MEC系列微机励磁控制器技术说明书2

1第一章概述华中理工大学与葛电能达通用电气公司合作研制的MEC系列微机励磁控制器，采用线性最优控制这种现代控制技术，在广泛听取并集中葛洲坝水力发电厂现场检修人员和运行人员意见的基础上，以“力求功能完备，可靠性高、检修维护方便、运行操作简单”为设计思想，不但具有常规模拟式励磁调节器的全部调节、控制功能，而且具备常规调节器没有的许多控制、保护、限制、逻辑判断、自诊断、容错、在线整定、参数显示、与上位机通讯、与PC机接口调试等功能，是大、中型同步发电机理想的励磁控制器。§1-1设计特点MEC系列微机励磁控制器有四个主要设计特点：1．1．1定子电压和定子电流交流采样发电机定子电压和定子电流经PT和CT副方转换、滤波以后直接进入智能A/D采样板，微机系统依此计算发电机定子电压VF、定子电流IF、有功功率P、无功功率Q、省去了模拟式变送器这种中间环节，简化了外围硬件，提高了响应速度和运行可靠性。1．1．2同步回路断线保护独特的同步电路设计，保证了同步信号稳定、可靠。主要表现在以下两个方面：其一、在发电机电压从残压到期130%额定电压范围内变化，同步方波始终稳定；其二、同步回路无论是在同步变压器原方还是在副方发生一相断线故障，都能保证发电机在原工况稳定运行，不受影响。1．1．3调节规律采用最优线性控制技术线性最优控制技术是目前应用较为成熟的控制技术之一，试验及研究表明，对同步发电机实行最优励磁控制，能提供合适的阻尼，抑制低频振荡，大幅度提高机组静稳定极限，并改善动态品质。使控制器具有优于电力系统稳定器（PSS）的功能。1．1．4显示信息丰富、直观，调试维护方便本控制器设有丰富的运行参数显示功能和专用的调试单元。在调试时只需引入三相试验电源，就能全面检测装置的工作状态。这种设计特点独树一帜，不仅显示信息丰富、直观，而且给装置的全面调试和日常维护带来极大方便。§1-2最优励磁控制原理简介根据被控机组与电力系统的联系，写出状态方程，经过线性化后，可得到一般形式的状态方程为BUAXXX（1）通常采用三阶模型，对采用励磁机励磁的发电机则采用四阶模型。采用二次型性能指标：dt)RUUQXX(21)U,X(J0TT（2）以（1）式为约束条件，求（2）式泛函J为极小值的必要条件为0QPBPBRAPPAT1T（3）解此黎卡梯方程，便可求出最优控制微量为PXBRKXUT1（4）式中P----黎卡梯矩阵代数方程的解；K----最优反馈增益矩阵，本装置中的三阶模型中K=[KPKKV]2四阶模型中K=[KPKKVdKV]。计算表明，KP、K、KV的值是随着发电机运行点改变而变化的，本装置分四段处理变增益控制。试验研究及计算表明，对于不同的机组参数，算出的最优反馈增益比较接近，特别是KV值很接近，机组与电力系统间联系电抗的大小对最优反馈增益影响不大。因此本装置对于不同电站的机组具有通用性。§1-3装置的基本工作原理装置不断地对发电机定子三相电压及定子三相电流进行交流采样，从而计算出发电机端电压Vt，定子电流I，有功功率P，无功功率Q的当前值，此外采样励磁电流当前值，测量并计算机组频率当前值等。以三阶模型为例，装置根据发电机端电压Vt，有功功率P，频率的变化量，每10ms内计算控制角增量a一次。算法如下：]VKPK[DtVP（5）式中D——转换系数。可控硅触发角)K(VKtI1KK（6）式中KI——积分系数装置采用数字移相技术确定可控硅触发角。数字移相触发是把算出的控制角a折算成对应的延时ta，再折算成对应的计数脉冲个数Naccf}T)360/{(T/tN（7）式中T——阳极电压周期Tc——计数脉冲周期fc——计数脉冲频率在同步电压的自然换流点，同步方波引起中断，作为计时起点。CPU响应中断后将Na送入计数器，时间一到立即输出相应的触发脉冲。微机输出为六路双窄脉冲（脉宽0.08mS，可调），经前置放大及切换电路到脉冲放大部分，去触发相应的可控硅。§1-4主要功能1．4．1三种起励方式1．4．1．1按设定的励磁电流起励①；1．4．1．2按设定的机端电压起励；1．4．1．3跟踪系统（母线）电压起励。1．4．2三种运行方式1．4．2．1恒机端电压运行方式；1．4．2．2恒励磁电流运行方式①；1．4．2．3恒无功运行方式。1．4．3五种励磁限制1．4．3．1瞬时/延时过励磁电流限制；1．4．3．2过无功限制；1．4．3．3欠励限制；1．4．3．4功率柜停风或部分功率柜退出时限励磁电流；1．4．3．5伏/赫限制。1．4．4两种断线保护31．4．4．1PT断线保护；1．4．4．2同步回路断线保护。1．4．5空载过压保护。1．4．6运行参数显示及控制参数整定。1．4．7自检、自诊断、容错及故障检测功能。1．4．8与上位机和PC机通讯，具有运行状态指示、运行参数显示、事件记录、录波等功能。1．4．9具有完备的信号报警功能。§1-5主要性能指标1．5．1自并励残压起励：100%残压起励，超调量不大于5%、振荡1次，起励时间可调；1．5．2自并励逆变灭磁：灭磁时间小于3s，灭磁过程稳定可靠、无颠覆；1．5．3机端电压手动调节速度：0.5%—0.9%Ugn/s；1．5．4电压/频率特性：频率每变化1%，机端电压变化不大于额定值的0．10%；1．5．510%阶跃响应：无超调、无振荡，调节时间小于1s；1．5．6发电机端电压静差率：0.1%；1．5．7发电机调压精度：0.2%；1．5．8发电机甩额定负荷：电压超调10%，振荡一次，调节时间小于4s；1．5．9可控硅控制角移相范围：软件设定，15—120可调；1．5．10A/D转换分辨率：2121．5．11调差率：0—30%可调；1．5．12机端电压手动调节范围：空载：10%—115%可调；负载：70%—110%可调。1．5．13励磁电流手动调节范围：空载：5%—65%；负载：30%—110%。1．5．14发电机无功手动调节范围：-80%—130%1．5．15励磁系统响应时间：34mS----电力系统短路到强励顶值总时间。§1-6适用范围MEC系列微机励磁控制器适用于自励、带直流励磁机和他励的励磁系统。以下图示几种典型可控硅励磁方式的简单接线图，用户可根据自己的实际情况灵活选用、并实施具体方案。1．6．1自励方式自励方式包括自并励和自复励方式，自复励方式又可为分交流侧串联、直流侧并联4自复励等。图一自并励可控硅励磁方式图二交流侧串联自复励方式图三直流侧并联自复励方式1．6．2带直流励磁机的可控硅励磁方式这种励磁方式包括直流励磁机采用可控硅自励和采用连续性控硅励磁方式。图四直流励磁机采用可控硅自励FLH1LBYHKZLH2ILUFIFMEC～LH1LBYHKZFLILUFIFMECGLHGZF～LH1LBYHKZLH2ILUFIFMECCBF～LH1LBYHKZFLILUFIFMECUdLF～5图五直流励磁机采用连续型可控硅励磁1．6．3他励方式此方式包括交流励磁机带静止硅整流器方式、交流励磁机带静止可控硅方式和无刷磁方式。图六他励静止硅整流器励磁方式§1-7型号编号说明MEC系列微机励磁控制器型号定义如下：MEC-数码含义123空CPU类型单V408098+V40双V408098+双V40升级版本号用A、B、C、D表示励磁系统接线方式自励直流励磁机他励通道数单通道双通道三通道微机励磁控制器②LH1YHKZFLILUFIFMECUdLJFLF～～ILYHUFIFMECGZJLKZJLLT～～～～F～～～6§1-8使用环境1.使用地点的海拨高度不大于2500米。2.环境温度为-40～40℃3.环境相对湿度≤90％；4.装置周围环境应保持干燥、清洁、通风良好，无爆炸、腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不应使绝缘水平降低到允许值以下。第二章硬件组成MEC微机励磁控制器采用STD总线工业控制用十六位微型计算机系统作为核心部分，配以必要的外围硬件。以MEC—31型微机励磁控制器为例，总体配置原理框图如图七所示，整个装置由五部分组成：①微型计算机部分；②电气参数测量部分；③电源部分；④开头量输入/输出部分；⑤调节试及运行操作部分。阳极电源CT2CT1DLPT1PT2PT3PT4同步信号ⅠⅡⅢ图七MEC—31型微机励磁控制器总体配置原理框图变换滤波整形脉冲放大测量板（Ⅰ）测量板（Ⅱ）测量板（Ⅲ）LED显示小键盘（Ⅰ）同步信号（Ⅰ）微型机（Ⅰ）LED显示小键盘（Ⅱ）同步信号（Ⅱ）微型机（Ⅱ）LED显示小键盘（Ⅲ）同步信号（Ⅲ）微型机（Ⅲ）开关量信号脉冲检测（Ⅰ）脉冲检测（Ⅱ）脉冲检测（Ⅲ）脉冲切换7§2-1微型计算机部分MEC微机励磁控制器选用了适应国际技术发展潮流的STD总线工业控制机作为硬件核心。STD总线工业控制计算机是一种开放式系统，采用小板结构，其模板的标准尺寸为165．1×114．3mm2。具有小型化、模块化、组合化、标准化等特点。在组合方式、机械强度、抗干扰能力等方面具有优越性。STD总线于1987年被IEEE标准化组织正式认定为IEEE961标准。STD总线系统按功能划分模板，一块只具有一种或两种功能，可根据需要选购有关功能模板组成控制系统。这种开放式系统结构提高了系统的灵活性。MEC微机励磁控制器配备的STD总线微型计算机，选用了V40CPU和8089CPU两种微处理器组成各种通道，其配置方式可分为三通道（双V40+8089）、双通道（V40+8089或双V40）、单通道（V40），组成四种不同的型号。通常在大型机组上采用三通道方式、在中型机组上可采用双通道方式、在小型机组上可采用单通道方式，各使用单位可根据实际情况灵活选配。§2-1-1V40计算机单元V40计算机单元所构成的微机通道在运行方式、模拟量采集、开关量检测及控制、通讯能力等方面设置非常完备，是控制器的主通道。V40CPU微机通道由十块模板组成，模板型号如下：⑴STD9040V40CPU模板；⑵STD9372光隔开关量并行输入模板；⑶STD9373光隔开关量功放输出模板；⑷STD9388计数器/中断控制接口模板；⑸STD9459智能型同步采集A/D模板；⑹STD9282通用双RS232C异步通信模板；⑺STD9288智能通讯板，主要用于MEC控制器与上位机或LCU通讯；⑻STD9043-1小键盘接口模板；⑼STD9043-38LED显示/轻触键盘板；⑽STD9799：总线信号匹配板。2．1．1．1V40CPU（STD9040）模板V40CPU模板是一块集成度非常高、功能强大的模板，是微机系统的核心模板。板上除V40主CPU外，还有两片128KEPROM；三片128K静态RAM和一片128K带自备电池的不掉电RAM；三个16位定时/计数器；八级中断，一个串行通信接口和一个并行通信接口等，其指令与IBM-PC完全兼容，性能优于IBM-PC，可运行与MS-DOS兼容的软件，是一块专为工业控制开发的CPU芯片。模板的利用情况如下：⑴静态RAM：128K，为常规内存；⑵不掉电RAM：128K，存放装置的事件记录数据；⑶EPROM：128K，固化励磁线性最优控制软件；⑷定时/计数器：一个，用于控制角定时中断；⑸六级中断控制：①A相同步信号中断；②B相同步信号中断；③C相同步信号中断；④角中断；⑤脉宽中断；⑥60中断；2．1．1．2光隔开关量输入（STD9372）/输出（STD9373）模板这两块模板的共同特点是STD总线计算机与接口设备之间实现了完全的电隔离，具8有较强的抗干扰能力。输入模板可接32路输入，由CPU扫描进行检测。其作用是检测外部输入信号（通常有增减磁、开停机、手动停机、手动起励、发电机转速、断路器、灭磁开关状态及功率柜故障信号等，且可根据用户的要求进行扩充），并根据检测的信号进行所要求的励磁控制。输出模板配有32路输出，各通道具有24V/20mA的驱动能力，可直接驱动继电器，输出的信号还具有锁存功能。其作用有二，其一是向电厂控制中心实时报告励磁系统的控制状