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NES5100励磁系统介绍 南瑞集团电气控制分公司2008 07 25 NES5100励磁调节器 NES5100励磁调节器 励磁调节器运行在自动方式和手动方式的基本工作原理相同 即通过比较测量反馈值与参考值 有别于设定值 的误差 计算出控制电压 自动方式下还经过一个欠励限制环节 再经过转子电压反馈产生可控硅的控制角 输出相对于同步电压理想自然换流点有一定相位滞后的触发脉冲 一 励磁调节器基本工作原理 二 励磁调节器自动调节功能 励磁调节器自动方式的闭环控制对象为机端电压 当调节器运行在自动方式且没有发生欠励限制时 如果发电机的机端电压高于参考值 则调节器减小控制电压 进而增大可控硅的控制角 使得发电机转子电压下降 减小发电机励磁电流 使发电机机端电压回到参考值 如果发电机机端电压低于参考值时 调节器增大控制电压 进而减小可控硅的控制角 使得发电机转子电压上升 增大发电机励磁电流 维持发电机机端电压为参考值 其控制简图如图1所示 图中Ugset为发电机机端电压设定值 Ugact为发电机端电压实际值 Uk为控制电压 Vs为励磁电源电压 Tc为发电机端电压采样时间常数 TF为发电机励磁电压反馈时间常数 PI为比例 积分控制 TSCR Tg分别为可控硅整流桥等效时间常数和发电机等效时间常数 NES5100励磁调节器 图1发电机励磁调节器自动控制原理简图 NES5100励磁调节器 三 励磁调节器手动调节功能 励磁调节器手动调节的闭环控制对象为励磁电流 当调节器运行在手动方式时 如果发电机的励磁电流高于设定值 则调节器减小控制电压 既增大可控硅的控制角 进而减小发电机励磁电流 使发电机励磁电流回到设定值 如果发电机励磁电流低于设定值时 调节器增大控制电压 既减小可控硅的控制角 增大发电机励磁电流 维持发电机励磁电流为设定值 其控制简图如图2所示 图中Ifset和Ifact分别表示发电机转子电流的设定值和实际值 NES5100励磁调节器 图2发电机励磁调节器手自动控制原理简图 NES5100励磁调节器 NES5100励磁调节器 四 NES5100励磁调节器硬件平台 NES5100励磁调节 NES5100励磁调节控制单元以ARM芯片为自动通道计算控制核心 FPGA为I O中心 DSP为纯手动通道计算控制核心 构成了三CPU系统 以ARM为主 配置A D D A FPGA ETHNET FLASH CAN DSP从而构成励磁调节CPU板 加上模拟量板 开关量板 同步板 脉冲放大板 电源板等构成励磁调节控制单元 外部电流和电压输入经模拟量板的隔离互感器隔离变换后 由低通滤波器输入至模数变换器 经采样处理后 形成各种采集量 控制信号 现场状态信号由开关量板进入 经光电隔离后形成可读信号 输出状态信号由开关量板继电器输出 控制脉冲由脉冲板隔离放大后输出 以ARM为中心的CPU板完成励磁调节器的对外通讯功能 包括RS485 RS232 LAN等 ARM和DSP之间通过串口交换信息 通道之间通过双CAN网络通讯 双CAN网络互为热备用 板间通过总线背板交换信息 有部分使用SPI通讯 框图见图3 图3NES5100励磁调节控制单元硬件框图 NES5100励磁调节器 NES5100励磁调节 板件布置 NES5100单通道的单板插件图 软件构架 五 NES5100励磁调节器软件构架 NES5100励磁调节 自动通道软件组成包括三个方面 嵌入式操作系统 人机交互程序以及励磁应用程序 嵌入式操作系统部分包括操作系统本体 还包括硬件底层驱动软件 系统任务配置 系统中断配置等 人机交互的核心程序主要处理通信任务 励磁应用程序包括两个部分 主流程和控制调节程序 主流程完成励磁应用程序的初始化以及机组状态的判断等功能 控制调节程序完成所有的励磁控制调节功能 确保了控制调节的快速和精度 NES5100励磁调节 1 励磁应用程序主流程主流程完成机组状态的判断以及各状态下的初始化功能 程序中 机组状态分为 空闲 等待 开机 停机四种状态 程序根据上一次流程判断出机组的运行状态 对各状态进行相应的初始化 同时再次判断机组状态 以便下一次流程中使用 主流程框图见图4 NES5100励磁调节 图4主流程框图 NES5100励磁调节 2 励磁应用程序控制调节程序NES5100励磁调节器的主要任务是维持发电机机端电压水平稳定 从而维持机组的一定的负荷水平 同时对发电机定子和转子侧各电气量的进行测量及限制 保护处理 并对自己进行不断的自检和自诊断 发现异常和故障 及时报警并切换到备用通道 励磁控制调节程序是励磁调节器的核心程序 完成了上述的任务 NES5100励磁调节 NES5100励磁调节器 六 NES5100励磁调节器软件功能 NES5100励磁调节器 高速的交流采样先进的数字计算方法采样冗余检测 1 软件变送器 NES5100励磁调节 2 电压给定和调节 PID控制器调差功能自动跟踪起励 NES5100励磁调节器 3 限制器 低励限制器转子过流过热限制器无功功率过励限制器瞬时强励限制器V Hz限制器 NES5100励磁调节器 过欠励限制器 机端电压 NES5100励磁调节器 4 保护器 PT断线过电压保护低励保护过激磁保护 NES5100励磁调节器 5 附加控制器PSS 电力系统稳定器 PSS 的目的是通过引入一个附加的反馈信号 增加弱阻尼或负阻尼控制系统的正阻尼系数 以抑制同步发电机的低频振荡 提高发电机组 线路 最大输出能力 有助于整个电网的稳定性 模型见图5 NES5100励磁调节器 图5PSS模型 NES5100励磁调节器 四 NES5100调节器智能维护显示系统 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 1 主界面 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 主界面 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 2 AVR界面 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 3 AVR界面 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 4 功率柜界面 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 5 故障日志 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 6 参数设置 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 7 机组运行点显示以及PQ曲线设置 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 8 录波以及分析 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 9 采样示波器 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 10 阶跃试验 NES5100励磁调节器 智能维护和显示系统 11 模式切换 NES5100励磁调节器 12 逻辑组态 NES5100励磁调节器 空载试验 升压逆变灭磁自动 手动切换两套独立调节通道切换阶跃响应V Hz特性以及限制PT断线试验 负载试验 发电机无功负荷调整试验给定值整定范围测试试验过励限制功能试验欠励限制保护功能试验 五 NES5100调节器现场试验 NES5100励磁调节器 图1空载5 电压阶跃试验波形 NES5100励磁调节器 图2软起励试验波形 NES5100励磁调节器 图3电压闭环下A