励磁调节器基本原理.ppt

,励磁调节器基本原理,励磁调节方式,按扰动量调节负载的扰动引起机端电压及功率的变化，根据扰动量形成励磁控制分量，以补偿扰动量而增加的励磁电流；各种稳定器和补偿器,励磁调节方式,按偏差量调节：按照被调节量的目标值和实际值之间的差值，控制调节器的励磁输出；实质上是负反馈调节,励磁调节方式,单变量调节：比例式励磁调节励磁输出与电压偏差成比例关系；PID励磁调节比例+积分+微分理想PID调节,励磁调节PID算法,按偏差的比例、积分和微分进行控制的PID调节器,是连续系统控制中技术成熟、应用最为广泛的一种调节器。比例调节可以减小控制系统惯性时间常数，但相对稳定性降低，而且不能消除稳态误差；积分调节可以消除稳态误差；微分调节可以提高控制系统的稳定性，相应可以增加比例调节放大倍数。,励磁调节方式,多变量励磁调节：励磁输出取决于多个电气量的变化，以使各个电气特性均满足运行要求，理论上求得模型方程的最优解或次优解。附加控制式：PID+PSSPID+LEOCPID+NEOC,励磁调节器构成,励磁调节器从功能上可分为基本调节部分和辅助调节部分基本调节：测量比较+综合放大+移相触发；辅助调节：补偿器+稳定器+限制器,励磁系统空载运行工况,(1)进行励磁系统的调节和控制，输出励磁电流，建立稳定的机端电压，提供发电机同期所需调压功能;(2)提供初励控制和初励电流，建立初始磁场;(3)提供电压升高和降低的调整控制;(4)进行定子过电压判别和保护：防止定子过电压;(5)进行转子过电流判别和限制：防止空载误强励;(6)进行V/Hz判别和限制：防止有关设备过磁通;,负载运行工况,.按机端电压给定值要求进行励磁调节：提供所需的励磁电流，维持给定的机端电压，从而实现并网运行中的无功调节；（2）按要求进行二次调节：维持无功或功率因数恒定；（3）进行过励限制判别并调整输出：防止无功过负荷、定子电流过负荷、转子过负荷；（4）进行欠励限制判别并调整输出：防止无功进相过深、转子电流过小，失去功角稳定；（5）进行V/Hz限制判别并调整输出：防止设备过电压；（6）进行PSS附加控制，增加电力系统正阻尼。,励磁系统主要形式,1、自并励静止励磁系统2、三机励磁系统3、无刷励磁系统4、两机它励可控硅励磁系统,数字微机式,主流励磁方式,主流励磁调节器,三机励磁系统,三机励磁系统,三机励磁系统主要特点：1、励磁电源有永磁机提供，不受系统影响，在电网故障时，提供足够的强励倍数；2、励磁系统可控部分（调节器+可控硅）体积较小，方便电厂设备布置；3、励磁系统时间常数较大，对电压快速调节不利；4、发电机轴系较长，容易产生机械振动；,RCS-9400微机励磁系统培训之励磁调节装置硬件介绍,200603,励磁调节柜组屏,励磁调节柜组屏,电源开关（交流、直流）监视继电器层（交流、直流、脉冲电源）；后台机管理显示器（图形化界面）；A套、B套（C套）RCS-9410励磁调节装置；键盘及鼠标层（工控机用）；打印机（选用）就地操作把手层（增减磁、投励/逆变、方式选择、切换）以太网交换器层（多通道信息综合）交流隔离变压器（电源隔离）,励磁调节柜组屏,UD端子（机端电压、系统电压、磁场电压）ID端子（定子CT、转子CT、磁场电流、副励电流）；ZD端子（交流电流、直流电源、电源转接）；XD端子（装置故障、告警、限制、强励、断线、主从、掉电）；CD端子（风机控制、初励控制信号）；RD端子（外部输入：增磁、减磁、投励、逆变、出口开关、灭磁开关分和合、备励运行、PSS闭锁、PSS投入等信号）MD端子（脉冲电源、六相脉冲输出）TD端子（装置同步电压信号）,双通道励磁调节器结构,励磁调节器从结构到功能完全双重化配置外部信号视现场情况而定，可以双重化，也可共用信号功率部分根据设计要求进行组态，可以双重化，也可以冗余,三通道励磁调节器结构,励磁调节柜电源系统,RCS-9410液晶界面,Ug:定子电压；If：励磁电流P：有功功率；Q：无功功率；F：发电机频率；Ang:触发角度Uref:电压参考Iref:电流参考闭环方式主从通道,硬件资源及其特点,系统供电单元，包括CPU电源、模拟量电源、数字量电源、脉冲电源；模拟量输入单元；数字量输入单元；信号继电器输出单元；脉冲发生、放大及输出单元；CPU励磁控制单元；COM通讯控制单元；工作电源输入及监视单元；就地人机界面单元；,每个通道即为一个完整的励磁调节装置，不需任何其它辅助单元,励磁调节装置结构原理,励磁调节装置的硬件体系,DSP+FPGA+ARMDSP励磁计算核心FPGA控制接口ARM通讯核心人机接口,三层次的硬件系统，能够保证核心的安全，不受外部影响，同时提供足够强的对外通讯能力、足够灵活和方便的人机交互接口,励磁调节装置电路板功能,1）DCP：对交、直流输入电源实现无触点切换，并从电路板输出脉冲直流电源，供脉冲触发使用。2）DCS：对交、直流输入电源实现无触点切换，产生四路V电源：a、+5V电源，用于CPU系统，装置内部b、15V电源，用于运放电路系统，装置内部c、输出24V电源，用于输出继电器，装置内部d、输入24V电源，用于输入光隔，从电源板输出供装置外部使用,励磁调节装置电路板功能,3）ACF：、将励磁变副边CT电流，通过星格CT(5A/2.5mA)和输出运放，转变成交流5V信号；、将同步电压信号（100V），通过星格PT（2mA/2mA）和输出运放转换方波信号和直流5V电压信号；、将输入的直流420mA信号和075mV信号，通过隔离运算放大器转换为直流5V电压信号。,励磁调节装置电路板功能,4）ACA：、将发电机定子CT电流，通过星格CT(5A/2.5mA)和输出运放，转变成交流5V信号；、将发电机定子电压PT（100V）、系统PT（100V）信号，通过星格PT（2mA/2mA）和输出运放转换交流5V电压信号；、将输入的420mA信号和05V（白噪音）信号，通过隔离运算放大器转换为5V电压信号。,励磁调节装置电路板功能,5）CPU：、励磁核心控制作用（DSP），125M主频；、实现A/D采样，20路A/D转换芯片；、实现双机通讯（RS422）及励磁系统内部通讯（CAN）；、watchdog看门狗监视；、由FPGA实现以下功能：产生脉冲，I/O控制，通讯控制，实现A/B切换逻辑，测频（Ug、Usyn），脉冲回读检测，软件故障及watchdog动作输出。,励磁调节装置电路板功能,6）COM：、通讯核心作用（ARM），125M主频；、实现装置内部信息交换（ECNET）；、watchdog看门狗监视；、实现如下对外通讯接口：就地及远方液晶人机界面，RS232/485打印机通讯，RS232GPS对时接口及通讯，RS232后台双重以太网通讯动作输出。,励磁调节装置电路板功能,7）OPT：24路开关量信号输入；8）OUT：8路开关量，16路继电器信号输出；9）PUL：、脉冲放大输出；、双机脉冲切换；、开入（状态/主从）、开出（状态/主从信号）；、脉冲回读；、3.3V、5V、15V、15VX电源检测、硬件强行置主输出脉冲功能。,励磁调节装置插件连接信号,励磁调节装置插件连接信号,励磁调节装置插件连接信号,励磁调节装置插件连接信号,励磁调节装置插件连接信号,励磁调节装置插件连接信号,励磁调节装置插件连接信号,励磁调节装置额定电气参数,1、电源参数交、直流并联供电。交流输入220V15%，直流输入220V20%，或110V20%稳压电源：A套和B套的电源独立。每套电源配置如下：1路CPU工作电源：+5V1路运放用工作电源：+15V，-15V1路开出继电器电源：+24V1路光耦输入电源：+24V1路脉冲电源：+24V,励磁调节装置额定电气参数,2、模拟量输入参数（20通道）机端电压Ug3相交流，线电压额定值100V系统电压Usys单相交流，线电压额定值100V同步电压Usyn3相交流，线电压额定值100V定子电流Ig3相交流，输入范围：05A励磁电流If3相方波，输入范围：05A（交流侧，由励磁变压器低压侧的电流互感器来）励磁电压Uf直流，05V或420mA白噪声信号05V,励磁调节装置额定电气参数,3、数模转换器输出模拟通道：4路12位D/A转换，可编程定义输出信号输出参数范围：420mA4、开关量输入输出容量24路光电隔离输入，输入回路电源24V由调节器提供；10路继电器输出，信号输出为干节点，节点容量1A/DC220V；5、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：每相脉冲可驱动10组脉冲变压器。,硬件资源及其特点,（1）高品质的硬件平台高速DSP计算和ARM网络通讯；大容量FPGA现场可编程逻辑20路14位AD交流采样，每10度同步采保、同步转换全面多层板设计；表面贴生产工艺；标准化流水线生产；装置电气全隔离设计,硬件资源及其特点,(2)完全独立的设计理念：多微机多自动通道配置；从供电电源输入、控制信号输入、继电器信号输出、通讯接口到触发脉冲输出各环节均完全独立；各通道硬件配置到功能设置均完全相同。通道间控制信息和状态信号相互跟踪，相互备用，主通道故障时，无扰切换至从通道。,硬件资源及其特点,（3）运行通道的择优机制1、多级故障诊断（正常、告警、限制；故障；严重故障），自动选择优良通道，保证可靠运行；2、备用通道自适应跟踪主通道数据，过滤错误信息，保证任何工况下，均能实现无扰切换，热备用工作3、主用通道闭锁备用通道，方便通道维修；4、手动人工切换控制，方便试验及检查；,硬件资源及其特点,(4)隔离式供电系统宽范围供电隔离电源（220V和110V通用）调节装置的电源系统均由厂用交流或自用交流电与直流双路供电，两路供电电源之间无触点切换。整个装置电源分为系统电源和脉冲电源两个独立部分；系统电源包括：主机电源（5V）、模拟量电源（+15V与-15V）、继电器电源、光隔电源；脉冲电源为独立供电模块，专供触发脉冲使用；通讯用隔离电源采用分散布置，包括：RS232/485通讯、CAN通讯、以太网通讯。,硬件资源及其特点,（5）多重人机界面装置就地液晶显示工控机远方人机界面便携机调试人机接口采用有名值方式显示，定值与电厂一次值对应，方便用户整定和使用,200603,RCS-9400微机励磁系统培训之励磁调节装置功能介绍,发电机阻抗补偿（调差）,调差正负由发电机主接线选择调差系数范围为15%，调整级差为0.05%调差选择直接关系发电机无功出力，关乎电网安全，应慎重,励磁调节模式,1、电压闭环调节，主用调节方式，采用TGR（PID）调节；2、电流闭环调节，备用调节方式，采用PI调节；3、恒输出开环，试验调节方式，人工开环调节，触发角由增减磁控制和同步电压决定，与定子电压和励磁电流无关4、恒无功功率调节，采用双环方式，外环采用PI调节，内环采用电压TGR（PID）调节；5、恒功率因数调节，采用双环方式，外环采用PI调节，内环采用电压TGR（PID）调节；,恒无功功率（功率因数）调节模型,恒无功功率（功率因数）调节为外环附加控制双环调节中内环为电压控制，外环采用PI调节规律，积分时间与电压调节环滞后时间要有显著差别双环控制下，稳态时维持发电机无功功率（功率因数）恒定，暂态时维持发电机电压水平稳定，,参考值整定单元,1、参考值采用数字给定，参考值数值变化幅度仅由增减磁时间确定；2、增减磁信号具有容错防粘连功能；3、参考值变化速度根据发电机运行工况，进行自适应确定；4、励磁控制辅助环参考值根据调节测量值自动跟踪，实现故障时无扰切换；,通道间切换及跟踪,1、备用通道自适应跟踪主通道数据，保证任何工况下，均能实现无扰切换，热备用工作2、手动人工切换控制，方便试验及检查；3、多级故障诊断，自动选择，保证可靠运行；4、主用通道闭锁，方便通道维修；,起励升压方式,1、递升人工升压，电压从空载最小值（稍高于残压）开始，由手动人工控制慢慢增加，直至额定值；2、定值自动升压，预设参考值，以此为基准，投励后将电压直接升至预设值，不受人工干预；3、程控软起自动升压，预设参考值，投励后，自动控制电压慢慢增加，升压过程中，接收人工控制信号，可以将电压停留在任一数值；4、试验开环控制，采用开环控制完成电厂它励定子升流和定子升压试验；,发电机程控软起升压,Ug:发电机电压If：励磁电流Angle:触发角度,软起升压时间可由定值调整,系统电压跟踪,1、同期时，辅助同期装置调整发电机电压；2、增加发电机并网速度；3、降低发电机并网时无功冲击；4、接收同期信号，励磁调节器自动调整参考值，跟踪电网电压变化。,励磁调节器限制,按动作模型分为：1、瞬时限制功能没有动作时延要求（延时很短），但返回带有时延常数；,励磁调节器限制,2、延时限制及返回运行超过范围后，带有计时环节，经过一定的时延后，限制器动作输出。,励磁调节器限制,3、反时限制及返回主要针对过热限制，运行超出范围后，对热容量进行计算，当剩余热容大于允许值时，限制动作。,励磁限制类型,1、低励磁限制功能包括：最小励磁电流限制；无功功率低励限制；进相定子过电流限制；,2、过励磁限制功能包括：最大励磁电流限制；励磁电流过热限制；无功功率过励限制；滞相定子过电流限制；,3、伏赫兹限制低频过磁通限制；过电压限制；,4、电流闭环调节时过电压限制功率柜过电流限制,励磁保护,1、低励磁保护功能低励磁电流保护；,2、过励磁保护功能包括：过励磁电流保护；空载过电压保护；,3、伏赫兹保护过磁通保护；过电压保护；,励磁保护动作机制：空载时，闭锁脉冲输出负载时，推动通道切换,调节装置功能结构图,励磁控制程序组成,励磁调节传递函数,发电机运行范围限制,PQ限制器,依据点与直线关系原理，判断PQ运行点是否超限,基于热容的过流过热限制器,冷却时间不够时强励时间必须缩短,顶值电流瞬时限制,有效防止励磁系统超过设计的顶值电流运行有效抑制由于励磁绕组匝间短路而产生有害电流防止空载误强励,可控硅过流多级限制,可控硅一级过流限制励磁系统强励倍数；可控硅二级过流限制励磁系统强励能力；可控硅三级过流限制发电机无功功率出力,自检自诊断,调节器具有电源、硬件、软件三大类自检功能，并能自动对这些故障进行判断、指示和处理(切换等)。（1）电源电压过低、过高、或消失的检测（2）PT断线的检测（3）可控硅同步电压信号及发电机机端电压相序的检测（4）可控硅脉冲丢失的检测（5）控制角的检测（6）双机通讯故障的检测（7）采样值误码检测（8）硬件和软件看门狗（WatchDog）,容错控制,RCS-9410自动识别励磁调节装置模拟量测量的错误和开关量状态的错误，切换调节装置控制模式并报警，避免由此引发的振荡或其它灾难性后果。（1）发电机频率测量容错（2）开机令及停机令容错（3）增、减磁信号容错（4）负荷开关信号容错（5）电气量平衡性容错（6）灭磁开关分合信号容错（7）定值参数错误检测及容错,励磁装置告警,每通道均有完整的检测系统且不间断运行,录波和记忆功能,RCS-9410励磁调节装置能够实时保存运行中的数据和对曾经发生的事件进行记录，并进行手动或自动录波。录波有以下几种启动方式：人工录波试验自动录波故障或异常自动录波每组录波包括所有模拟量和所有的事件记录，在故障发生前5秒后15秒的波形和异常状态，完全保护故障现场，有利于故障的分析和事故的追忆。,波形及事件记录,27路模拟信号波形128路独立事件记录事件储存可达1024条每组录波长度为20秒（事件前5秒后15秒）内存中可储存8组录波（掉电不丢失）记录可实时上送至上位机硬盘保存（永不丢失）,RCS-9400微机励磁系统培训之励磁系统检修简介,200603,励磁系统装置检修及试验项目,停电检查项目（静态）通电试验项目机组开机后空载试验并网试验,停电检查项目,设备清扫励磁调节器、可控硅整流柜及其它励磁机柜长期运行中会积落灰尘，因此检修励磁设备首先对设备进行清洁,清除进风口滤网；设备内配线上的灰尘也要适当地清扫；功率柜注意可控硅连接处有无积灰；在清扫后，注意检查各机柜，不可有明显的灰尘颗粒。,停电检查项目,设备机械结构检查设备的机械结构检查主要检查柜内所有连接螺丝的紧固情况，包括柜内两侧接线端子螺丝、功率柜及灭磁柜铜排连接、开关及刀闸主回路接线、调节器、功率柜及灭磁柜内部继电器底座连线、各电源开关进出线连接。其中：CT连线紧固后，要从端子侧测量接触电阻,停电检查项目,继电器校验将励磁调节器、可控硅整流柜、灭磁柜等柜内所有继电器分别取下，按照相应电压等级的继电器校验要求，接上相应等级的工作电压，检查继电器中所有常开、常闭接点的动作及接触情况。在取下柜内继电器时，要详细记录各个继电器的电压等级，保证继电器检验后，各个电压等级继电器放回正确位置。,停电检查项目,励磁调节器电源电压测量励磁调节器通入AC220V、DC220V电源，进行通电试验项目。调节器电源电压（3.3V、5V、+15V、-15V）通过液晶显示器观察测量值，脉冲电源24V和光隔电源24V通过万用表测量。当电源电压超出正常工作范围（-10%10%）时，考虑购买备品更换。,通电试验项目,励磁调节器模拟量测量校验在励磁调节器UD端子上输入额定PT电压值（线电压100V或105V），检查液晶显示器显示的电压指示为额定值（KV）；电压包括TV1和TV2电压值。额定值校验后，降低电压值分别在25%、50%、75%额定值时，记录各相电压值，校验电压测量系统的线性度和精度。,通电试验项目,励磁调节器模拟量测量校验在励磁调节器UD端子上输入发电机额定PT电压，ID端子上输入发电机额定负载定子电流，并使定子PT电压与定子CT电流相位角为额定相位角，观测液晶显示器上的发电机定子电流、有功、无功值为额定值；然后，降低定子电流，分别在25%、50%、75%额定电流时，记录各相定子电流、有功功率、无功功率值，校验测量线性度和精度。,通电试验项目,励磁调节器模拟量测量校验在发电机励磁调节器ID端子输入发电机额定励磁CT电流值，观测液晶显示器显示各相电流值为额定值；然后调整CT电流至25%、50%、75%、150%和200%额定电流值，检验测量线性度和测量范围。所有测量可通过修改采样系数调整，模拟量测量均可通过液晶显示器中“定值整定“的“采样系数”菜单中调整。,通电试验项目,励磁调节器模拟量测量校验在发电机励磁调节器同步（SD）端子（或功率柜中同步降压变原边）输入同步电压，校验同步电压测量值及线性度，并检查显示的同步电压频率、相位和相序，相序应该是869；在发电机励磁调节器UD端子上输入发电机额定PT电压，检查显示的机端电压相序，应该是869；,通电试验项目,励磁调节器开关量输入输出校验在励磁调节器RD输入端子上模拟开关量闭合信号（增磁、减磁、投励令、逆变令、出口开关动作、功率柜故障、灭磁开关分及合信号等），观察显示正确。检测A、B套正常切换动作正确；模拟A、B套调节器故障、告警、TV断线、限制等信号，观察中控或监控信号显示正确。,通电试验项目,励磁调节器与可控硅整流柜小电流试验小电流波形校验：在可控硅交流侧和同步变压器原边接入三相电源（100V），可控硅直流侧接滑线变阻器作负载，做小电流试验。调节器置开环控制方式，确认逆变令为0，灭磁开关合闸，投入“就地投励”信号，满足起励条件，调节器进入定角度运行，操作增减磁按钮，观测显示角度变化情况，用示波器观察触发角度为30、60或90度时的负载电阻两端电压波形与下图一致。,通电试验项目,励磁调节器与可控硅整流柜小电流试验用示波器应观察到：#可控硅功率桥均能可靠触发（6个波头）#可控硅输出波形触发一致性较好#可控硅输出波形与调节器输出控制角一致,通电试验项目,小电流试验接线图,通电试验项目,通电试验项目,励磁调节装置测试电压闭环调节功能小电流调节检验：将调节器置电压闭环控制方式，小电流试验是开环控制，当Ur=Ug时，慢慢增磁，Ur增加，触发角慢慢由90度变小直到最小值，负载电阻两端电压逐渐升高直到最大值为止；当Ur=Ug时，慢慢减磁，Ur减小，触发角慢慢由90度变大直到最大值，负载电阻两端电压逐渐降低直到0为止。,通电试验项目,逆变模拟试验小电流逆变模拟检验：将调节器置电压闭环控制方式，并且使UrUg，使触发角为最小角，人工投入面板“就地逆变”把手，调节器发出逆变角度脉冲，观察输出波形变化是否正确到零。,通电试验项目,双机通讯与通道切换试验小电流试验时，将调节器分别置电压闭环、定角度控制方式，观察励磁调节装置A、B套的角度（限幅范围内）和给定值应相同，做A、B套切换试验，输出波形应无扰动,通电试验项目,励磁调节装置功能模拟试验(1)空载给定值上下限检查分别在电压闭环和电流闭环下，通过增、减磁按钮观察电压给定值、电流给定值的上下限。结果与定值相符。(2)负载给定值上下限检查人为模拟机组负载状态，在电压闭环和电流闭环下，通过增、减磁按钮观察负载时电压给定值及电流给定值上下限。结果与定值相符。,通电试验项目,励磁调节装置功能模拟试验(3)PT断线模拟试验调节装置以A套为主，将调节装置励磁PT三相中某相断开，装置将自动切换至B套，此时指示A套故障，A套PT断线。恢复励磁PT断线，断开仪用PT某相，此时指示B套故障和PT断线。(4）过励欠励模拟试验分别模拟送入过励、欠励限制动作值，观察过励、低励限制动作正确。,空载试验项目,程控软起升压试验微机励磁调节装置置“电压闭环”方式，满足起励条件，发电机自动建压，按照预先设置的定值，程控自动升压至预设值（90%UGN），然后由中控室增磁按钮将机端电压升至100%UFN。,空载试验项目,程控软起升压波形,空载试验项目,阶跃响应试验微机励磁调节装置在“电压闭环”方式，在80%UGN时通过就地液晶界面上“装置调试”菜单“遥控命令”之“阶跃试验”，做5%UGN阶跃响应试验，观察调节性能，校验PID参数,空载试验项目,5%电压阶跃波形,空载试验项目,运行方式切换试验A/B通道切换试验励磁调节装置均正常，A通道运行，B通道备用，作A通道切换至B通道；B通道运行，A通道备用，作B通道切换至A通道。电压环/电流环切换试验励磁调节装置运行正常，置电压闭环运行，作电压环切换至电流闭环；置电流闭环运行，作切换至电压闭环。,空载试验项目,电压电流方式切换,空载试验项目,逆变灭磁试验分别在各个通道运行，发电机电压在空载额定电压，向RCS-9410励