SAVR-2000技术说明书.doc

SAVR-2000发电机励磁调节器技术说明书 NARI-ECC NARISAVR-2000发电机励磁调节器技 术 说 明 书V2.0国电自动化研究院南 瑞 电 气 控 制 分 公 司二00一年十一月概 述 SAVR-2000发电机励磁调节器是以经典和现代控制理论与数字信号处理器DSP技术相结合的第二代微机励磁调节器。它继承了第一代微机励磁调节器的全部调节、控制及限制保护功能，同时在计算速度、抗电磁干扰、可靠性等方面都有了极大的进步，是现代大、中型同步发电机组较为理想的励磁调节装置。SAVR-2000适用于各种方式的可控硅励磁,是一种通用性极强的励磁调节装置。作为更新换代产品已被我国励磁行业的专家认可。SAVR-2000发电机励磁调节器拥有32位总线的DSP（数字信号处理器）作为控制的核心，采用积木式双通道或多通道冗余结构，并配备大屏幕真彩液晶显示器。基于上述硬件和我们多年的软件编制经验，SAVR-2000具有可靠性高、操作简单、维护方便、使用灵活等特点。本说明书主要介绍SAVR-2000发电机励磁调节器的功能、特点、软件及硬件配置、工作原理，以便用户对它有一较全面的了解，避免不必要的人为使用错误。同时为使用户对数字信号处理器（DSP）有一个较为全面的了解，单独将DSP列出介绍。与本手册有关的技术文件：（1） SAVR-2000发电机励磁调节器原理图（2） SAVR-2000发电机励磁调节器操作原理图（3） SAVR-2000发电机励磁调节器配线表（4） 电厂运行显示界面说明手册 第一章 装置的适用范围 SAVR-2000发电机励磁调节器适用于各种可控硅励磁系统，图1-1至图1-6为SAVR-2000发电机励磁调节器的几种典型应用。（1） 自励方式 图1-1 自并励可控硅励磁 图1-2 自复励可控硅励磁（2） 他励方式 图1-3 有副励磁机的他励可控硅励磁 图1-4 两机他励可控硅励磁 图1-5 无刷励磁（3） 用于直流励磁方式 图1-6 连续型直流机励磁方式上面几个例子仅是SAVR-2000发电机励磁调节器的几类典型应用。各使用单位可根据自己的实际情况设计出具体的方案。 第二章 装置的功能、特点及适用范围21 装置的主要功能 SAVR-2000励磁调节器的根本任务是维持发电机的机端电压恒定，因此，它的基本功能是调节及控制机端电压；同时，作为计算机产品，它还具有实时故障诊断及容错功能，智能调试及计算机辅助分析功能。211调节及控制功能 具有控制结构自适应和参数自适应的调节功能，配备在线专家系统。 全中文信息集成显示，模拟、数字显示一体化。 具备实时数据库及历史数据库，能够进行事件录波辅助分析，并给出有效提示。 保证发电机按要求升压、并网、增减无功负荷及逆变停机。 保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况。 可按要求选择起励方式： （1）100%额定电压起励 （2）零起升压 （3）软起励 保证机组在突甩负荷时机端电压迅速稳定在额定电压。 保证无冲击地进行手动/自动的切换及双机切换。 可任意设定正、负调差方式，且调差率大小可选择 软件数字整定和比较功能 可通过串行通讯方式或其它通讯方式将调节过程中的数据实时传送至上位机，并接收上位机的控制命令（如开、停机） 恒发电机机端电压的PID调节规律。 恒发电机转子电流的PID调节规律。 发电机恒定触发角运行（选用） 发电机恒功率因数运行（选用） 发电机恒无功运行（选用） 系统电压跟踪方式（选用） 转子过热保护（选用） 电力系统稳定器（PSS）附加控制（选用） 线性最优励磁调节规律（选用） 非线性自适应励磁调节规律（选用） 主备励无扰动切换（选用） 水轮发电机机组用电气制动方式停机（选用）212实时故障诊断及异常状态的限制功能 SAVR-2000可及时检测下列故障。并在故障发生时做相应的处理。 电源电压过低或消失的检测：实时监视多路电源，电源消失或过低时自动调整控制方式，保证机组稳定运行 PT断线的检测 可控硅同步电压信号断线检测 可控硅脉冲丢失的检测 控制角的检测：计算机在发出控制角后又将其回读并进行检查，以确保控制 角的正确性 发电机机端电压及可控硅阳极电压相序的检测 通迅故障的检测 看门狗（Watch Dog）电路监测主CPU电路 SAVR-2000可及时检测发电机的下列异常运行工况，并做相应的处理，以确保发电机机组的安全。 欠励瞬时限制及保护 过励延时限制及保护 发电机强励的反时限限制及保护 最大励磁电流瞬时限制及保护 可控硅整流柜快速熔断器熔断、停风、部分柜切除时的励磁电流限制 V/F限制及保护：当机组转速下降时，如仍维持发电机电压恒定将引起转子 过磁通。为保护机组安全，调节器将自动降低发电机电压；如转速过低，调节器将自动逆变灭磁。 空载过压限制及保护213调节器模拟量及开关量的容错 当调节器由于某种原因测量发生错误时，计算机可自动进行识别，从而保证调节器不发生误调节，避免由此引发的振荡或其它灾难性后果。 机端电压容错：DSP实时自动诊断机组三相电压，可自动辨别PT断线还是机端短路，并作出故障类别提示以保证全部调节任务的正常完成且不造成负荷冲击。 定子电流容错 转子电流容错 发电机频率容错 有功功率及无功功率容错 同样，当控制命令发生错误时，计算机也可自动进行识别，从而保证调节器不发生误动作。例如，当调节器在欠励动作时收到减磁令，调节器将不理会该命令。 开机令及停机令容错 增、减磁信号容错：调节器具有软件数字整定和比较功能，能够防止电压峰值在2000V以下宽度小于四十毫秒（可改变）的干扰信号。并具有数字滤波功能，能够防止增减节点粘连，避免失磁和误强励。 油开关信号容错214 智能调试及计算机辅助分析功能： 智能化调试： 调试软面板技术； 全中文图形化调试界面； 在线帮助系统； 计算机辅助分析系统： 各项试验专用数据库； 故障录波与计算机辅助分析 以工况转换为依据，进行不间断录波，形成历史数据库； 故障产生时，计算机进行辅助分析，给出故障产生原因； 计算机对历史数据库中的数据可进行辅助分析，推测系统工作状态； 调试专家系统： 可自动进行各项试验，计算机辅助选择相应参数； 产生试验数据并给出试验结果； 对试验过程及结论作出评价；215 调节器维护时系统自检查功能：存储系统(FLASH RAM，RAM)检查诊断；闭环系统功能块检查诊断；输出功能检查诊断；数字给定检查诊断；开关量输入检查诊断；内部参数检查诊断； 通信检查诊断；2.2 装置特点： 221可靠性高： 先进的表贴（SMT）工艺：SAVR-2000发电机励磁调节器采用先进的表面贴装集成芯片，由德国引进的成套表贴生产流水线批量生产，工艺先进，质量可靠。由于采用了表贴集成芯片，电子元器件功耗降低，发热量减小，整个装置不需要额外的散热处理，因此，SAVR-2000发电机励磁调节器在机械结构上采用全封闭无风扇结构，由柜体、插箱、插件屏蔽板构成了三重防护，不仅使外界灰尘难以进入，而且有效地屏蔽了空间电磁辐射，提高了装置整体的可靠性。 先进的测量方式：在一个周期内（20ms）对三相定子电压及三相定子电流 进行多点交流采样，并由软件实时计算出有功功率、无功功率及定子电压、电流的有效值。因而响应速度快，测量精度不受波形影响。另外测量回路中无可调电位器也大大增加了测量的可靠性。 高集成度的接口电路：根据“可靠、高效、适用”的原则，SAVR-2000发电机励磁调节器以大规模可编程器件为外部接口电路，将脉冲形成及检测、频率与相位检测、A/B套切换等功能全部集成在一片大规模可编程器件中。与传统电路中采用大量中小规模集成芯片相比，极大地简化了外围接口电路，提高了装置整体的可靠性。同时由于切换逻辑由可编程芯片完成，取消了操作继电器环节，避免了继电器节点粘接或短接引起的切换不成功。 分布式隔离电源：为提高电源的纯净度，减少电路各功能模块之间的相互干扰，SAVR-2000发电机励磁调节器采用了分布式隔离电源。整个装置电源分为主机电源（+5V）、模拟量电源（+12V与-12V）；脉冲电源，脉冲检测电源，开出量电源，开入量电源（2路）。共计七个部分，各部分相互隔离。提高了装置整体的可靠性。 电磁兼容技术：电磁兼容技术是在世界工业控制领域的惨痛教训中发展起来的一门新兴技术学科，其含义是装置在运行环境中既不受电磁干扰的影响，也不向外界发出有害电磁波。现场的一些时有时无、难以确定的软故障往往与电磁干扰有关。为加强装置的电磁兼容能力，SAVR-2000发电机励磁调节器在总体及局部设计上采用了多种措施。在接地方面：采用了柜体、插箱、屏蔽板安全接地，各控制模件功能接地等方式，鉴于系统功能复杂，布局分散，为提高电磁兼容能力，将地线设计成信号地、控制地、模拟地、数字地、电源地和安全地等，接地方式也运用了一点接地、多点接地和混合接地等多种方式。在滤波方面：不仅采用了常规的无源及有源滤波，而且运用了多种专用电磁兼容器件，如穿心电容器、扼流圈、磁阻等；为提高电源的纯净度等级，装置还专门使用了军用滤波器，加强了对电源线路上低频干扰的抑制能力。在屏蔽方面：装置采取了三重电屏蔽，并以导磁涂层构成磁屏蔽，使调节器既能防止外界空间电磁干扰，又能减少对外的电磁辐射量。在布线方面：装置采用了合理的布线方式，综合考虑了导线的种类、线径的粗细、走线的方式、线间距离、导线的长短、捆扎或绞合、屏蔽方式及布线的对称性，减少了布线方式对导线的电感、电阻及噪声耦合的影响。在电路方面：装置采用了浪涌吸收器、切断噪声变压器、旁路电容器、隔离变换器、光电耦合器、施密特触发器、分流电路和积分电路等可切断噪声传导通道的器件，抑制了传导瞬变类的电磁干扰。此外，电路去耦、阻抗匹配、电子逻辑器件的防静电也是SAVR-2000型调节器电磁兼容技术的组成部分。与以往设计过程不同，SAVR-2000发电机励磁调节器在控制干扰的策略上采取了主动预防、整体规化、“对抗”和“疏导”相结合的方针。除了采用常规的抑制干扰的方法外，还采取了回避和疏导的技术处理，如空间方位分离，频率划分与回避等。正是由于设计者在装置电磁兼容方面倾注了极大的心血，SAVR-2000发电机励磁调节器成为首家通过电磁兼容测试的励磁调节类电子装置。能够抵御2500V传导瞬变干扰、8000V静电放电干扰及10V/M的空间电磁辐射。 严格的质量保证体系:南瑞电控公司自1997年通过ISO9001质量体系认证以来,建立并完善了一套严格的质量保证体系,从元器件选择、部件生产、安装至装置整体的调试、验收、老化，都有专业的质量监控人员全线跟踪，从生产的角度提高了装置整体的可靠性。222 可操作性强： 软面板技术：由于输入及显示的需要，微机型调节器的显示操作面板往往由较多的数码管、发光二极管及按键组成，操作人员必须牢记各种操作方法及显示的定义。为使运行操作简单化，SAVR-2000发电机励磁调节器采用了软面板技术，将运行人员所关心的内容集中于一个窗口，运用三维汉字图形界面，同时具备模拟显示及数字显示，取消了绝大多数的按键，操作相当简单，满足了新老运行人员的需要。 在线帮助系统：SAVR-2000发电机励磁调节器为缩短运行人员的学习时间，在运行监控软件系统中置入了在线帮助。当鼠标移至屏幕上任何一个可操作位置时，软件系统将随即弹出该项操作的意义、方法以及可能产生的后果，供操作人员参考。223 可维护性好： 故障定位专家系统：电厂的检修人员为了实现快速、方便的维护，往往要求调节器能够提供大量的外部及内部信息，而调节器受空间所限，所能显示的信息往往是有限的。SAVR-2000型发电机励磁调节器采用了人化设计方法，在系统中预设了故障定位专家系统。当故障发生时，装置不仅能够给出故障种类，而且能够根据检修人员的需要，给出该种故障产生的原因及维护的方法。这样，检修人员就能够根据提示的方法和路径，尽快地解决装置外围或内部的故障，为电厂长期稳定运行创造条件。 超前维护及预警系统：九十年代，世界工业控制领域提出了“超前维护”的新概念，即指“在故障出现之前，根据系统内部的大量共享信息，对故障发生的可能性作出判断并预警，在不影响系统正常工作的前提下，对可能发生故障的部件作出相应处理。”SAVR-2000发电机励磁调节器在设计中贯穿了超前维护的概念，设置了预警系统，为电厂长期稳定创造了条件。224 可扩展的现场总线：目前，现场总线已在世界工业控制领域内得到了广泛 的应用。SAVR-2000发电机励磁调节器内部备有CANBUS或PROFIBUS现场总线扩 展口，能够与监控局域网方便连接，构成了多层次分布式的控制结构，为电 厂实现信息共享、系统扩展奠定了坚实的基础。23 主要技术参数231模数转换器输入参数 模拟通道：16通道8路无相差同步采样 信号输入量参数： 机端电压Uf 额定值100伏 定子电流If 额定值5A 励磁电流IL 额定值5A（交流侧，由互感器来） 转子电压IL- 实际值（选用） 转子电流UL- 75mV（直流侧，由分流器来，选用）232开关量输入输出容量 CPU 16路光电隔离输入（可扩至32路）； CPU 16路继电器输出（可扩至32路），节点容量1A/DC220V； 233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10组脉冲变压器回路负载。234电源参数 交、直流并联供电。交流输入220V15%，直流输入220V20%。 稳压电源：A套和B套的电源各自独立。 功率消耗：小于400瓦。235指标参数 可控硅控制角分辨率：最高可达40MHZ A/D转换量分辨率：2-14，8路同步采样 控制计算调节速度：20毫秒（典型） 调压范围：5%130% 调压精度：0.5% 移相范围：0-180度，上下限值可程序设置 调差：由软件设置无功调差率，正负及大小任选，级差为0.33%。 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%。 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。 响应时间 自并激励磁系统： 上升0.08S 下降2倍/秒 高起始响应励磁系统：上升0.1秒 下降Ug给定+KgQ时，过励限制返回。流程为图5-15。 欠励限制控制程序 当欠励限制标志置位时，根据有功P值，求出PQ特性曲线对应的允许进相无功功率给定值QCG，若QQCG，则调节器自动增电压给定值直至Q测量QCG，当UF测量Ug给定+KgQ时，欠励限制返回。流程为图5-16。53控制输入 在触发角输出之前，要经过一个上下限幅，如图5-17 当max时取max。 max时取max。附录 数字信号处理器（DSP）简介 一、 什么是DSP DSP是数字信号处理器（Digital Signal Processor）的英文缩写，是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算技术等学科的发展而产生的，是体现这三个学科综合科研成果的新器件。由于它特殊的结构设计，可以把数字信号处理中的一些理论和算法实时实现，并逐步进入控制器市场，因而在计算机应用领域中得到了广泛的使用。 DSP是主要以数字的方式来处理模拟信号，它通常是收入一系列信号值，对它们进行过滤或做一系列操作，例如建立一支待过滤的信号值队列串行条目，再逐条地予以累加，它担当了一个快速倍增器/累加器（MAC）的作用，并且常常在一个周期中执行多次MAC指令。为了减少在建立串行队列时的额外消耗，DSP有着专门的硬件支持，安排地址提取操作数和建立起一些条件，用以判断是继续计算队列里的元素还是已经到了循环的末尾。DSP的主要特点可以概括如下：1） 哈佛结构 在这种结构中，程序存储器和数据存储器相互分开各占独立的空间，允许取指令和执行指令全部重叠进行；可以直接在程序和数据空间之间进行信息传送，减少访问冲突，从而获得高速运算能力。2） 用管道式设计加快执行速度 所谓管道式设计，即采用流水线技术，取指令和执行指令操作重叠进行。DSP通常有一个短的三级管道（三级流水线）和相对快速的中断执行时间。3） 在每一时钟周期中执行多个操作 DSP的每一条指令都是自动安排空间、编址和取数。支持硬件乘法器，使得乘法能用单周期指令完成。这也有利于