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HWJT-08D微机励磁调节器使用说明书文件名称： 使用说明书主题： HWJT08D双通道励磁调节器适合IGBT、可控硅桥摘要：更改记录版本1.01.12.02.13.0编写LXDZGJSJ、LXDZGJNDM编写时间2002年3月2003年4月2004年4月2005年10月2011年2月审定ZXLXDLXDLXDZKF审定时间2002年3月2003年4月2004年4月2005年10月2011年2月修改历史详细记录：2003年4月第二次印刷，对本文中“第十部分 功能规范”的第13项进行了补充修订。2004年第三次印刷，根据技术的发展、产品的更新，补充了独立励磁电流调节通道（选项）、智能检测显示装置（选项）等内容，并对文本结构进行了较大调整，对本文中“功能规范”部分进行了补充修订。2011年第四次印刷，根据新一代DSP调节器的特点，对新调节器的软硬件介绍及使用操作说明进行修改。感谢广大用户和电力系统的同仁对我公司二十多年来的支持和信赖，我们将始终坚持以“高可靠性是励磁装置生命线”这一理念，继续努力，研制并生产出更多更好的励磁产品，为广大用户提供更好的服务！3武汉洪山电工科技有限公司 HWJT-08D微机励磁调节器使用说明书目 录第一部分 概述1第二部分 功能规范4第三部分 HWJT-08DS硬件系统介绍7一、模拟信号转换板9二、采集板9三、接口板9四、主机板10五、控制电源板11六、功放电源板12第四部分 HWJT-08DS软件系统介绍13一、主程序的流程和功能14二、控制调节程序的流程和功能14三、励磁调节器PID控制环及其反馈电压取值143.1、电压反馈量及其调差143.2、自动电压PID153.3、手动PI163.4、欠励PI17四、PSS电力系统稳定器184.1、PSS电力系统稳定器的一般知识184.2、调节器中的PSS运行原则194.3、调节器中的PSS测试接口20五、保护限制功能205.1、V/f限制205.2、低频保护215.3、强励限制215.4、过励限制225.5、低励限制235.6、欠励限制235.7、空载过压保护235.8、相序错误235.9、LPT断线和YPT断线23六、励磁调节器的一般功能236.1、“测频消失”与“同步消失”236.2、“恒无功”与“恒功率因素”246.3、“硬启动”与“软启动”246.4、网压跟踪246.5、起励、开机、起励失败24第五部分 励磁监控单元26一、与励磁控制单元的通讯功能26二、主系统、子系统显示功能262.1 控制单元272.2 参数设置282.3 其它显示282.4 试验录波282.5 故障录波292.6 通讯接口29第六部分 独立励磁电流调节通道30第七部分 智能检测显示装置31第八部分 PLC操作控制系统34一、主回路信号34二、控制系统信号342.1 异常342.2 故障342.3 显示34三、逻辑回路34第九部分 HWJT-08DS使用及操作说明35一、系统介绍351.1调节器及功放电源351.2 调节器按钮和开关35二、励磁监控单元372.1 主界面372.2 控制单元子界面412.3 特殊控制412.4 参数设置432.5 试验录波452.6 故障录波46三、装置操作463.1 开机操作463.2 停机操作483.3投入和退出48四、调试说明484.1概述484.2 静态调试494.3 空载测试494.4动态测试504.5 恒无功运行方式测试（选择性试验）：514.6 恒功率因数运行方式测试；（选择性试验）514.7 甩负荷试验；514.8 满负荷连续72小时试运行。514.9 参数表52五、异常处理555.1 一般性异常555.2 事故和故障56六、注意事项586.1 运行人员注意事项586.2 维修人员注意事项59七、操作及维护注意事项597.1 安全事项597.2 维护事项59第十部分 设备结构61第十一部分 订货指南63一、环境要求63二、订货须知6364武汉洪山电工科技有限公司 第一部分 概述HWJT-08DS励磁调节器是武汉洪山电工科技有限公司于2000年开发研制的新一代微机励磁调节器，该调节器具有如下特点：1、双通道微处理器（前台）+工业控制机（后台）+PLC（选项）混合结构HWJT-08DS双通道微机励磁调节器，由于采用了高性能DSP处理器与工业控制机混合运用的结构，既保留了微处理器的良好抗干扰性能，又扩展了励磁调节控制系统的功能。由于微处理器构成的工业控制系统其自身集成度高，能够保证系统具有最小布线，因而具有很高的可靠性，能够保证系统长期运行的稳定性；同时，由微处理器构成的控制系统的环境适应能力较强，能适应高温、高湿、腐蚀、振动冲击、灰尘等恶劣环境，特别是在电力系统中的强电磁干扰环境下，具有极高的电磁兼容性，有高抗干扰能力及共模抑制能力。2、双通道微处理器构成的励磁调节控制器互为热备用目前采用的控制系统在系统冗余方面通常为双通道互为备用，但在备用方式上通常需区分冷备用及热备用两种方式。所谓冷备用，是指在正常运行方式下，系统中只有一个通道在输出，另一通道跟踪主通道运行；只有在运行通道故障的情况下，系统通过切换装置将运行通道退出，同时将备用通道投入运行。通常也称该方式为主/备冗余方式。该方式的关键技术在切换方面，切换过程需可靠，同时备用通道需长期跟踪工作通道的运行，独立于双通道的判断及切换电路是该方式的不足之处，往往易造成切换问题，即从主通道切换至备用通道常常切换不过来。HWJT-08DS双通道微机励磁调节器标准配置采用的是双通道互为热备用方式双通道并联运行方式。该方式的最大特点是：在正常运行的方式下，双通道同时输出。出现某通道故障，控制系统通过其自身的软、硬件诊断系统（WATCHDOG）及相互通讯，自动地将故障通道退出。该方式的优点在于从根本上避免了主/备方式下的切换及判断所带来的一系列问题，系统的可靠性要高。根据用户要求或在特殊励磁方式下，也可采用主从备用方式。3、励磁监控单元随着数字控制技术的发展，将微机控制引入自动控制系统是必然趋势。数字式励磁调节系统与常规的模拟调节系统相比，一个最主要的特点是用丰富的软件系统替代了模拟控制系统的调节、调整过程，界面友好、通讯方便、维护工作量小、功能易于扩展。因此，现代的数字式励磁调节装置较模拟励磁调节装置在功能上也要丰富得多。但是，励磁调节装置的最主要功能是通过控制发电机的励磁，达到控制及调节发电机电压及无功。该主要控制环的稳定运行是最根本的。基于上述思想，HWJT-08DS微机励磁调节器在设计开发之初就明确了该基本功能由运行稳定、抗干扰性强、可靠性高的微处理器来实现，而上述的辅助功能由辅助的工业控制机（励磁监控单元）来实现，这样可同时兼顾系统的简洁、可靠性及完善系统功能的矛盾。励磁监控单元的工控机为工业平板电脑，通过RS232C串行通讯口与励磁调节器单元相联，通过USB口与励磁功率、灭磁和励磁变压器各单元相联，从而实现对励磁系统各组成部分的集中控制和管理。励磁系统监控单元可显示发电机定子电压、定子电流、有功功率、无功功率、励磁电流（电压）、脉冲角度、发电机频率，功率单元的主器件电压、电流、温度，灭磁柜电压、电流，励磁变压器电压、电流、温度等模拟量数据，调节器、功率柜、灭磁柜、励磁变压器的故障、异常、发电机空载（并网）、各个开关分合状态等等。可将上述各参量通过串行总线（RS232C、RS422、RS485）、现场总线（ProfiBus、CAN）、MODBUS等方式上传到电厂计算机监控系统，并接收监控系统控制数据。4、独立励磁电流调节通道（选项）硬件、软件完全独立的励磁电流调节通道，以Intel公司单片机为控制核心，通过励磁电流（电压）闭环PID（PI）调节，以实现发电机恒励磁电流（电压）工作方式。5、智能检测显示装置（选项）智能检测显示装置以TI公司DSP28015为核心，通过对功率柜模拟信号、状态信息的检测和控制，实现功率柜、灭磁柜和励磁变压器的操作、控制、状态监视、信息传递、信息显示等智能化。6、可编程逻辑控制单元替代常规逻辑控制接线（选项）根据要求，HWJT-08DS微机励磁调节系统可以采用PLC（可编程控制器）替代传统的继电器逻辑操作控制回路。根据不同励磁系统 所需要的操作回路的不同，选取不同容量（接点数量或点数）的PLC。PLC不仅实现励磁控制系统的逻辑控制，简便系统回路，还可实现励磁系统的工作状态、系统异常、故障等状态的监视。7、采用光纤光缆实现远距离驱动（选项）根据要求，在励磁控制部分与励磁功率部分距离较远的情况下，可以采用光纤光缆传输控制信号，由于采用了非电量的传送方式，控制信号的衰减及干扰问题可以得到根本的解决。8、同时兼容开关式励磁（IGBT）及可控硅励磁方式在励磁调节系统功率方面，我们公司在八十年代末生产的各类励磁系统的功率部分除沿用SCR（可控硅）器件外，还在国内率先研制并使用中小功率器件GTR（巨型晶体管）作为开关控制功率单元应用到直流励磁系统中。在九十年代初经过技术攻关，将大功率器件IGBT（绝缘栅双极性晶体管）作为可控功率开关取代GTR，首次在励磁系统中投入应用。IGBT具有功率场效应管（Power MOSFET）高输入阻抗，驱动简单和巨型晶体管（GTR）低通态电阻的特点，是目前较理想的功率开关器件。随着大电流高电压的IGBT的出现，我公司又研制并投运成功了开关式自并激励磁系统，该系统具有独特的动静态品质特性，各项技术指标及功能均符合国家及电力工业部颁布的GB7409-07、DL583/06等有关技术标准规定。其设计思想先进，可靠性高、运行稳定、故障率低、电路结构简单、检修方便、维护量少，用户反映良好。可适用于各种容量的发电机组，属全国首创。利用IGBT设计的可控功率单元与传统的SCR（可控硅）功率单元相比，功率控制环节简单可靠，功率控制器件大大减少，使整个功率回路大大简化，提高设备的可靠性，方便维护。上述各系统都在电厂取得了满意的使用效果。因此，HWJT-08DS微机励磁调节器在设计上充分考虑了装置的高度通用性。使之不仅可用于可控硅励磁系统，也可用于开关式励磁系统，还可以实现双套同步并联运行。它能够满足各种交、直流励磁系统的同步控制功能，使微机励磁控制系统、开关式励磁功率系统或可控硅功率系统能够在各种发动机励磁系统中得到良好应用。第二部分 功能规范HWJT-08DS微机励磁调节器技术性能满足大型汽轮发电机自并激静止励磁系统技术条件DL/T650-1998、大中型水轮发电机静止整流励磁系统技术条件DL/T583-2006及同步电机励磁系统GB/T7409.3-2007的技术要求：1励磁调节器一般设有两个独立的自动通道，通道间不共用电压互感器、电流互感器及稳压电源。双通道间采用并联运行方式。2励磁调节器具有在线参数整定功能。在后台工业控制机上能显示调节器各参数及各功能单元的输出量的实际值（标么值）。3励磁调节器电压测量单元的时间常数小于1ms。4HWJT-08DS微机励磁调节器的移相电路采用余弦移相。5HWJT-08DS微机励磁调节器的工作电源采用两路独立电源供电，其中一路取自厂用直流系统，另一路取自交流电源系统，依据励磁方式的不同有所不同。6由于HWJT-08DS微机励磁调节器采用双通道并联运行方式，调节器自身还配备有完善的软、硬件诊断系统，故障时能自动退出故障通道的运行。7励磁调节器配备有与发电机转子绕组发热特性匹配的反时限特性的过励限制单元，但在达到允许强励时间时，限制励磁电流。同时调节器配备有顶值限制，强励电压倍数满足2倍能力，并配有瞬时顶值电流限制。8HWJT-08DS配备有低励限制功能，其特性满足系统静稳极限和发电机端部发热的条件限制。9调节器的电压/频率比率限制（低频保护）能与发电机和主变压器铁芯的过励磁特性匹配。调节器能保证在发电机空载运行状态下，频率每变化额定值的1%，发电机电压的变化不大于额定值的0.25%。10HWJT-08DS微机励磁调节器配有PSS附加控制单元，PSS采用电功率作为输入信号。PSS具有自动投入、手动投入、输出限幅（5%10%）及故障自动退出运行功能。PSS的输出噪声小于输出限幅值的2%5%。11HWJT-08DS配备有PT断线保护功能，即在某一只电压互感器回路失压时防止误强励功能。12在双通道励磁调节器中，调节器的各通道间自动跟踪。任一通道故障时均能发出故障信号，并自动退出，在退出故障通道时，不会造成发电机无功功率或电压的明显波动。13HWJT-08DS同时具备如下功能：1）具备自诊断功能和检验调试各功能用的软件及接口；2）具有串行口与发电厂计算机监控系统连接，接受控制和调节指令，提供励磁系统状态和量值；3）具有试验录波、故障录波及事件顺序记录功能。4）智能化检测与操作功能： 功率检测：系统设有功率检测功能，该功能主要用于检测系统主要功率器件的温度，实时显示；当温度高于设定值时，自动启动冷却风扇，并发报警信号； 过流检测：实时检测并显示功率元件的电流；当出现过流时，自动跳该回路的出口开关，切除故障点，并发报警信号； 脉冲检测：实时检测调节器的脉冲输出状况，一但出现脉冲丢失情况，发报警信号； 调节器工作电源监视：正常运行时，调节器同时由厂用交直供电，一旦出现电源消失现象（或输入、输出越限），立即发报警信号； 实时检测励磁变压器的温度，当其温度高于某一设定值时，自动启动冷却风扇，并发报警信号；14手动励磁控制方式满足做励磁装置试验及发变组试验。手自动通道切换时无波动。当采用HWJT-08DS微机励磁调节器构成发电机励磁系统时，发电机励磁系统满足如下技术指标：励磁系统完全满足发电、调峰、调频、调相、同步并列、线路充电、进相运行和带线路零起升压要求。励磁系统电压响应时间上升不大于0.08s；下降不大于0.10s。励磁系统的延迟时间小于0.02秒。保证发电机电压静差率0.5%。发电机零起升压时，励磁调节器保证发电机电压最大值不大于额定值的110%，振荡次数不超过3次，调节时间不大于10s。励磁控制系统电压给定阶跃响应满足：空载阶跃响应：超调量不大于阶跃量的30%，振荡次数不大于3次，上升时间不大于0.06s，调节时间不大于5s。在发电机甩额定无功功率时发电机电压最大值不大于额定值的115%。励磁电压调节器在发电机空载额定电压的10%110%范围内能进行稳定、平滑地调节。电压分辨率不大于额定电压值的0.2%。手动控制能保证发电机励磁电压能在空载额定励磁电压的10%到额定励磁电压的110%进行稳定、平滑调节。在发电机空载运行状态下，励磁调节器的给定电压调节速度不大于1%额定电压/s；不小于0.3%额定电压/s。调节器对发电机电压的调差采用无功调差。调差范围不小于10%。调差率的整定在全程内分挡调整。发电机空载运行时，频率变化1%，发电机端电压波动不大于额定值0.25%。励磁调节器平均故障间隔时间（MTBF）不小于50000h，年强行退出比小于0.04%，励磁装置平均故障时间小于4小时/年，可使用率大于99.9，故障率小于0.25次/台年。在下述厂用电源电压及频率偏差范围内，励磁调节器能够保证长期连续正常工作。交流380/220V系统，电压偏差范围为额定值的15，频率偏差范围为-3+2HZ，直流220V系统，电压偏差范围为额定值的-20+10。交流工作电源短时间内波动范围55120额定值时，励磁调节器能正常工作，并保证强行励磁和快速减磁工作。励磁调节器中与励磁绕组在电气上直接相连的电器设备或组件，发电机额定励磁电压不大于500V时，出厂工频试验电压为10倍额定励磁电压，但最低不小于1500V；发电机额定励磁电压大于500V时，2倍额定励磁电压加4000V。其它电气组件工频试验电压为：额定工作电压在12V60V范围时，500V；额定工作电压大于60V时，2倍额定工作电压加1000V，但最低不小于1500V。对操作直流电源220V回路试验电压为2500V。对厂用系统380V回路，出厂试验电压为3800V。其他出厂试验电压按有关规定执行。对于信号线用500V摇表，绝缘应大于10MW，对于电源线用1KV摇表，绝缘应大于10MW。励磁调节器在受到现场任何电气操作、雷电、静电及无线电收发讯机等电磁干扰时不会发生误调、失调、误动、拒动等情况。励磁调节器配备与计算机监控系统接口的软件和硬件，接口分计算机数据通讯、开关量和模拟量三种方式。数据通讯可采用串行（RS232C、RS422、RS485）、现场总线（ProfiBus、CAN）等方式。所有开关量输入应为无源的节点，检测电源为24V（220V）3mA，串联电阻1MW；所有开关量输出均为无源的节点，容量：阻性负载24220Vdc，5A。模拟量输出信号为4mA20mA（或05V），精度为0.5。第三部分 HWJT-08DS硬件系统介绍HWJT-08DS双通道微机励磁调节系统主要由如下部分构成：1双通道微机控制器2励磁监控单元3独立励磁电流调节通道（选项）4可编程逻辑控制回路（选项）5调节系统功率输出1）功率整流桥（分可控硅整流桥及IGBT开关式功率输出）2）发电机灭磁装置（线性灭磁及非线性灭磁）3）发电机转子过电压保护装置4）起励装置本部分主要介绍双通道微机控制器，励磁监控单元及可编程逻辑控制回路在其他部分介绍。调节系统的功率输出部分可参阅我公司的其他相关产品资料。励磁调节器基本性能 采用32位DSP处理器TMS320F2812PGFA，主频125MHz 励磁PT和IF采用16位AD进行交流采样 36点FFT交流采样算法 仪表PT、系统PT、励磁电流36点12位AD同步采样 16位同步高速DA模拟输出 完整的PSS测试接口 4077.5Hz的频率测量范围 脉冲调节范围：10130(可控硅励磁系统) 脉宽调节精度：优于0.0036(50Hz可控硅励磁系统)、0.036(500Hz系统) 矩形波占空比可变范围：0%100% 矩形波脉宽调节精度：优于0.01% 2路隔离RS-232C通讯接口 调节器运算周期：3ms/次 工作温度：4075HWJT-08DS双通道微机控制器为组件加母板结构，整个系统由多个组件构成，根据不同励磁系统要求，可以通过更换或增减组件来构成相适应的系统。由于核心控制环节采用组件加母板，无外接总线，也就无需考虑总线的可靠性架构；另外，由于组件间的连接采用了高性能的接插件，同时在设计过程做到了单一组件功能专一、电路简单，电路板面积小，保证了组件间的互连线最少，从而能大大提高设备可靠性。下图为双通道微机励磁控制器的结构布置图（参考图），由图可见，单个通道的微机励磁控制器主要构成部分为：采集板、主机板、接口板、控制电源板（两块：交流输入一块，直流输入一块，但两者间可以互换）、功放电源板（两种：一种用于可控硅励磁方式：输出为六个可控硅触发脉冲；一种用于IGBT开关式励磁方式，输出为脉宽调制方波PWM）。下图为双通道微机励磁控制器的单元结构图。一、模拟信号转换板通过高精度线性变流隔离技术，实现4路三相交流电压，3路三相交流电流的隔离转换。采用高性能的变流器件，既保证较高的电气隔离（3000V），同时获得大大优于常规变压器、变流器的信号转换的线性度和相位失真，信号的转换线性度优于0.1%，相移小于5分。该单元板最多可将一组励磁PT、一组仪表PT、一组系统（母线）PT、一组励磁电源PT和一组发电机定子CT、一组发电机总励磁电流CT、一组发电机单柜励磁电流CT等七组单元信号进行变换，经过变换输出七组标准交流电压信号。二、采集板采集板（Analogous SIrefnal Sampling）的主要功能是将励磁调节系统所需的模拟量信号转换成微处理器可以接受的信号，供微处理器处理。采集板采集的主要量有：励磁PT电压、仪表PT电压、系统PT电压、同步电压、转子电压、定子电流、转子励磁电流（LEM）、转子交流电流、本套励磁电流（LEM）、本套励磁电流（交流）等。该单元对输入的交直流信号进行有效的滤波、幅值等调整，对各种励磁方式下的测量信号进行快速准确转换，在信号变化的全范围内滤掉因大功率可控硅、二极管、IGBT等器件工作时关断、换相过程中产生的波形干扰，提高测量的线性度、准确性。该单元可以根据不同的励磁系统将模拟信号转换板输出的7组标准交流电压信号以及3路LEM直流电压信号转换输出6路标准模拟量测量电压信号：仪表PT、系统PT、同步UT、转子UL、转子IL、本套IL；2路标准交流测量电压信号：励磁PT、定子IF；同时输出同步采样、测功、测频、同步触发脉冲信号。三、接口板接口板（I/O Interface），面板上设有4个按钮：增磁红色带灯不带锁，减磁红色带灯不带锁，手动红色带灯带锁，灭磁红色带灯带锁。该接口组件的主要特点为：输入本装置的全部I/O输入包括：13路外接点输入、4路本机插件按钮输入。4路插件按钮输入如下：增磁、减磁、手动、灭磁。13路外接点输入如下：开机、关机、并网、风机、增磁、减磁、手动、灭磁、主从、PSS投入、恒无功投入、恒功率因素投入、备用。13路外部信号经过光耦或继电器隔离，并经过抗干扰、防误处理通过母板送到主机板。输出所有的异常、故障均为双节点输出包括：公共节点、低频保护、过励限制、误强励、低励限制、灭磁、PT断线、系统故障、通讯故障、备用。四、主机板主机板（Main Controller）特点主芯片采用目前最先进的32位控制类DSP处理器TMS320F2812PGFA。TMS320F2812PGFA处理器是TI新推出的一款适用于自动化控制领域的产品。处理器运行速度为150MHz，拥有32位指令单周期的执行能力，指令执行时间为6.67ns，指令处理能力为1.5亿条/秒。TMS320F2812PGFA拥有 3232的硬件乘法器， 64位移位累加器，保证了高精度的数据计算能力和极快的处理速度。TMS320F2812PGFA采用了外部总线频率动态调整的技术，实现与其他的外部芯片（如ADS8364Y）等的速度匹配，可以满足外部芯片的速度要求，也能提高稳定性。该单元采用外置高速16位模数转换器ADS8364Y对励磁PT三相电压及定子三相电流进行交流采样。单通道转换时间为4us。共摸抑制比在50KHz时达到80dB。 DSP每周波采集36个数据点，并对其进行36点FFT变换计算，实时解算出同步发电机的转子电压、电流、有功、无功等重要电气参数。电路设计简洁可靠，参数采用独立的串行EEPROM进行储存，具有高可靠性，该系统有较强的独立工作能力，保证系统在励磁监控单元（工控机）退出时也能正常工作；独立的自动、手动控制功能，满足用户各种正常和特殊的励磁控制要求，采用防误双向跟踪技术，实现了备用通道（“自动”、“手动”）全过程跟踪工作通道（“手动”、“自动”）；面板设置面板上设有1个按钮、8个发光管，它们分别为：A.按钮：切脉冲红色带灯带锁带防护盖；B.发光管：运行闪烁绿色发光管；异常、手动、灭磁、PSS、主从、通讯。输入6路标准模拟量测量电压信号：仪表PT、系统PT、同步UT、转子UL、转子IL、本套IL；2路标准交流测量电压信号：励磁PT、定子IF；13路控制信号：13路外接点输入如下：开机、关机、并网、风机、增磁、减磁、手动、灭磁、主从、PSS投入、恒无功投入、恒功率因素投入、备用。输出6路/2路触发脉冲A相脉冲、B相脉冲、C相脉冲、A相脉冲、B相脉冲、C相脉冲/正组PWM脉冲、反组PWM脉冲。8路状态信号系统故障、系统异常、PSS状态、空载过压、起励、起励失败、手动状态、风机自投、备用。通讯状态信号输出手动控制、灭磁、并网、低频保护、系统电压跟踪、恒无功、恒功率因素、顶值限制、过励限制、强励限制、欠励限制、低励限制、励磁PT断线、仪表PT断线、过励保护、测频消失、风机故障、同步消失、空载限制、空载误强励、起励、起励失败、软启动、PSS投入。五、控制电源板主要功能是将电厂的交流及直流输入电压转换成调节器工作所需的电压，为调节器提供工作电源。该电源为我公司专为励磁系统而开发设计，以保证了微机控制系统的可靠运行。该电源的主要特点如下：电源范围工作电源适应范围：三相线电压输入：额定工作100V时，60V270V；直流输入电压：额定工作220V时，100V400V；额定工作110V时，50V200V。交流输入可取自励磁变压器、励磁PT、厂用交流电源、永磁机等。互换性好交流、直流电源可相互交换使用。可靠性高该电源抗干扰能力强，系统输出稳定，电源精度高众所周知，影响控制系统工作稳定性的一个重要因素是其工作电源的稳定性，特别是对于励磁系统，由于其输入电源的不稳定性及波形畸变，常常会危及到励磁控制系统的运行，国内外励磁系统在这方面的教训极多。正是因为如此，我公司自行开发出了励磁系统专用的工作电源，消除了商用的开关电源在适应励磁系统工作方面存在的缺陷。另外，工作电源的精度也会直接影响到数字式励磁系统的采样精度，我公司在开发和设计电源时对这方面也给予了足够的重视。控制电源的面板上设有五个指示灯（红色）。指示灯分别指示+5V、两组12V电源输出的状态，点亮为正常。六、功放电源板对于自并激励磁控制系统，由于其功率单元所需的触发功率较大，因此，微机调节器的脉冲输出需通过一级放大，才能保证功率器件的正常触发，为此需专门设置与工作电源相互隔离的功率放大电源。功放电源板上设有一个指示灯（绿色）。指示灯指示+24V功放输出电源输出的状态，点亮为正常。另外，对于远距离驱动的功率单元，HWJT-08DS还可采用光缆传输触发信号，从而避免信号的衰减，同时也有效地防止电磁干扰。第四部分 HWJT-08DS软件系统介绍HWJT-08DS微机励磁系统的软件系统设计遵循如下原则：1采用了科学的软件结构化设计，以提高系统的运行速度及系统的可靠性；2各子软件模块的独立性强，效率高，可靠性高；3每个模块程序简洁、高效，以便于程序的检测；4每个模块保证其严密性和流向的清晰性；5每个变量、标志都有其严格使用范围，从而提高了数据的抗干扰能力；6模块可以看成一个输入、处理、输出的过程，即模块的IPO（Input Process Output）格式。对于顺序连接的模块，尽可能的做到前一模块的输出直接作为下一个模块的输入，避免进行额外转换，就如流水线上的各道工序的衔接，从而提高效率和可靠性。7标准化的数据处理，使所有外界输入数据均转换为标幺值进行运算，提高数据的标准化，也提高程序的标准化，避免不同励磁系统参数不同引起工作数据的复杂化，防止大数据的不必要的溢出，小数据的低精度。子程序模块：给定调节、开关量保护判断、采集、功率计算、限制和保护、自动PID、手动PID、低励PID、PSS、调节方式（P、PI、PD、PID）选择、正负调差和调差率大小选择、手动跟踪自动、自动跟踪手动、双套控制单元通讯、上位机通讯等等。主程序原理流程示意图如下：HWJT-08DS应用程序包括两部分：主程序和控制调节程序一、主程序的流程和功能1.系统初始化系统初始化程序在调节器开始运行时，对计算机板以及接口板进行模式和初始状态设置，它包括对中断的初始化，串行口和并行口初始化等，初始化结束，调节就准备就绪，一旦起励条件满足，调节器即可进入调节和控制状态。2.开机条件判别及开机前设置 由于各厂的开机条件不尽相同，因而程序将首先按各厂的开机条件判别是否起励。开机前设置对电压给定值设置，并将一些故障限制标志复位。 3.开中断开机条件满足后，微机励磁调节器将进入调节和控制状态，由于调节和控制程序作为中断程序调用，因此，必须进行开中断操作，开中断后，中断信号出现，CPU将中断主程序的执行，转入执行中断程序，中断程序执行完毕，返回继续执行主程序。 4.故障检测设置 调节器中，配置了对励磁系统故障检测程序，这些程序根据实时性的要求放置在主程序中或中断程序中，如：PT断线判别，稳压电源检测，自恢复，硬件检测信号等。 5.终端显示和微机命令接口 为了监视发电机和调节器的运行情况，通过工控机，动态地将发电机和调节器的一些参量和状态量显示在屏幕上。 在调试过程中经常需要修改一些参数，为此可通过工控机接口将参数写入。通过人机接口命令还能进行一些动态试验，如10%阶跃响应(具体操作见调试设备使用说明) 。二、控制调节程序的流程和功能微机励磁调节器控制调节程序流程如上所示，其中空载逆变条件为：(1) 停机令；(2) 频率低于45Hz（参数可修改）； 满足其中之一，则转入逆变灭磁程序，否则转入调节控制计算程序三、励磁调节器PID控制环及其反馈电压取值PID分为自动电压PID、手动PI、欠励PI等3个控制环。3.1、电压反馈量及其调差励磁调节器电压控制环（AVR）是一个以机端电压为反馈量的控制模型，其模型反馈量记为，称为调差电压。励磁调节器中用来表示机端电压的量记为反馈电压。在调节器中，励磁PT和仪表PT同时被采样，调节器将“励磁PT加上1%”和“仪表PT”做比较，如果前者高，就以励磁PT作为 ，否则就以仪表PT作为。在没有并网的时候，以作为反馈，有。但在并网的时候情况有所不同。并网时，。为调差系数，为当前系统无功。在参数表中共有2个参数与此有关系。16调差方向00117调差系数003500当16号参数为0的时候，公式中取“+”，为正调差。当16号参数为1的时候，公式中取“”，为负调差。17参数为“调差系数”，单位为0.01% 。3.2、自动电压PID励磁调节器电压控制环是一个以机端电压为反馈量的数学模型，如下：式中： （1T1S）（1T1S）为滞后环节（积分环节）；（1+T2S）（1T2S）为超前环节（微分环节）；Kp为稳态放大系数T1为积分时间常数T2为积分时间常数为积分因子为微分因子UREF为自动电压给定，范围为标幺值的0120%UF为机端电压反馈，范围为标幺值的0120%在参数表中共有7个参数和自动电压PID有关系25自动Kp80006000026积分开关0127微分开关0128自动积分时间1001000029自动微分时间50500030自动积分系数10002000031自动微分系数10100025号参数为励磁调节器的放大系数Kp，30号参数为励磁调节器的积分因子，31号参数为励磁调节器的微分因子，数值上放大了1000倍。28号参数为励磁调节器的积分时间T1，29号参数为励磁调节器的微分时间T2，单位为ms。这几个参数就和传递函数中的数据对应起来了。26、27号参数为励磁调节器的去积分、去微分开关，如果参数为1，相应环节投入；为0则退出。值得注意的是，在积分投入的情况下，如果机端电压50%，积分自动退出，70%积分自动投入。另在P、PD模式下，放大系数Kp会自动缩小为原来的10%，退出P、PD模式后自动恢复。3.3、手动PI手动PI是以励磁电流作为控制对象的1种控制方式，数学模型如下：式中：KS为稳态放大系数TS为积分时间常数为积分因子IREF为励磁电压或电流给定，范围为标幺值的0110%IL为励磁电压或电流反馈，范围为标幺值的0110%在参数表中共有3个参数和手动PI有关系33手动积分因子11034手动积分时间0100035手动放大系数12033号参数为手动积分因子，无纲领，不扩大。34号参数为手动积分时间TS，单位为ms。35号参数为稳态放大系数KS，无纲领，不扩大。3.4、欠励PI欠励限制PQ动作曲线是按发电机不同有功功率静态稳定极限及法发电机端部发热条件确定的。欠励限制PQ曲线五点设定值，如右图，对应低励限制和欠励限制两重限制。欠励限制动作增加给定不得使自动PID的输出超过过励限制限制值。欠励限制：并网状态下，以低励限制PQ曲线上当前有功对应的无功为目标值，当前无功为反馈量，进行PI运算，当其输出大于自动PID输出，取代其作为励磁实际控制输出，在无功突变情况下，限制作用快速稳定。在欠励PI调节限制中加入的励磁电流附加反馈，在无功突变情况下，提高欠励PI调节限制的稳定性。欠励限制PI调节传递函数为：式中：KDL为稳态放大系数TD为积分时间常数Q为当前有功所对应的低励限值设定折线的无功值，Q为当前实际无功值。KDI为软反馈系数，范围为0100%Tr为励磁电流隔直时间常数IL为励磁电压或电流，范围为标幺值的0100%；在参数表中共有10个参数和欠励PI有关系37CQLKG欠励限制开关0138CDLQ0低励设定Q030001200039CDLQ1低励设定Q140001200040CDLQ2低励设定Q250001200041CDLQ3低励设定Q360001200042CDLQ4低励设定Q470001200043CQLFK欠励限制反馈系数05044CQLKI欠励积分调节时间0100045CQLKP欠励放大系数12046CILTW电流软反馈时间常数105000值得要注意的是，现在的P、Q都是以视在功率做为标幺基准值的。四、PSS电力系统稳定器4.1、PSS电力系统稳定器的一般知识PSS（电力系统稳定器）是大型发电机励磁调节器的一个标准软件模块，它的作用是辅助控制励磁输出，以抑制发电机的低频振荡，提高电网的稳定性。我公司的双输入信号（功率加频率）PSS2A模型如下： 由上图，PSS2A模型是由12个子模块构成的双信号输入单信号输出的控制模块，其输入信号为f（机端电压频率）和Pe（发电机实测电功率），该模型涉及到的参数定义及设定范围见下表所示：参数定义单位范围推荐值Tw1Tw2隔直时间常数s0.1302828Tw3Tw4隔直时间常数s0.1302808Ks1PSS增益p.u.0.150110Ks2计算电功率积分的补偿系数p.u.0.015Ks3信号合成系数p.u.0.0151T1,T3相位补偿环节的超前时间常数s0.002.50T2,T4相位补偿环节的滞后时间常数s0.002.50T5电功率积分时间常数s330T6陷波器时间常数s0.002.500.20T7陷波器时间常数s0.002.500.10M陷波器阶数255N陷波器阶数141USTmaxPSS输出上限值p.u.0.003.2770.100USTminPSS输出上限值p.u.-3.2770.00-0.100表中未给出推荐值的几个参数需要经过计算和实际模拟试验得出，在一般情况KS21，T7等于发电机的惯性时间常数，而T1,T2,T3,T4需要根据发电机的机组参数和运行工况确定。功能模块在发电机功率超过一定值时投入，低于一定值时自动退出，以防止系统甩负荷时由于PSS的作用使发电机过电压；手动投切，故障或无效时自动退出。该PSS的频率特性在较宽的频带内，有较平的相位补偿，而且没有反调现象产生。4.2、调节器中的PSS运行原则在参数表中下列参数与PSS有关系90隔直时间常数Tw11001500091隔直时间常数Tw21001500092隔直时间常数Tw31001500093隔直时间常数Tw401500094PSS增益1005000095电功率积分补偿系数10500096信号合成系数10500097相位补偿时间常数0250098相位补偿时间常数0250099相位补偿时间常数02500100相位补偿时间常数02500101电功率积分时间常数10030000102陷波器时间常数02500103陷波器时间常数02500104PSS限幅01000105PSS投切开关01106PSS输出开关01107PSS有功投入值5001000600093号参数为“隔直时间常数Tw4”，如果Tw4=0，表示第2个有功隔直环节退出，隔直环节只有1级。105号参数为“PSS投切开关”，共有4个值，分别表示为：0：PSS退出1：PSS投入运行，输入P为有功信号，F输入为频率2：PSS投入运行，输入P为白躁声信号，F输入为03：将白躁声信号叠加到PID输入端，未并网的情况下有效106号参数为“PSS输出开关”，当其为0时，不将PSS输出信号叠加到PID上，只有当其为1时，才将PSS输出信号叠加到PID上。107号参数为“PSS有功投入值”，为有功的标幺值（标幺基准值为视在功率S）。当有功大于“PSS有功投入值”时，其他条件满足，PSS投入运行。当PSS投入运行时，在开始的72s内，PSS程序模块运行，但PSS输出不叠加到PID上，72s完了以后，程序将PSS输出叠加到PID上，PSS正式投入运行。这样做的目的是PSS在投入的时候，有功P是一个阶越量做为输入的，必须将PSS模型的阶越响应躲过去，避免系统出现振荡。“PSS有功投入值”减去5%，做为有功过小的时候，PSS自动退出的判断数值。4.3、调节器中的PSS测试接口 PSS调节器输入接口包含1个5V输入和1个5V 输出的模拟信号。5V模拟输入是PSS测试接口的输入部分。这部分作为PSS白躁声信号输入接口，是用1个12位的AD采样器来采样的。在硬件和软件中没有做滤波和平滑处理，直接采样定标后做为白躁声信号数据。5V模拟输入定标后为1（标幺值）输入，标幺基准值为机端额定电压。五、保护限制功能5.1、V/f限制 V/f限制是为防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。V/f限制在发电机未并网时、V/f限制开关投入、无异常的情况下投入运行。计算公式：式中： UREF为计算出的UREF限制值UFG为V/f限制给定值F为当前发电机频率，单位为HzF0为发电机频率额定值，为50U0为发电机机端电压额定标幺值，为1V/f限制投入运行的时候，根据上面的公式计算出UREF的限制值UREF，如果UREFUREF，就以UREF取代UREF作为电压自动PID的给定值，则可以实现V/f限制的功能。当频率下降时，机端电压跟着下降，频率恢复，机端电压也随之恢复。在参数表中共有2个参数和欠励PI有关系01VF开关0102VF限制值10011002号参数为V/f限制给定值，数值上扩大了100倍。5.2、低频保护低频保护在发电机未并网时投入运行，并网后自动退出。此限制没有限制开关，当频率小于45Hz时，励磁调节器逆变灭磁，并将给定全部清零。在参数表中有1个参数和低频保护有关系13低频保护4200470013号参数为低频保护给定值，数值上扩大了100倍。5.3、强励限制 当发电机励磁电流（电压）超过Kd倍额定值（Kd为设置的强励倍数，一般为1.62.5倍）时，限制无延时动作，使励磁电流限制在Kd倍额定值稳定运行，此限制没有限制开关。在参数表中有2个参数和强励限制有关系09强励倍数13025011强励输出限制120002000009号参数为强励限制倍数，数值上扩大了100倍。09号参数为强励限制动作后，对PID输出结果进行限制的限制值。结果放大了10000倍并加了10000的偏置。例，15000表示限制为50%。强励限制动作后，如果PID的输出结果大于限制值，则将限制值做为结果输出。如果PID的输出结果小于限制值，则直接输出PID结果。5.4、过励限制 当发电机励磁电流（