华北电力大学电力系统及其自动化学科

WKKL－2000微机励磁

调节器简介

中国电力科学研究院王亮等中国电力科学研究院概述

WKKL-2000微机励磁调节器为中国电力科学研究院研制、开发并生产的第二代微机励磁调节器。随着全国联网的不断深入，我国电力系统规模越来越大，励磁系统对提高电力系统动态稳定性的作用也更加突出。WKKL-2000将电科院几代专家多年电力系统稳定器（PSS）研究的成果进行了产品化，国内首次成功开发了采用改进型PSS-2A模型的电力系统稳定器（PSS）功能，完全解决了采用单一电功率信号的PSS-1A模型带来的“反调”问题。

WKKL-2000适用于从三机励磁到自并励等各种方式的励磁系统，是现代大、中型同步发电机理想的励磁调节装置。特别适用于200Mw～600Mw三机励磁系统励磁调节器的改造。

一、技术特点1.遵于标准，高于标准 全面满足国标和行标及发电公司的安全稳定性评价要求，性能指标全面优于标准。

2.采用经典PID+PSS控制方式

对于交流励磁机励磁系统采用转子电压硬负反馈提高励磁系统的动态响应速度，励磁系统性能指标全面满足国标和行标要求。

3.模型清晰、准确

采用高精度浮点离散化算法，计算误差小，精度高。PID及PSS频率特性（包括幅频和相频特性）计算机仿真和动态信号分析仪实测结果比较，在0～10Hz范围内相角误差小于0.1°，增益误差小于0.5%。

4.PSS-2A型电力系统稳定器（PSS），完全解决“反调”问题。改进型PSS-2A电力系统稳定器模块在WKKL-2000微机励磁调节器应用，开创了国内调节器的先河。

5.测量精度高

每周波24点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除零漂等对测量精度的影响。14位高速A/D变换器，保证了测量通道的精度和快速性。

6.强大的网络功能

具有强大的通讯功能，双通道及调节器及功率柜之间通过可靠的现场总线CAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调控制。每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的RS232和485接口。非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以及与电厂DCS系统的连接。

7.方便、友好的人机界面 大屏幕液晶显示器，树型菜单结构，方便直观，支持在线参数整定，测量显示，试验控制等操作，能显示试验波形和故障波形，以及故障类型和事件SOE。

8.方便实用的上位机管理软件

ESM-V1.0为WKKL-2000微机励磁调节器专门配套使用的上位机管理软件，支持励磁系统实时数据的的显示，参数整定，故障记录，故障波形显示，定值报告，试验报告的自动生成系统及打印输出。

9.高度集成化硬件设计

WKKL-2000采用超大规模逻辑器件CPLD，该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯片即完成了CPU的所有外围电路。大大提高了系统的可靠性。

10.国际先进的体系结构设计，控制器+可控硅=励磁调节器

WKKL-2000采用标准的6U机箱，背插结构，使得信号流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干扰能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了除可控硅外励磁调节器全部元件，结构简洁、紧凑。主要板件全部采用多层板，表面贴装工艺。

11.超强抗干扰能力，100%消除软故障 通过精心的电路设计，合理的处理接地、滤波、屏蔽等方面的细节，使得装置的抗干扰能力达到严酷等级Ⅵ级以上的标准。

12.运行方式灵活多样

WKKL-2000可以工作在双柜均流工作方式，也可以工作在主备用工作方式。用户可根据具体情况选择。

二、主要功能1.调节及控制功能

1.1自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节

1.2手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节

1.3自动手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换1.4通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换1.5发电机恒定触发角运行

1.6无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数0-15%任意调节，级差1%1.7完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功的平滑调节

1.8参数的在线修改及记录，保证掉电数据不遗失

1.9可通过串行口或以太网将WKKL-2000发电机励磁系统接入电厂DCS系统，将调节过程中的数据实时传送到上位机，并接受上位机的控制命令1.10、电力系统稳定器（PSS）附加控制

为了抑制系统的低频振荡，本调节器具有电力系统稳定器功能，采用改进型的PSS-2A电力系统稳定器的模型，完全解决了单一采用电功率信号的PSS-1A模型带来的反调问题。目前这一技术已经在三峡水力发电厂成功投入运行，取得了明显的效果，深得三峡电厂和国调公司的好评。PSS具有下列辅助功能：a)

自动投切；b)

手动投切；c)

输出限幅，限幅值为发电机电压标么值的±5%~±10%；d)

故障时自动退出运行。e)自动电压调节器有PSS输出信号的模拟量测量口以及PSS相加点模拟量信号输入口，方便测量整定PSS特性。

限制和保护功能

2.1PT断线保护

通过两组PT间进行比较，或同一PT不同相之间的电压比较判断PT断线，励磁PT断线切手动，仪表PT断线发信号。

2.2V/Hz保护（压/频保护）

V／Hz是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。限制和保护的原则是：

(a)当V／Hz＞设定值时，闭锁增磁,发过V/Hz信号，限制增磁。

(b)当V／Hz＞(设定值时+0.05)，面板V／Hz故障指示灯亮，过V/Hz继电器动作，励磁调节器转为手动方式运行。切手动1S后，如果V/Hz仍然动作，则本通道退出运行。

(c)当频率大于45Hz，小于47.5Hz，等比例减小自动运行给定值。

(d)当频率低于45Hz时，立即退出运行。2.3过励限制与保护

过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间t是随发电机励磁电流Ifd2的大小成反比关系。

过励限限制和和保护护按照照下列列原则则：(a)转转子电电流Ifd＞＞Ifd_max时时，延延时1.5秒直直接封封锁脉脉冲退退出出运行行.Ifd_max为菜菜单整整定的的瞬时时过励励值；；(b)Ifd＞＞1.1Ifdn、、Ifd＜1.0Ifdn时计计算反反时限限等效效时间间：Heat=∫∫(Ifd2-Ifdn2)*t;Heat_n=∫∫(Ifd_2set-Ifdn2)*t_set;其其中：：Ifd_set:设定定的强强励倍倍数;t_set：强强励时时间；；H0：显显示在在液晶晶上，，便于于监视视。(c)H0>50%，发发信号号，限限制增增磁H0>80%，切切手动动运行行，并并且手手动运运行给给定值值设为为90%IfdnH0<10%，复复归过过励信信号2.4欠欠励励限制制及保保护油开关关合闸闸并且且发电电机进进相运运行，，开始始进入入欠励励限制制和保保护子子程序序。如如果bP——cQ＞＞D1（第第I条条线）），欠欠励限限制，，发欠欠励信信号同同时闭闭锁减减磁，，自动动增磁磁，直直到脱脱离欠欠励限限制区区为止止，如如果由由于某某种故故障造造成发发电机机无法法脱离离进相相区，，则在在给定定值达达到增增磁上上限增增磁速速度同同手动动按钮钮增磁磁速度度。如如果bP——cQ＞＞D2（第第II条线线），，切手手动。。2.5触触发发脉脉冲冲丢丢失失的的检检测测6个个触触发发脉脉冲冲在在被被CPU重重新新回回读读，，进进行行综综合合判判断断，，确确定定失失脉脉冲冲的的相相，，并并显显示示在在液液晶晶显显示示器器上上。。失失一一个个脉脉冲冲系系统统发发报报警警信信号号，，失失两两个个以以上上的的脉脉冲冲自自动动进进行行通通道道切切换换。。2.6通通讯讯故故障障检检测测2.7可可控控硅硅故故障障检检测测2.8电电源源检检测测，，监监视视CPU电电源源和和24V操操作作电电源源是是否否正正常常2.9所所有有的的限限制制及及保保护护定定值值以以及及每每一一种种保保护护的的投投退退均均可可在在现现场场进进行行整整定定3.其它辅助助功能3.1故障录录波功功能WKKL-2000发发电机机励磁磁调节节器记记录故故障前前10秒故故障后后10秒的的测量量数据据，记记录的的量包包括，，发电电机电电压UG1，UG2，自自动给给定值值UGREF，手动动给定定值IFREF，触发发角ARF，有有功功功率P，无无功功功率Q，转转子电电压Ufd，转子子电流流Ifd，发电电机频频率F0，，本柜柜输出出电流流ILA，，它柜柜输出出电流流ILB。。基本本含盖盖了所所有模模拟量量，故故障波波形能能够在在控制制器自自带的的液晶晶显示示器进进行显显示，，也可可以通通过串串口上上传到到笔记记本电电脑，，在EMSV1.0上上进行行显示示，处处理并并打印印。故故障录录波的的启动动方式式分为为突变变量启启动和和故障障启动动两种种方式式。3.2试验录录波功功能WKKL-2000发电机机励磁磁调节节器能能够通通过手手动启启动的的方式式记录录试验验时的的波形形，如如10%阶跃响响应，，灭磁磁，甩甩负荷荷等波波形，，记录录时间间为试试验启启动前前1秒，实实验启启动后后19秒的时时间，，记录录的量量同故故障录录波。。显示示方式式同故故障录录波。。3.3故障记录能够按先进进先出的原原则记录20次故障发生生时模拟量量采样值，，及故障时时间（精确确到毫秒）），及故障障类型，所所有信息均均可在液晶晶显示或上上位机上进进行显示。。3.4事件记录能够按先进进先出的原原则记录20次事件发生生的类型和和动作时间间（精确到到毫秒）例例如灭磁开开关的分合合，通道的的投入/退出，运行行方式的转转换等。3.5强强大的通通讯功能WKKL-2000采用标准准的MODBUS协协议，可以以通过灵活活的通讯方方式，RS232，，RS485，CAN，以态态网进行通通道之间的的通讯以及及励磁调节节器与DCS系统或或电厂其它它监控系统统的接口。。3.6软件件电位器功功能所有模拟量量的处理回回路均取消消电位器，，改为能够够在菜单上上整定的软软件电位器器，调试工工作由此变变的更加轻轻松灵活。。3.7强大试验功能能通过控制器上上的键盘操作作，方便的进进行调节器的的各项试验，，如开关量传传动试验、过过励限制、欠欠励限制、阶阶跃响应试验验、PSS的有补偿试验验，PSS无补偿试验，，交流励磁机机时间常数试试验等，并能能进行自动录录波。3.8完善的励磁系系统管理软件件ESMV1.0，通过此软件件完成励磁系系统实时数据据显示，故障障记录，波形形分析，试验验向导，报告告生成，数据据远传，远程程诊断等功能能。三、技术指标标1.CPU类型：32位高速DSP芯片2.可控硅控制角角α分辨率：：0.0048度/码3.A/D转换换量分辨率：：2-14，16路。。4.控制计算调节节速度：3.3毫秒5.调压范围：5%～130%6.调压精度：<0.5%7.移相范围：10～150度。上下下限值可设置置8.调差：软件无无功调差、正正负大小任选选级差为±1%。9.工作方式：双双柜均流（三三机系统），，主备用（自自励方式）10.励磁系统装设设电力系统稳稳定器（PSS），其有效频频率范围为。11.励磁系统的年年强行退出率率不大于0.05％12.开关量输入输输出:20路光电隔离输输入；20路开关量输出出，其中4路路光电隔离输输出，16路路继电器输出出。13.触发发脉冲：可供三相全控控整流桥用的的六相双脉冲冲，脉冲宽度度100uS,可同同时触发5组组以上并联运运行的三相全全控桥。14.D/A输出：2路隔离的D/A转换器器，每一路D/A输出均均可以在菜单单具体选择要要输出的变量量。15.频率率特性：频率每变化1%，发电机机端电压变化化不大于额定定值的±0.25%。16.整定定值调节速度度：可编程，满足足不大于1%每秒，不少少于0.3%每秒。17.在空空载额定电压压情况下，当当发电机给定定阶跃为±10%时，发发电机电压超超调量小于阶阶跃量的30%，振荡次次数小于2次次，调节时间间小于5秒。。18.当发发电机零起升升压时，机端端电压超调量量不超过额定定电压的10%，振荡次次数小于2次次，调节时间间小于5秒四、满足的技技术要求1.励磁系统的基基本技术条件件符合GB/T7409.3―1997《大、中型同同步发电机励励磁系统技术术要求》、DL/T843-2003《大大型汽轮发电电机交流励磁磁机励磁系统统技术条件》》等标准的要要求。2.励磁系统满足足发电机在各各种运行工况况（包括发电电、并网、零零起升压以及及向110kV空载线路充电电、进相）下下稳定、安全全运行的要求求。3.励磁系统保证证当发电机励励磁电流和电电压为发电机机额定负载下下励磁电流和和电压的1.1倍时，能长期期连续运行。。4.励磁系统的电电压响应时间间在电压上升升(强行励磁)时不大于0.08秒，在电压下下降(快速减磁，由由最大励磁电电压减小到零零)时不大于0.15秒。5.在发电机空载载运行情况下下，频率值每每变化1%，自动励磁调调节系统保证证发电机机端端电压变化值值不大于额定定值的±0.25%。6.当励磁电流在在小于1.1倍额定励磁电电流下长期运运行时，励磁磁绕组两端电电压的最大值值不超过在交交接验收时该该绕组对地耐耐压试验电压压的30%，在任何情况况下不得超过过70%。7.励磁系统装设设直流侧反时时限过电流保保护及励磁绕绕组过电压保保护。8.励磁系统装设设电力系统稳稳定器（PSS），其有效频频率范围为0.1-2.5Hz.。同时，设置置必要的保护护和控制回路路。9.励磁系统可以以通过各种方方式接受电站站计算机监控控系统的监控控，并按要求求向电站计算算机监控系统统和机组LCU送入各种数据据和信息。10.在下述厂用电电电源电压及及频率范围内内，励磁系统统保证发电机机负荷在额定定负荷工况下下长期连续运运行。1)交流流380/220V系统统电电压压偏偏差差范范围围为为额额定定值值的的±±15％，，频频率率偏偏差差范范围围为为――3～+2Hz。2)直流流220V系统统电电压压偏偏差差范范围围为为额额定定值值的的――20～+15％。。11.与励励磁磁绕绕组组直直接接联联结结或或经经整整流流相相连连接接的的电电气气组组件件，，当当额额定定励励磁磁电电压压