励磁调节器软件功能说明

1、EXC9000 用用户户手册手册 第第 3 章章 调节调节器器软软件功能件功能说说明明 广州电器科学研究院 广州擎天电气控制实业有限公司 目录目录 1 1调节功能调节功能.4 1.11.1 给定值调节与运行方式给定值调节与运行方式 .4 4 1.21.2 自动电压调节器和励磁电流调节器自动电压调节器和励磁电流调节器 .4 4 1.31.3 电力系统稳定器（电力系统稳定器（PSSPSS） .7 7 1.41.4 调节器工作模式调节器工作模式 .9 9 1.4.1 发电模式.9 1.4.2 电制动模式.10 1.4.3 恒控制角模式.11 1.4.4 短路干燥模式.11 1.51.5 有功和无功功

2、率补偿有功和无功功率补偿 .1212 1.61.6 调差调差 .1212 1.71.7 叠加的无功功率或功率因数控制叠加的无功功率或功率因数控制 .1212 1.81.8 软起励控制软起励控制 .1313 1.91.9 通道间的跟踪通道间的跟踪 .1414 2 2 限制功能限制功能.14 2.12.1 强励限制和过励限制强励限制和过励限制 .1414 2.22.2 欠励限制欠励限制 .1515 2.32.3 定子电流限制定子电流限制 .1616 2.42.4 V/FV/F 限制限制.1717 2.52.5 低频低频 .1717 3.3. 故障检测及判断故障检测及判断.18 3.13.1 同步故

3、障同步故障 .1818 3.23.2 低励磁电流低励磁电流 .1818 3.33.3 励磁变副边励磁变副边 CTCT 故障故障 .1919 3.43.4 PTPT 故障故障.1919 3.53.5 调节器故障调节器故障 .2020 4 4 防错功能防错功能.20 4.14.1 检测容错检测容错 .2020 4.24.2 控制容错控制容错 .2020 5.5. 其它功能其它功能.21 5.15.1 R631R631 信号信号.2121 5.25.2 R632R632 信号信号.2121 5.35.3 开机令输出开机令输出 .2121 5.45.4 复位复位 .2222 5.55.5 通道跟踪通道

4、跟踪 .2222 5.65.6 内部跟踪内部跟踪 .2222 5.75.7 系统电压跟踪系统电压跟踪 .2222 5.85.8 恒恒 Q Q 控制控制 .2222 5.95.9 恒恒 PFPF 控制控制 .2323 5.105.10 人工操作增减磁人工操作增减磁 .2323 6.6. 调节器逻辑流程图调节器逻辑流程图.24 6.16.1 开机流程开机流程 .2424 6.26.2 停机流程停机流程 .2525 6.36.3 主主 CPUCPU 程序及中断服务流程程序及中断服务流程 .2727 6.46.4 DSPDSP 采样程序及中断服务流程采样程序及中断服务流程.2828 6.56.5 通道

5、切换流程通道切换流程 .2727 6.66.6 通道跟踪流程通道跟踪流程 .2828 6.76.7 系统电压跟踪流程系统电压跟踪流程 .2828 1 1调节功能调节功能 1.11.1 给定值调节与运行方式给定值调节与运行方式 利用开关量输入命令或者通过串行通讯，可控制励磁调节器给定值的增、减和预 置。给定值设有上限和下限。给定值的调节速度可按国标的要求通过软件设定。 调节器内有电压给定和电流给定两个给定单元，分别用于恒机端电压调节方式和 恒励磁电流调节方式。当调节器接受到停机令信号时，就把给定值置为下限。调节器 接受到开机令信号时，就把初始给定值置为预置值。人工的增、减磁操作就是直接对 给定值

6、大小进行调节，通过此种方式来调节发电机电压或无功。 恒机端电压调节方式称为自动方式，恒励磁电流调节方式称为手动方式。发电机 起励建压后，两种运行方式是相互跟踪的，即备用方式跟踪运行方式，跟踪的依据是 两者的控制信号输出相等，且这种跟踪关系是不能人工解除的。 自动方式是主要运行方式，有利于提高系统的运行稳定性。PSS 和自动方式配合， 可有效抑制系统有功的低频振荡。 手动方式是辅助运行方式，不允许长时间投入运行。 调节器上电或复位后，即默认转入自动方式。 两种运行方式之间可以人工切换， PT 故障时自动由自动方式切换为手动方式。 1.21.2 自动电压调节器自动电压调节器 AVRAVR 和励磁电

7、流调节器和励磁电流调节器 FCRFCR 自动电压调节器 AVR 用于实现自动方式调节，维持机端电压恒定，其反馈量为发 电机端电压。为使励磁系统有良好的静、动态性能，AVR 采用两级超前滞后校正环节， 用传递函数描述的自动电压调节器数学模型如图 31 所示： 1+TaS 1 1+TA2S 1+TA1S 1+TA4S Kp 1+TA3S Ug(S) Ugd UK(S) AVR 图图 3-13-1 自动电压调节模型自动电压调节模型 说明： Ugd 电压给定值，1% 120% Ug 机端电压值，用于电压反馈 Ta 机端电压测量时间常数，不大于 0.02S Kp 即 Kavr，AVR 放大倍数调试软件设

8、定 TA1 调试软件设定 TA2 AVR 第 1 级超前/滞后环节时间常数 调试软件设定 TA3 调试软件设定 TA4 AVR 第 2 级超前/滞后环节时间常数 调试软件设定 UK 自动方式控制信号，范围：8607600 附加控制一般为 PSS 输出的控制信号 励磁电流调节器 FCR 用于实现手动方式调节，维持励磁电流恒定，以励磁电流作 反馈量。FCR 的数学模型只有一级超前滞后校正环节 。附加控制对励磁电流调节器 无效。励磁电流调节器的数学模型如下图所示： 1+TbS 1 1+TB2S 1+TB1S Ki IL(S) Igd UK2(S) 图图 3-23-2 励磁电流调节模型励磁电流调节模型

9、 说明： IL 励磁电流值,用于电流反馈 Igd 电流给定值 Tb 励磁电流滤波时间常数，不小于 0.04S调试软件设定 Ki 即 Kair，FCR 放大倍数 调试软件设定 TB1 调试软件设定 TB2 FCR 超前/滞后环节时间常数 调试软件设定 UK2 手动方式控制信号，范围：8607600 FCR 主要用于试验（如在设备的投运或维护过程中的发电机短路试验） ，或者是作 为在 AVR 故障时（如 PT 故障）的辅助/过渡控制方式。 为了避免在手动方式下发电机突然甩负荷引起机端过电压，手动方式具有自动返 回空载的功能。在发电机断路器跳闸的情况下，一个脉冲信号传送给调节器，则立即 把电流给定值

10、置为空载励磁电流值。 调节器在手动方式下运行时，还设置了机端电压限制功能。电压限制值与 VF 电 压限制值相同，可用调试软件进行修改。 1.31.3 电力系统稳定器（电力系统稳定器（PSSPSS） 电力系统稳定器简称 PSS，其作用： a提高电力系统静态稳定能力； b提高电力系统动态稳定能力； c阻尼电力系统低频振荡。 电力系统稳定器（PSS）的原理： 在励磁系统中采用 P、f 等一个或两个信号作为附加反馈控制，增加正 阻尼，它不降低励磁系统电压环的增益，不影响励磁控制系统的暂态性能。 电力系统稳定器（PSS）是 EXC9000 励磁调节器的一个标准软件功能。我们开发的 PSS，采用加速功率作

11、反馈信号（即双变量 P、） ，有效克服了采用单电功率反馈 信号时的无功“反调”问题。PSS 的数学模型如下图所示，属于 PSS2A 模型。 图图 3-33-3 PSSPSS 传递函数模型传递函数模型 说明： V1 电角速度 m V2 电功率 Pe TW1 隔直环节 1 时间常数调试软件设定 TW2 隔直环节 2 时间常数调试软件设定 TW3 隔直环节 3 时间常数调试软件设定 TW4 隔直环节 4 时间常数调试软件设定 Ks2 电功率积分计算值补偿系数调试软件设定 T7 电功率积分时间常数调试软件设定 Ks3 信号匹配系数调试软件设定 M 陷波器阶数调试软件设定 N 陷波器阶数调试软件设定 T

12、8 陷波器时间常数调试软件设定 T9 陷波器时间常数。 T9=0 时，陷波器 输出为 0 调试软件设定 Ks1 PSS 增益调试软件设定 T1 调试软件设定 T2 PSS 超前/滞后环节 1 时间常数 调试软件设定 T3 调试软件设定 T4 PSS 超前/滞后环节 2 时间常数 调试软件设定 PSS_uk 有效的 PSS 输出控制信号 USTmax PSS 输出正限幅值，+10以下调试软件设定 USTmin PSS 输出负限幅值，-10以上调试软件设定 PSS 投入功 率 默认 40，以发电机视在容量为基准调试软件设定 PSS 退出功 率 默认 35，以发电机视在容量为基准调试软件设定 PSS

13、 输出控制信号 PSS_uk，通过图 3-1 中的附加控制端引入 AVR 相加点，与反馈 电压 Ug 的相加方式一致。 通过调节器人机界面，可选择投入或退出 PSS。当选择投入 PSS 时，只有在发电机 有功大于 PSS 投入功率后，PSS 输出才有效。 当选择退出 PSS 时，则 PSS 输出无效，恒等于 0。 1.41.4 调节器工作模式调节器工作模式 1.4.11.4.1 发电模式发电模式 在发电模式下有前述的两种运行方式：自动方式和手动方式。 （1） 自动方式。在 图 3-1 自动电压调节模型的基础上增加了定子电流限制 Qoegd、 欠励限制 Quegd、强励限制和过励限制（通过励磁电

14、流 IL 计算） 、V/F 限制 VFgd、调差 TCgd、PSS 附加控制信号 PSSgd（即 PSS_uk） 、试验信号 Testgd等叠加控制信号。总体控 制框图如图 3-4 所示。叠加方式有加“+” 、减“-”两种方式。 uegd Q oegd Q gd VF gd TC gd PSS gd U gd Test Kavr auto Uk g U Il lim Il 11 12 TA S TA S 13 14 TA S TA S UKmax UKmin 图图 3-43-4 发电模式下总体控制模型发电模式下总体控制模型 （2）手动方式。采用标准的恒励磁电流控制模型，见图 3-2。 在发电模

15、式下，两种运行方式可以手动选择。在自动方式下发生 PT 故障时，调节 器会自动从自动方式切换到手动方式。可能的切换途径如下： 1） 切换到自动方式 a) 人工切换到自动方式； b) 由于 PT 故障导致软件切换到手动方式，并且开机令复归，系统恢复到自 动方式； c) 系统重新上电； d) 系统从其它运行模式切换到发电模式； 2） 切换到手动方式 a) 人工切换到手动方式； b) 发生 PT 故障，软件自动切换到手动方式； 1.4.21.4.2 电制动模式电制动模式 电制动比机械制动具有制动力矩大、停机时间短、无环境污染、以及制动投入速 度不受限制和设备维护检修方便等优点。电制动一般在机组正常停

16、机时投入。在调节 器内，增加了电制动模式，可与外部电制动操作、逻辑回路配合，实现电制动停机。 在电制动过程中，调节器通过控制调节，使得励磁系统向发电机励磁绕组提供一恒定 的励磁电流，大小可根据需要用软件设定。 调节器在电制动模式下，控制调节的模型与手动方式是完全一致的，只是电流给 定为电制动电流给定值，可通过调试软件设定。 对调节器来说，进入电制动模式的条件及常规顺序为： （1） 发电机已停机逆变灭磁，励磁电流为 0； （2） 来电制动投入令； （3） 0.5s 后再给开机令。 调节器退出电制动模式的常规顺序为： （1） 先撤除电制动投入令，调节器自动进行逆变灭磁； （2） 逆变灭磁 5s 后

17、，再撤除电制动开机令； （3） 调节器检测到励磁电流为 0 时，即退出电制动模式，进入发电模式。 电制动过程中的必要逻辑操作，比如合短路开关、投入外部励磁电源等，一般由 励磁系统配置的专用 PLC 逻辑控制回路完成。PLC 编程直观、简单，方便根据现场情况 修改。 1.4.31.4.3 恒控制角模式恒控制角模式 这是调节器的一种开环调节方式，只能做为试验手段使用。在励磁电源它励方式 下，恒控制角模式可方便地用于发电机短路试验、发电机空载特性试验。 只能通过调试软件操作进入恒控制角模式。 对调节器来说，进入恒控制角模式的条件及常规顺序为： （1） 励磁电流为 0； （2） 通过调试软件选择进入“

18、恒控制角模式”的命令； （3） 通过调试软件选择“强制开机”的命令。 进入恒控制角模式后，调节器先进行初始化，使控制信号输出为最大，即 Ukmax7600。之后，可通过调试软件设置控制角，也可通过外部增、减磁操作来调整 控制角。 调节器退出恒控制角模式的常规顺序为： （1） 先把励磁电流降为 0； （2） 通过调试软件选择“退出强制开机”的命令； （3） 通过调试软件选择进入“正常模式”的命令，即退出恒控制角模式，进 入发电模式。 1.4.41.4.4 短路干燥模式短路干燥模式 这也是调节器的一种辅助工作模式，只能做为试验手段使用。在励磁电源它励方 式下，短路干燥模式可方便地用于发电机短路试验

19、、发电机空载特性试验。 只能通过调试软件操作进入短路干燥模式。调节器在短路干燥模式下，控制调节 的模型与手动方式是完全一致的。 对调节器来说，进入短路干燥模式的条件及常规顺序为： （1） 励磁电流为 0； （2） 通过调试软件选择进入“短路干燥模式”的命令； （3） 通过调试软件选择“强制开机”的命令。 进入恒控制角模式后，调节器先进行初始化，转手动方式并置电流给定为 0。之后， 可通过外部增、减磁操作来调节电流给定值。 调节器退出短路干燥模式的常规顺序为： （1） 先把励磁电流降为 0； （2） 通过调试软件选择“退出强制开机”的命令； （3） 通过调试软件选择进入“正常模式”的命令，即退出

20、短路干燥模式，进 入发电模式。 1.51.5 有功和无功功率补偿有功和无功功率补偿 为了补偿由单元变压器和/或传输线路上的有功或无功功率引起的电压降，将与静 态的有功功率和无功功率成正比的信号叠加到发电机电压给定值。功率补偿范围在-15%和 +15%之间，且是可调的。 1.61.6 调差调差 在励磁调节器自动方式下，为了保证多台并联运行的发电机组之间的无功功率合 理分配或补偿单元制接线主变压器的电压降，调节器附加有无功调差功能。采用合适 的正调差值，可保证多台并联运行的发电机组之间的无功功率合理分配。采用负调差， 可补偿在单元制接线方式下主变压器的电压降。调节器的调差值范围在-15%和+15%

21、之 间。 1.71.7 叠加的无功功率或功率因数控制叠加的无功功率或功率因数控制 无功功率控制或功率因数控制可视作对自动电压调节器的叠加控制。在这两种情 况下，控制信号来源于实际值和被选控制模式的控制值之间的差值，调节器根据差值 的大小和正负自动调节自动电压调节器的电压给定值，最终使得差值减小到控制范围 之内。 所选叠加控制模式及控制值可通过下述方式设定： 通过人机界面； 通过监控系统的串行通讯。 图图 3-53-5 无功功率控制和功率因数控制原理图无功功率控制和功率因数控制原理图 1.81.8 软起励控制软起励控制 正常情况下，发电机励磁系统是在励磁调节器自动方式下起励建压的。 软起励功能是

22、为了防止在发电机起机建压过程机端电压的超调。励磁调节器接收 到开机令后，首先置自动方式的电压给定值为 30。起励升压后，当机端电压大于 30%额 定值后，调节器再以一个可调整的速度逐步增加电压给定值使发电机电压逐渐上升到 预置值，预置值是可以通过调试软件设定的，一般设定为发电机端电压的空载额定值。 下图是在 300MW 运行机组现场录制的软起励过程波形。 Cos-phi Regulation Function Q lower Prise Qcosphi reg. raise lower pre-set reset 1cos2cos Q lower Prise Q1Q2 Qreg raise l

23、ower pre- set reset Q-Regulation Function 图图 3-63-6 软起励过程录波图软起励过程录波图 1.91.9 通道间的跟踪通道间的跟踪 通道间的跟踪是由调节器软件实现的，备用通道跟踪运行通道，跟踪的依据是两 通道的调节输出（控制信号）相等。不同于通道内的跟踪，这种跟踪关系是可通过人 机界面人工投退。 自动跟踪功能保证了从运行通道到备用通道的平稳切换。切换可能是由于故障引 起的自动切换（如 PT 断相）或人工切换。 无论系统是采用双通道配置还是三通道配置，备用通道总是跟踪运行通道。 2 2 限制功能限制功能 2.12.1 强励强励限制限制和过励限制和过励

24、限制 ELSE ILLimit -= 0.1 ILLimit IITMax) | (FourceCounter MAXVALUE) ELSE IIT = IIT + IL*IL ForceCounter += 1 IL OverLimit ForceCounter = 0 IIT = 0 ELSE CoollingTime -= 1 CoolllingTime 40。当 V/F 限制 条件不满足时，限制输出恒为 0。 V/F 限制起作用时，调节器发“V/F 限制动作”报警信号，闭锁增磁操作。 2.52.5 低频低频 47.5 45.0 Freq 图图 3-123-12 低频模型低频模型 低频动

25、作前提条件为：发电机出口断路器分、定子电流小于等于 10%、无电制动信 号、有开机令同时存在。 当前提条件成立且机端电压频率低于 45Hz 时，低频动作；当前提条件成立且电压 频率大于 47.5Hz 时，低频信号复归。 低频动作后，调节器控制励磁系统进行逆变灭磁，并发“低频”报警信号。 3.3. 故障检测及判断故障检测及判断 3.13.1 同步故障同步故障 判断条件为： ( Utb + 15% 20% ) 其中： Ug 机端电压 Utb 同步电压 R632 40%机端电压 即以下三个条件同时满足时，发同步故障： 同步电压比机端电压（标么值）低15%； 机端电压大于40%； 同步电压大于20%。

26、 以上判断条件连续存在 3 个定时调节周期时，就发出同步故障。 同步故障动作后，调节器通过 I/O 板发出同步故障信号；通过通讯接口向外发出 同步故障信号；闭锁看门狗信号输出，使调节器监视单元监测到调节器故障，发出通 道切换指令。 3.23.2 低励磁电流低励磁电流 判断条件为： 本通道运行情况下，定子电流大于 10&励磁电流小于空载励磁电流的 20%。 低励磁电流故障动作后，调节器通过通讯接口向外发出低励磁电流故障信号。 3.33.3 励磁变副边励磁变副边 CTCT 故障故障 判断条件为： 本通道运行情况下，( Ug 80%) & ( IL 10%) & ( (Ua Average) | (

27、Ub Average) | (Uc Average) ) & 同步系数为零) | ( (Ug + 10% 20%) ) | ( ( Ug 20%) ) 其中： Average0.83Ug Ug 机端电压 Ua 机端 a 相电压 Ub 机端 b 相电压 Uc 机端 c 相电压 Utb 同步电压 IL 励磁电流 如果校准了同步电压系数，则利用同步电压与机端电压进行判断，如果同步电压 大于 20%时，机端电压比同步电压小 10%，则发 PT 故障；如果没有校准同步电压系数， 则利用三相电压与电压平均值进行判断，如果机端电压大于 10%，且 A、B、C 三相电压 中的任一相低于机端电压的 0.83 倍

28、，则发 PT 故障。 在励磁电流大于 20%且机端电压小于 5%时，也发 PT 故障。 以上判断条件连续存在 3 个定时调节周期时，就发出 PT 故障，并切换到手动运行 方式，在判断条件不成立后，延时 2S 复归 PT 故障；同时调节器监视单元会切换励磁 调节器到备用通道运行。 3.53.5 调节器故障调节器故障 CPU 复位、程序跑飞、DSP 出错或者进行模型测试时，闭锁状态指示信号输出，如 果此时机端电压大于 40%，则发调节器故障。 4 4 防错功能防错功能 4.14.1 检测容错检测容错 包括模拟量检测容错和开关量检测容错等，如对 PT 断线的检测，增、减磁接点防 粘连，油开关信号容错

29、，开停机信号容错等。 4.24.2 控制容错控制容错 包括过励限制动作限制增磁，欠励限制动作限制减磁，防止空载误强励，过励/欠 励优先权判断，PSS 输出故障等。 5.5. 其它其它功能功能 5.15.1 R631R631 信号信号 R631 为机端电压大于 10%额定值信号，但为了闭锁异常情况下可能出现的错误操 作，加入了电流判断条件，即： 动作条件：机端电压大于 10% & 转子电流大于 4.5%； 复归条件：机端电压小于 8%。 5.25.2 R632R632 信号信号 R632 为机端电压大于 40%额定值信号。 动作条件：机端电压大于 40%； 复归条件：机端电压小于 38%。 5.

30、35.3 开机令输出开机令输出 发电模式： 动作： R631 & 开机令输入存在 复归： R631 复归 电制动模式： 无输出。 恒控制角模式： 可以通过调试软件强制输出和撤消。 短路干燥模式： 可以通过调试软件强制输出和撤消。 5.45.4 复位复位 开机令消失时，执行复位操作。 操作包括： a 如果是由于 PT 故障切换到恒励磁电流运行方式，自动切换到自动方式。 b 电压给定值预置 c 电流给定值预置为 0 5.55.5 通道跟踪通道跟踪 只有在发电模式下通道跟踪才有效，通道跟踪投入条件为： 通道跟踪设置投入 & R631 信号存在。 5.65.6 内部跟踪内部跟踪 只有在发电模式下内部跟踪才有效，备用运行方式跟踪主用运行方式。 5.75.7 系统电压跟踪系统电压跟踪 系统电压跟踪条件为： 系统电压跟踪功能投入、本通道运行、系统电