EXC9000型励磁系统

广州擎天实业有限公司2009.1EXC9000型励磁系统介绍内容一、系统概述二、调节器三、功率整流系统四、灭磁系统五、对外接口六、项目配置七、其它一、系统概述–概述–主要功能特点–核心技术–设计原则–适用范围与使用环境–遵循标准概述EXC9000型全数字式静态励磁系统是广州擎天实业有限公司开发的第四代微机励磁系统。其主要特点是功能软件化、系统数字化。该系统的数字化不仅体现在调节器，也体现在功率柜和灭磁柜。励磁系统的各个部分均能实现智能检测、智能显示、智能控制、信息智能传输和智能测试，极大地提高了装置的可靠性和工艺水平。该励磁系统于2005年获得广东省科技进步二等奖，并于2006年通过华北电网公司入网检测。自2003年研制成功推向市场以来，已有国内外上百家电厂数百台机组应用了本系统。一、系统概述功能特点•全数字化系统•CAN总线技术用于励磁系统内部互联•友好完善的人机界面•灵活多样的对外接口方式•完善的调试软件•良好的电磁兼容性能•独立的三通道,两种不同的调节器组态•多CPU架构模式，电路表面贴装工艺和无风扇•全中文三维人机界面一、系统概述功能特点•先进可靠的核心控制器件•高速交流采样技术•完善的故障检测系统•高频脉冲列触发技术，实现残压起励•功率柜智能化•智能化动态均流技术•高耐压的脉冲变压器•强大的停风机运行能力•独特的可控硅跨接器•完善的通讯功能•智能化调试一、系统概述核心技术多CPU架构技术PSS2A多变量PSS技术DSP数字信号处理技术高频脉冲列触发技术低残压快速起励技术可控硅整流桥智能均流技术CAN现场总线技术组态编程技术智能控制技术一、系统概述设计原则系统把可靠性作为首要追求目标，在确保可靠性的前提下提高产品技术的先进性。一、系统概述适用范围与使用环境适用于各种容量等级的励磁系统：大中型汽轮发电机自并励励磁系统；大中型水轮发电机自并励励磁系统；抽水蓄能机组励磁系统；直流励磁机励磁系统；带励磁机的三机励磁系统；安装地点：室内海拔高度：≤3000m环境温度：-15°C~+45°C空气相对湿度,最湿月的月平均最大相对湿度为90%,同时该月的月平均最低温度为+25℃。无爆炸危险及干净的环境中。空气中无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及导电尘埃，以及在无较大振动或颠簸的地方。地震烈度按8度设防一、系统概述遵循标准一、系统概述GB/T7409-2007《大、中型同步发电机励磁系统技术条件》DL/T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》DL/T583-1995《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》DL/T843-2003《大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件》二、调节器--系统组成--硬件配置–软件设计–控制规律–功能实现–人机界面–通信规约–起励–电气制动–电磁兼容GS模拟量总线板900E开关量总线板900HChannelAChannelBChannelC900CDSPCPUI/O接口板900ADSPCPUI/O接口板900AA/DD/A900P900N人机接口900J900KCANBUSQFGPULSEBUS900K900MLCDQ80SA02SA01T02EXCITATIONTRANSFORMERT05Q02F05UBATT.ACAUX.BUSACBUSDCBUSVI01VI02DC24VBUSQ90UAUX.R03V03Q03R02F02G31G34G33G32MLCD900G900ILCD串行通讯输出信号IPC系统组成二、励磁调节器全数字化系统IPCLOUCHACHBIIUREC1REC3REC4FCBREC2CANBUS人机界面本地控制单元A套调节器B套调节器智能I／O1＃功率柜3＃功率柜4＃功率柜2＃功率柜灭磁柜诊断终端调试微机二、励磁调节器现场总线•现场总线用于励磁系统内部进行数据交换，实现了全数字化–减少柜间接线，节省安装空间，提高工艺水平，安装、运行、维护方便–实现了分散控制，提高可靠性•励磁系统数字化的发展方向客观上需要一种智能的连接方式将励磁系统的各个部分集成在一起。二、励磁调节器CAN总线•多主总线，无主站从站之分•自动重发•故障节点自动脱落•通讯速度快，最快可达1Mbit/s•可靠性高，抗干扰能力强，最远传输距离可达11km二、励磁调节器双微机双通道（同行业其它厂家采用）调节通道配置AVRFCR自动通道AVRFCR自动通道二、励磁调节器微机/微机/模拟三通道（我公司最先采用）AVRFCR自动通道ManualC通道AVRFCR自动通道调节通道配置C通道的励磁调节从实现的原理和实现的途径与数字式调节器完全不同，因而能起到很好的后备作用，显著提高了调节器的安全性和可靠性，还特别方便于发电机组和励磁的试验和维护。二、励磁调节器两种调节模式对比数字式(A/B通道)模拟式(C通道)调节原理数字式PID+PSSPID调节电路反馈量机端电压励磁电流移相软件移相硬件移相脉冲形成软件控制硬件控制给定软件寄存器数字电位器同步信号中断信号硬件捕获二、励磁调节器COMPACTPCIDSP5468CPU5094I/OD/ACAN5432接口板900A模拟量总线900E开关量总线900H•由单CPU模式向多CPU模式发展•主CPU调节、逻辑控制、通讯•DSP采样•FPGA输出脉冲、脉冲闭锁优点：（1）极大地提高了调节器的运算速度和响应的快速性，提高了系统的调节精度（2）可以运行复杂的控制程序，能满足电网对励磁控制的高性能要求。调节器的硬件—多CPU模式二、励磁调节器技术指标•486DX5-133MHZCPU•DSP处理器：TMS320VC33-120MHZ•A/D转换分辨率：16bit通道数：34路。•32路开关量输入（24路光隔输入/8路TTL电平输入）、24路开关量输出（8路光隔输出/16路TTL电平输出）•4路模拟量输出（12位，0~10V）•可控硅控制角分辨率：0.0027•移相范围：0~180二、励磁调节器智能型故障检测系统•独立于调节器•智能化•可检测的故障–调节器软件故障–调节器硬件故障–调节器电源故障–脉冲故障•检测系统本身的故障，并报警返回二、励磁调节器•程序结构优化，实现多流程控制•采用结构化程序语言•功能完善调节器软件二、励磁调节器•DSP每周期32点向量采样用于计算机端电压、机端电流、有功、无功和机端频率。•此外，DSP还采集励磁电压、励磁电流、系统电压、控制信号等直流量。•通过双口RAM，DSP将采样结果传送到主CPU板。•采用移窗算法克服采样环节时间常数•最小采样周期可以缩减到5ms，最大限度满足高精度调节的要求。发电机参数的测量二、励磁调节器数学模型—电压调节器•电压调节器的作用是维持机端电压恒定，因此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，电压调节器采用两级超前／滞后校正环节。1+TaS11+TA2S1+TA1S1+TA4SKp1+TA3SUg(S)UgdUK(S)电压反馈电压给定附加控制自动电压调节器（AVR）数学模型二、励磁调节器数学模型—电流调节器•励磁电流调节器用励磁电流作反馈量，励磁电流调节器的数学模型与电压调节器相似，仅少一级超前／滞后校正环节。1+TbS11+TB2S1+TB1SKiIL(S)IgdUK2(S)电流反馈电流给定励磁电流调节器数学模型二、励磁调节器自动运行方式UK≥1EXC9000励磁调节器自动运行方式模型1+TaS11+TA2S1+TA1S1+TA4SKp1+TA3SUgUgd电压反馈电压给定PSS1+TcS11+T2S1+T1S1+T4SKpss1+T3SUKpssΔPTqS1+TqS测量第一级第二级隔直增益限幅1+TbS1TiS1IL电流反馈电流限制值反时限控制Kpi＋电功率限制信号及调差信号二、励磁调节器手动运行方式1+TbS11+TB2S1+TB1SKiIL(S)IgdUK2(S)电流反馈电流给定控制信号1+TaS11+TA4S1+TA3SKpUg(S)Ugdxm电压反馈电压限制值≥1EXC9000励磁调节器手动运行方式模型二、励磁调节器电力系统稳定器（PSS-1A）•以电功率为反馈量•国内其它厂家普遍采用•存在反调•调节原动机时闭锁PSS输出或减小增益，降低了PSS的工作效能。1+TcS11+T2S1+T1S1+T4SKpss1+T3SUKpssΔPTqS1+TqS测量第一级第二级隔直增益限幅电力系统稳定器（PSS）模型二、励磁调节器PSS-2A（加速功率型PSS）•由电功率型向加速功率型发展•有助于电网稳定，已成为上网的必要条件•有助于减小“反调”，利于机组安全USTS+s.TW11+s.TW1s.TW31+s.TW3Ks21+s.T7s.TW21+s.TW2s.TW41+s.TW4()()1819+×+×sTsTMNKs3++-1+s.T11+s.T2Ks11+s.T31+s.T4USTmaxUSTmaxUSTminUSTmin角速度电功率S二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍四川紫坪铺电厂的负载4％阶跃试验（已投入PSS功能）。二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍四川紫坪铺电厂的负载4％阶跃试验（未投入PSS功能）。二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍四川紫坪铺电厂的负载反调试验（PSS-2A）。二、励磁调节器PSS－2A现场投运介绍四川紫坪铺电厂的负载反调试验（PSS-1A）。二、励磁调节器软启动程序tUGIf起励根据整定值爬升稳定运行二、励磁调节器V/Hz限制器fUG整定点UG常规点f常规UG最小整定点UG最大整定点V/Hz设定范围容许的运行范围二、励磁调节器调差+Q-QUＳ１UＳ２Q１Q２保证并联运行机组间无功合理分配二、励磁调节器限制器最大励磁电流限制最小励磁电流限制定子电流限制欠励有功无功限制P+Q-Q1/Xd二、励磁调节器过励限制器•强励顶值电流限制•长期允许运行最大电流限制•反时限电流限制二、励磁调节器欠励限制器•五点拟合•与发电机电压水平有关二、励磁调节器定子电流限制器•反时限特性•可区分过励与欠励二、励磁调节器附加控制器•恒无功控制•恒功率因素控制QBUSQGENPFGENPFBUSQcontrolDischargeP.FcontrolBUS1)GeneratorS恒功率因素恒无功无功释放整定点AVR整定值二、励磁调节器叠加的恒无功控制•进入方式–现地操作–远方接点–远方串行通讯•设定值–现地操作–远方接点–远方４～２０mA信号–远方串行通讯QlowerjPriseQ1Q2Qregraiselowerpre-setresetQ-RegulationFunction二、励磁调节器叠加的恒功率因数控制•进入方式–现地操作–远方接点–远方串行通讯•设定值–现地操作–远方接点–远方４～２０mA信号–远方串行通讯Cos-phiRegulationFunctionQlowerjPriseQcosphireg.raiselowerpre-setreset1cosj2cosj二、励磁调节器转子温度的测量Rf=f(Uf,Uf,Lrotor,Ubrush)UfIf=0oC0-235oCRotoractual转子电阻Rf二、励磁调节器容错控制•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、对PT相序和CT相序的检测，增、减磁接点防粘连，油开关信号容错，开停机信号容错等。•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。二、励磁调节器故障录波和故障记录•故障录波的触发条件可以通过调试软件在线设定，比如强励动作、灭磁开关跳闸、甩负荷、PT断线等。•一旦满足触发条件，调节器将自动启动录波功能，将事件发生前后一段时间（可设定）的数据永久保存直至下次故障。•保存的数据可通过调试软件读出后进行分析。二、励磁调节器人机界面的功能显示操作报警故障记录、追忆、录波故障处理专家调试系统二、励磁调节器智能触摸屏•采用原装进口日本DIGITAL公司的工业专用Pro-face彩色液晶显示屏。•长寿命。