NES5100励磁系统介绍

NES5100励磁系统介绍NES5100励磁调节器NES5100励磁调节器励磁调节器运行在自动方式和手动方式的基本工作原理相同，即通过比较测量反馈值与参考值（有别于设定值）的误差，计算出控制电压（自动方式下还经过一个欠励限制环节），再经过转子电压反馈产生可控硅的控制角，输出相对于同步电压理想自然换流点有一定相位滞后的触发脉冲。一、励磁调节器基本工作原理二、励磁调节器自动调节功能励磁调节器自动方式的闭环控制对象为机端电压。当调节器运行在自动方式且没有发生欠励限制时，如果发电机的机端电压高于参考值，则调节器减小控制电压，进而增大可控硅的控制角，使得发电机转子电压下降，减小发电机励磁电流，使发电机机端电压回到参考值；如果发电机机端电压低于参考值时，调节器增大控制电压，进而减小可控硅的控制角，使得发电机转子电压上升，增大发电机励磁电流，维持发电机机端电压为参考值。其控制简图如图1所示。图中Ugset为发电机机端电压设定值，Ugact为发电机端电压实际值，Uk为控制电压，Vs为励磁电源电压，Tc为发电机端电压采样时间常数，TF为发电机励磁电压反馈时间常数，PI为比例-积分控制，TSCR、Tg分别为可控硅整流桥等效时间常数和发电机等效时间常数。NES5100励磁调节器--Ugact调差（无功电流补偿）UkUsUgset11+TSC1g1+TS1F1+TSSCR11+TSPI电压控制器欠励限制器过励限制器V/F限制器定子电流限制器MVs图1发电机励磁调节器自动控制原理简图NES5100励磁调节器三、励磁调节器手动调节功能励磁调节器手动调节的闭环控制对象为励磁电流。当调节器运行在手动方式时，如果发电机的励磁电流高于设定值，则调节器减小控制电压，既增大可控硅的控制角，进而减小发电机励磁电流，使发电机励磁电流回到设定值；如果发电机励磁电流低于设定值时，调节器增大控制电压，既减小可控硅的控制角，增大发电机励磁电流，维持发电机励磁电流为设定值。其控制简图如图2所示。图中Ifset和Ifact分别表示发电机转子电流的设定值和实际值。NES5100励磁调节器1SCR1+TSPIFDU'--FsetIFsetUk1F1g1+TS1C1+TS电流控制器1+TSUgI励磁电流限制器VsM图2发电机励磁调节器手自动控制原理简图NES5100励磁调节器NES5100励磁调节器四、NES5100励磁调节器硬件平台功率柜信号功率柜1功率柜n功率柜2初励、灭磁磁场断路器通道A通道B模拟量板开关量板CPU板系统电源板同步电压板脉冲放大板脉冲电源板G负荷开关系统PT励磁变压器转子电流CT励磁PT定子电流CTNES5100励磁调节NES5100励磁调节控制单元以ARM芯片为自动通道计算控制核心，FPGA为I/O中心、DSP为纯手动通道计算控制核心，构成了三CPU系统。以ARM为主，配置A/D、D/A、FPGA、ETHNET、FLASH、CAN、DSP从而构成励磁调节CPU板；加上模拟量板、开关量板、同步板、脉冲放大板，电源板等构成励磁调节控制单元。外部电流和电压输入经模拟量板的隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，经采样处理后，形成各种采集量。控制信号、现场状态信号由开关量板进入，经光电隔离后形成可读信号。输出状态信号由开关量板继电器输出。控制脉冲由脉冲板隔离放大后输出。以ARM为中心的CPU板完成励磁调节器的对外通讯功能，包括RS485、RS232、LAN等。ARM和DSP之间通过串口交换信息。通道之间通过双CAN网络通讯，双CAN网络互为热备用。板间通过总线背板交换信息，有部分使用SPI通讯。框图见图3ARM通讯接口DSPFPGA模拟量开出量脉冲切换逻辑脉冲输出开入量UART数据线地址线RS232RS485CAN2LAN同步电压FLASHRAMA/DD/A模拟量输出图3NES5100励磁调节控制单元硬件框图NES5100励磁调节器NES5100励磁调节板件布置EX01EX02EX03EX04EX05EX06EX07EX08NES5100单通道的单板插件图单板编号单板名称EX01脉冲电源板EX02系统电源板EX03CPU板EX04模拟量板EX05同步电压板EX06开关量板EX07扩展开关量板EX08脉冲放大板软件构架FCR励磁电流调节AVR自动电压调节Exciter励磁整流桥Generator发电机FCL强励反时限OEL过励磁限制UEL欠励磁限制V/Hz伏/赫兹限制PSS电力系统稳定器励磁电压/电流传感器五、NES5100励磁调节器软件构架NES5100励磁调节自动通道软件组成包括三个方面：嵌入式操作系统、人机交互程序以及励磁应用程序。嵌入式操作系统部分包括操作系统本体，还包括硬件底层驱动软件、系统任务配置、系统中断配置等。人机交互的核心程序主要处理通信任务。励磁应用程序包括两个部分：主流程和控制调节程序。主流程完成励磁应用程序的初始化以及机组状态的判断等功能；控制调节程序完成所有的励磁控制调节功能，确保了控制调节的快速和精度。NES5100励磁调节1、励磁应用程序主流程主流程完成机组状态的判断以及各状态下的初始化功能。程序中，机组状态分为：空闲、等待、开机、停机四种状态。程序根据上一次流程判断出机组的运行状态，对各状态进行相应的初始化，同时再次判断机组状态，以便下一次流程中使用。主流程框图见图4NES5100励磁调节开始空闲？等待？开机？停机？状态检测结束空闲初始化状态检测等待初始化状态检测开机初始化状态检测状态检测是是是是否否否否图4主流程框图NES5100励磁调节2、励磁应用程序控制调节程序NES5100励磁调节器的主要任务是维持发电机机端电压水平稳定，从而维持机组的一定的负荷水平，同时对发电机定子和转子侧各电气量的进行测量及限制、保护处理，并对自己进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及时报警并切换到备用通道。励磁控制调节程序是励磁调节器的核心程序，完成了上述的任务。NES5100励磁调节NES5100励磁调节器六、NES5100励磁调节器软件功能测量和A/D自动通道软起励给定条件自动跟踪调差功能低励限制P/Q限制器过励限制P/Q限制器V/F限制器最大转子电流限制器电力系统稳定器手动控制优先权选择PIDPIfUfILIfUfUfUfIfIfILILIfUfIf至脉冲形成NES5100励磁调节器高速的交流采样先进的数字计算方法采样冗余检测1、软件变送器NES5100励磁调节2、电压给定和调节PID控制器调差功能自动跟踪起励NES5100励磁调节器3、限制器低励限制器转子过流过热限制器无功功率过励限制器瞬时强励限制器V/Hz限制器NES5100励磁调节器过欠励限制器机端电压取低值电力系统稳定器取高值SAVR整定值欠励限制器过励限制器PIDNES5100励磁调节器4、保护器PT断线过电压保护低励保护过激磁保护AVRFCRAVRFCR自动通道自动通道FCRFCR手动手动A套调节装置B套调节装置NES5100励磁调节器5、附加控制器PSS电力系统稳定器（PSS）的目的是通过引入一个附加的反馈信号，增加弱阻尼或负阻尼控制系统的正阻尼系数，以抑制同步发电机的低频振荡，提高发电机组（线路）最大输出能力，有助于整个电网的稳定性。模型见图51pssrKTs1wwTsTs1211TsTs3411TsTsePmaxpssUminpssUpssUTw1S1+Tw1STw2S1+Tw2STw3S1+Tw3SKs21+T7S1+T8S[1+T9S][M]NKs31+T2S1+T1S1+T4S1+T3S1+T6S1+T5SKs1+-++PWPSS输出NES5100励磁调节器图5PSS模型NES5100励磁调节器四、NES5100调节器智能维护显示系统NES5100励磁调节器智能维护和显示系统1、主界面NES5100励磁调节器智能维护和显示系统主界面NES5100励磁调节器智能维护和显示系统2、AVR界面NES5100励磁调节器智能维护和显示系统3、AVR界面NES5100励磁调节器智能维护和显示系统4、功率柜界面NES5100励磁调节器智能维护和显示系统5、故障日志NES5100励磁调节器智能维护和显示系统6、参数设置NES5100励磁调节器智能维护和显示系统7、机组运行点显示以及PQ曲线设置NES5100励磁调节器智能维护和显示系统8、录波以及分析NES5100励磁调节器智能维护和显示系统9、采样示波器NES5100励磁调节器智能维护和显示系统10、阶跃试验NES5100励磁调节器智能维护和显示系统11、模式切换NES5100励磁调节器12、逻辑组态NES5100励磁调节器空载试验：升压逆变灭磁自动/手动切换两套独立调节通道切换阶跃响应V/Hz特性以及限制PT断线试验负载试验：发电机无功负荷调整试验给定值整定范围测试试验过励限制功能试验欠励限制保护功能试验五、NES5100调节器现场试验NES5100励磁调节器图1空载5%电压阶跃试验波形NES5100励磁调节器图2软起励试验波形NES5100励磁调节器图3电压闭环下A/B套切换试验波形NES5100励磁调节器图4转子电流5%阶跃试验波形NES5100励磁调节器图5空载A套PT断线试验B套波形NES5100励磁调节器图6负载电压闭环下A/B套切换试验波形NES5100励磁调节器图7负载电压闭环切为电流闭环试验波形NES5100励磁调节图8负载下过励试验波形