大型发电机励磁系统研究.ppt

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,大型发电机励磁系统的研制罗景华汪大卫李宇俊鲁勇勤周平况明伟杨伟,东方电机有限公司东方电机控制设备有限公司,摘要本文通过对励磁系统特点的论述，介绍了新型励磁系统的优点，尤其是在励磁系统结构、控制器和软件设计上的进步。

关键词发电机励磁系统设计。

引言,大型发电机对励磁的要求：

高可靠性先进性功能完备满足环境要求制造工艺先进测试手段先进,励磁系统研制的主要内容,控制器设计：

高可靠性：

高速、低功耗、无移动部件、电磁兼容先进性：

多层网络通讯、高速采样、高精密脉冲形成、先进的嵌入式操作系统，与外围调理模块的信号传递紧密可靠满足环境要求：

工作于宽温度范围、污染较严重场合、震动较大的场地、电磁干扰严重的地方,励磁系统研制的主要内容,控制软件设计：

高可靠性：

嵌入式操作系统、可靠的软件驱动可移植性：

适应升级换代和不同的硬件平台可维护性：

模块设计，方便用户完善功能远程维护：

实现远程网络的查询完备的控制功能完备的调节功能完备的限制功能完备的保护功能,励磁系统研制的主要内容,可控硅整流专用控制器设计：

完成通讯功能完成智能均流完成整流柜控制完成整流柜故障诊断,励磁系统研制的主要内容,试验手段的改造：

建立发电机数字仿真系统建立动模调试系统建立大功率测试系统,励磁系统研制的主要内容,可控硅整流桥冷却系统的研制：

比较各种冷却系统的优缺点设计间接水冷系统,励磁系统研制,励磁系统的结构框图,励磁系统研制,励磁调节器是整个系统的控制中心。

励磁系统的可靠性及先进性在很大程度上取决于调节器硬件的可靠性和结构的性能。

本设计方案设计了具有A、B、C三个控制通道的励磁调节器。

A、B控制通道是从信号采集到脉冲输出完全独立的两套主调节控制通道，C通道独立具备从励磁电流信号采集到脉冲输出功能。

工作时C通道实时自动监测发电机运行工况，当A、B通道均发生故障时，C通道将完成无扰动切换，以恒励磁电流方式独立完成控制。

所有的模拟和逻辑控制，满足发电机的基本运行，减少强迫停机率，提高系统的运行可靠性。

励磁系统研制,励磁系统的分层控制,励磁系统研制,A、B通道控制器采用CompactPCI：

（1）采用开放的工业标准与结构。

机箱采用抗电磁干扰技术设计，具有较高的电磁兼容能力，而且抗冲击、抗震动。

（2）底板完全由无源器件组成，没有任何有源器件。

为板卡提供的垂直散热系统能保证板卡安全工作。

（3）采用机箱后端走线的连接方式，非常方便板卡的插入和拔出，易于维护，极大减少了平均故障维修时间。

（4）板卡采用满足欧洲标准的2mm针孔连接器，确保连接的绝对可靠，同时支持容错冗余和板卡的带电热拔插。

（5）板卡的选择具备实用性、通用性，配置灵活且具有很强的扩展性。

励磁系统研制,电源系统：

控制器内部电源为CPS-H325电源模块，输入电压24V，电源功率250W。

该电源兼容PICMG2.11规范，采用无风扇设计；抗干扰能力强、可靠性高、可进行带电热插拔，支持N+1冗余结构；具备过电压保护、过温度保护、短路保护和状态指示，能自恢复。

励磁系统研制,CPU模块：

CPU模块为CPCI-3500A,兼容PICMG2.0规范。

采用无风扇设计，支持热插拨功能；低功耗、嵌入式CPUPentium-MMX166/266MHz，板载RAM256MB，数据处理效率、可靠性高；内置双USB口，两串口、一并口，板载Intel8255910/100Mb以太网口；一个板载144MDiskOnChip。

励磁系统研制,模拟量采样模块：

模拟量采样模块为CPCI9112/R高速智能多功能A/D卡，它兼容PICMG2.0规范，可以通用于CPCI总线工控机上。

具备16路模拟量输入通道，12位分辨率，100kHz的A/D采样率，板载1KFIFO存贮器，实现智能采样，满足交流采样的通道数和精度要求；具备软件触发、定时触发、外部脉冲触发等三种触发功能，适应不同的要求；2路12位D/A通道，可用于自诊断或PSS调试输出。

励磁系统研制,脉冲形成模块：

脉冲形成模块为CPCI8554/R，32位总线的10通道定时/计数器，它兼容PICMG2.0规范，可以通用于CPCI总线工控机上。

4块板载82C54可编程芯片，满足脉冲形成的要求；10通道16位减法计数器，8MHz系统时钟，满足移相范围和精度的要求；抗干扰滤波电路可以防止谐波的影响。

励磁系统研制,外围模块：

模拟信号处理模块信号的转换和传输送。

模拟信号变送的关键是隔离、快速和高精度。

同步信号上有很大的干扰毛刺，所以对干扰毛刺滤波和抑制是非常重要。

励磁电压和电流是含有直流分量的变量，属于高压系统，部件，电气耐压能力必须提高。

励磁系统研制,软件设计：

对微机系统软件的要求是：

可靠性高、运行速度快和启动时间短。

具有中断功能、分时任务调度功能。

磁盘文件管理功能。

串口通讯功能、以太网通讯功能。

励磁系统研制,软件设计：

根据上述要求，设计软件，实现定时1ms中断，作为系统的基本时钟；将任务分成1ms、5ms、10ms、20ms、40ms、100ms等不同的任务群，进行分时任务调度，确保既能高速地执行关键任务，又可以使多种任务在有限的时间里不冲突，合理调配；实现多看门狗功能，以便系统死机时，能够迅速重新启动；实现快速重启，使启动时间限制在200ms以内；实现系统格式化，满足对DOC芯片的要求；实现各种通讯接口功能，如RS232、RS485、RS422和以太网等。

励磁系统研制,信号采集设计：

信号处理：

交流测量，数字滤波坐标变换计算有效值和功率,励磁系统研制,应用软件设计：

通过十个程序来完成励磁的各种控制、调节功能，分别是给定计算、限制器、叠加控制、自动电压调节器、励磁电流调器、跟踪、多机通讯、人-机接口、远程监控、功率柜控制和智能均流。

励磁系统研制,应用软件设计：

给定计算：

给定计算时接受几个方面的信号，实现预定值、增减磁、最大最小给定值限制、软启励、无功调差、有功调差等功能。

励磁系统研制,电压调节器：

自动电压调节器功能由两部分组成，分别是信号综合和PID调节。

励磁系统研制,信号综合：

信号综合是解决调节器与限制器的控制权问题。

竞比门，即由大值门和小值门组成。

过励时，小值门输出；低励时，大值门输出。

这样调节与限制是无波动切换，相当于是几个不同闭环控制回路的自动切换。

闭环控制回路不同时，调节参数也自动切换。

这样很好的解决了限制器投、切和调节问题，防止产生波动,励磁系统研制,PID控制：

PID调节是非常成熟的调节规律，但要解决数字积分过饱和与积分投退、积分初始值确定和参数的调整等问题。

我们采用的算法是自动消除积分过饱和，防止超调。

对于积分的投退，采用按照发电机偏差和启励等逻辑来控制，使PID的传递函数模块更准确，参数更精确。

励磁系统研制,人-机控制：

人-机接口即为显示控制工作站，由一台平板电脑完成。

人-机接口实现操作命令、显示发电机状态、显示和调整控制参数；显示各通道采集的发电机状态量、显示功率柜和灭磁柜的状态和故障；进行试验和录波；进行事故追忆。

人-机接口是操作和调试励磁的工具，也是维护和诊断系统的工具。

励磁系统研制,可控硅专用控制：

可控硅整流装置专用控制器的核心是PC104，它是一种高品质、开放式总线结构的嵌入式PC模块。

具有的超小尺寸、超低功耗、宽温特性、高可靠、功能强大、方便使用的优点。

PC104包括中央控制模块SCM6231、模拟量采集模块ADT600、数字I/O模块CDT2000。

励磁系统研制,可控硅专用控制：

PC104与相应的外围电路构成的可控硅整流装置专用控制器，具有体积小、可靠性高、外形美观的特点。

专用控制器通过对整流桥中每个桥臂可控硅的电流进行瞬时采样、分别测量、数字计算，由调节柜主控制器通过综合比较后发出控制信号，实现每个桥臂电流的均流和可控硅整流柜间的智能均流。

该控制器还通过Earthnet与主控制器进行实时通讯，完成起动、停止、切换等逻辑控制；对本整流柜的可控硅、快速熔断器、冷却风机等进行实时的状态监测，对脉冲进行故障判断，还显示每个整流桥的电流和状态，使得可控硅整流装置实现智能化。

励磁系统研制,强迫风冷：

采用强迫风冷的冷却方式。

励磁系统研制,间接水冷：

整流柜内部密闭水冷是将各个整流柜单独密闭，在每个整流柜内安装水冷却器，通过柜内的循环风机使气流强迫流过功率元件和水冷却器，由冷却器的冷却水将整流柜产生的热量带走。

这种冷却方式的优点是热风不会直接排到安装励磁设备的工作小间，造成小间内的环境温度升高的热污染，另外冷却空气只在整流柜内部进行密闭循环，外界的粉尘不会进入柜内，确保可控硅和其他电气元件表面的洁净，这是一种可以用于大型发电机组励磁系统的良好冷却方式。

净化电气厂房可以同时装配十套大型励磁系统,专业电气试验室可以同步试验六套大型励磁系统,ABB发电机-电力系统仿真仪等专业设备实现全数字仿真调试,大容量试验变压器可以实现1:

1大电流试验,励磁系统研制,结语：

（1）在多通道系统设计上，一般只提供A、B双通道系统，缺乏独立的手动通道C，一旦两套工控机都出现故障，就会迫使发电机停机。

我们在系统设计时，设计了C通道，C通道的系统总线和模块结构也完全区别并独立于A、B通道，使故障在不同的通道产生不同结果，不至于出现系统同时瘫痪的可能。

高速以太网的通讯，使系统冗余能力提高，资源共享。

励磁系统研制,结语：

（2）新型CompactPCI控制器具有功能强大、软件支持能力强、安全可靠并且结构简洁、运行维护方便等众多的特点，使励磁调节器和整个励磁系统的可靠性都大为提高，同时为实现励磁系统的远程调试和远程维护提供了有效的控制平台。

励磁系统研制,结语：

（3）励磁系统软件是整个励磁控制系统的核心，通过对软件的优化升级和进行可视化编程、调试，增强了软件的功能，提高了安全性和运行速度，人机接口功能的扩展为励磁系统的远程调试维护奠定了良好的基础。

励磁系统研制,结语：

（4）在可控硅整流装置内设置专用控制器，使励磁调节器和可控硅整流装置可以通过网络进行通讯，大量的控制信号和状态信号通过网络进行交换，减少了柜间连线，使得系统更加简洁，同时实现可控硅整流装置的智能均流、智能检测和实时监控功能，使得可控硅整流装置进入智能化时代。

谢谢,