磁技术

该系统采用进口直流双端口开关加线性电阻灭磁方案，使灭磁快速可靠，有效控制机组故障的扩大，保证了机组安全。



六、高可靠大容量可控硅整流柜

该系统采用高效散热器加进口大功率可控硅方案，有效的提高了整流器运行的可靠性。

保证各种工况下功率单元的可靠运行。

七、整体系统生产严格按ISO9001质量体系的要求进行生产。



（四）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。

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

1、使用地点的海拨高度不大于3000米

2、环境温度为-5°

～+50°

3、环境相对湿度不大于90%

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。

（七）微机励磁调节器

GER3000NT系列微机型励磁调节装置是经典和现代控制理论与微机控制及网络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。

它不仅具有传统调节器的全部调节控制、限制保护功能，并具有传统调节器所不具备的强大的网络功能，装置控制结构简单，与外部连线少。

它是现代大、中型同步发电机组励磁调节装置的发展趋势。

7.1主要功能

GER3000NT微机励磁调节器不同于常规模拟式励磁调节器，它的功能不是由硬件来实现，而是由软件来完成的，可依据不同的要求来选取软件模块，下面是主要功能模块：

（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）不同起励方式的选择：

100%UFN起励、零起升压及软起励。

（4）正负调差和调差率大小选择

（5）欠励瞬时限制及保护

（6）过励延时限制

（7）PSS功能

（8）发电机强励的反时限制及保护

（9）最大励磁电流瞬时限制及保护

（10）可控硅整流柜快熔断、停风、部分柜切除时的励磁电流限制

（11）V/F限制及保护

（12）励磁用电压互感器高压侧断路的检测和保护

（13）空载过压保护

（14）软件数字整定和比较功能

（15）电源、硬件、软件故障检测和处理功能

（16）与上级计算机的通信功能

（17）系统电压跟踪（选用）

7.2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

485通讯口与励磁系统的其它设备组成485网络

CAN通讯口与励磁系统的其它设备组成CAN网络

232通讯口与智能面板通讯

232通讯口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。

7.3电气配置

一、表计指示

GER3000NT微机励磁调节装置配有两块闪流电压表，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。

二、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

三、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控制的网络通讯口，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。

四、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

五、控制器

GER3000调节器由以下单板或元件组成

1、CPU模件MJ1112块

2、电源模件MJ8112块

3、交流量模件MJ2212块

4、脉冲输出模件MJL012块

5、开关量模件MJ5112块

6、总线背板MJ9112块

7、智能面板MJ9222块

二、单板原理

GER3000NT包括两套完全相同控制器，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232通讯接口进行实时信息交换

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：

●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。

●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。

●符合JTAG在线系统可编程

MACH4系列具有JTAG测试接口电路。

●低功耗

●5V和3.3V工作电压混合模式

●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。

7.4软件功能介绍

1.励磁调节器的运行方式

GER3000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。

（1）.电压闭环方式（自动）

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。

（2）.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

（3）.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

（4）.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。

2.调节控制

（1）.调差计算

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。

（2）.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，GER3000NT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，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。

PID调节计算通常分为理想的和实际的两种。

在模拟式控制装置中均用实际的PID计算。

它相当于在理想的PID计算（图9）前增加一个滤波作用的惯性环节。

在SJ-800系列中，PID计算是理想的。

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。

enT、eKT为第n,K次偏差值，Kp、K1、KD分别为比例、积分、微分有关的常数YnT为PID第nT周期输出。

I为初始值。

实用中为保证被控对象调节平稳、无冲击，过程控制中广泛采用的是增量计算法，对n-1次采样周期写出同上的差分方程为：

两式相减得：

式中

分别为偏差的增量和偏差增量的增量。

△YnT为t=nT周期时的控制输出增量，因此增量法PID计算是将当前时刻的控制输出增量，加上前一时刻输出量作为该次的控制输出。

即

（3）.电力系统稳定器PSS

励磁系统PID+PSS传递函数框图

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。

GER3000微机励磁调节装置采用软件实现PSS功能，无硬件电路，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。

为改善电力系统在小干扰下的稳定，发电机电气机械阻尼是一个重要因素，

增加此阻尼的一个有效的方法是用专门的附加信号加到微机励磁调节器中。

研究表明：

将正比于转子加速度和速度的误差信号引入励磁调节器中可以大大改善同步发电机的电气机械阻尼。

微机励磁调节器的PSS：

----只是一专用软件，无硬件

----正比于发电机加速度的有功用作输入信号

----发电机阻尼震荡的频率范围为0.2～2.0Hz

----PSS投入或切除，由专用开关操作

3.限制及保护功能

（1）.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