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。2.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。If(A)t(s)1.1IfdnIfd_max图5-4最大励磁电流反时限保护1.5S过励限制和保护按照下列原则：(a)转子电流Ifd＞Ifd_max时，延时1.5秒直接封锁脉冲退出运行.Ifd_max为菜单整定的瞬时过励值；(b)Ifd＞1.1Ifdn、Ifd＜1.0Ifdn时计算反时限等效时间：Heat=∫(Ifd2-Ifdn2)*t;Heat_n=∫(Ifd_2set-Ifdn2)*t_set;其中：Ifd_set:设定的强励倍数;t_set：强励时间；H0：显示在液晶上，便于监视。(c)H050%，发信号，限制增磁H080%，切手动运行，并且手动运行给定值设为90%IfdnH010%，复归过励信号%100_0nHeatHeatH2.4欠励限制及保护III低励限制示意图QPQaQb1.25Qa油开关合闸并且发电机进相运行，开始进入欠励限制和保护子程序。如果bP—cQ＞D1（第I条线），欠励限制，发欠励信号同时闭锁减磁，自动增磁，直到脱离欠励限制区为止，如果由于某种故障造成发电机无法脱离进相区，则在给定值达到增磁上限增磁速度同手动按钮增磁速度。如果bP—cQ＞D2（第II条线），切手动。2.5触发脉冲丢失的检测6个触发脉冲在被CPU重新回读，进行综合判断，确定失脉冲的相，并显示在液晶显示器上。失一个脉冲系统发报警信号，失两个以上的脉冲自动进行通道切换。2.6通讯故障检测2.7可控硅故障检测2.8电源检测，监视CPU电源和24V操作电源是否正常2.9所有的限制及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场进行整定3.其它辅助功能3.1故障录波功能WKKL-2000发电机励磁调节器记录故障前10秒故障后10秒的测量数据，记录的量包括，发电机电压UG1，UG2，自动给定值UGREF，手动给定值IFREF，触发角ARF，有功功率P，无功功率Q，转子电压Ufd，转子电流Ifd，发电机频率F0，本柜输出电流ILA，它柜输出电流ILB。基本含盖了所有模拟量，故障波形能够在控制器自带的液晶显示器进行显示，也可以通过串口上传到笔记本电脑，在EMSV1.0上进行显示，处理并打印。故障录波的启动方式分为突变量启动和故障启动两种方式。3.2试验录波功能WKKL-2000发电机励磁调节器能够通过手动启动的方式记录试验时的波形，如10%阶跃响应，灭磁，甩负荷等波形，记录时间为试验启动前1秒，实验启动后19秒的时间，记录的量同故障录波。显示方式同故障录波。3.3故障记录能够按先进先出的原则记录20次故障发生时模拟量采样值，及故障时间（精确到毫秒），及故障类型，所有信息均可在液晶显示或上位机上进行显示。3.4事件记录能够按先进先出的原则记录20次事件发生的类型和动作时间（精确到毫秒）例如灭磁开关的分合，通道的投入/退出，运行方式的转换等。3.5强大的通讯功能WKKL-2000采用标准的MODBUS协议，可以通过灵活的通讯方式，RS232，RS485，CAN，以态网进行通道之间的通讯以及励磁调节器与DCS系统或电厂其它监控系统的接口。3.6软件电位器功能所有模拟量的处理回路均取消电位器，改为能够在菜单上整定的软件电位器，调试工作由此变的更加轻松灵活。3.7强大试验功能通过控制器上的键盘操作，方便的进行调节器的各项试验，如开关量传动试验、过励限制、欠励限制、阶跃响应试验、PSS的有补偿试验，PSS无补偿试验，交流励磁机时间常数试验等，并能进行自动录波。3.8完善的励磁系统管理软件ESMV1.0，通过此软件完成励磁系统实时数据显示，故障记录，波形分析，试验向导，报告生成，数据远传，远程诊断等功能。三、技术指标1.CPU类型：32位高速DSP芯片2.可控硅控制角α分辨率：0.0048度/码3.A/D转换量分辨率：2-14，16路。4.控制计算调节速度：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。上下限值可设置8.调差：软件无功调差、正负大小任选级差为±1%。9.工作方式：双柜均流（三机系统），主备用（自励方式）10.励磁系统装设电力系统稳定器（PSS），其有效频率范围为0.1-2.5Hz。11.励磁系统的年强行退出率不大于0.05％12.开关量输入输出:20路光电隔离输入；20路开关量输出，其中4路光电隔离输出，16路继电器输出。13.触发脉冲：可供三相全控整流桥用的六相双脉冲，脉冲宽度100uS,可同时触发5组以上并联运行的三相全控桥。14.D/A输出：2路隔离的D/A转换器，每一路D/A输出均可以在菜单具体选择要输出的变量。15.频率特性：频率每变化1%，发电机端电压变化不大于额定值的±0.25%。16.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。17.在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为±10%时，发电机电压超调量小于阶跃量的30%，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒。18.当发电机零起升压时，机端电压超调量不超过额定电压的10%，振荡次数小于2次，调节时间小于5秒四、满足的技术要求1.励磁系统的基本技术条件符合GB/T7409.3―1997《大、中型同步发电机励磁系统技术要求》、DL/T843-2003《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》等标准的要求。2.励磁系统满足发电机在各种运行工况（包括发电、并网、零起升压以及向110kV空载线路充电、进相）下稳定、安全运行的要求。3.励磁系统保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负载下励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。4.励磁系统的电压响应时间在电压上升(强行励磁)时不大于0.08秒，在电压下降(快速减磁，由最大励磁电压减小到零)时不大于0.15秒。5.在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%，自动励磁调节系统保证发电机机端电压变化值不大于额定值的±0.25%。6.当励磁电流在小于1.1倍额定励磁电流下长期运行时，励磁绕组两端电压的最大值不超过在交接验收时该绕组对地耐压试验电压的30%，在任何情况下不得超过70%。7.励磁系统装设直流侧反时限过电流保护及励磁绕组过电压保护。8.励磁系统装设电力系统稳定器（PSS），其有效频率范围为0.1-2.5Hz.。同时，设置必要的保护和控制回路。9.励磁系统可以通过各种方式接受电站计算机监控系统的监控，并按要求向电站计算机监控系统和机组LCU送入各种数据和信