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1、PWL系列 微机励磁调节装置 技术说明书1、概述励磁调节装置是发电机的重要组成部分，无论是在暂态过程或稳态运行，同步发电机的运行状态在很大程度上与励磁有关，也就是说，一个优良的励磁控制系统不仅可以保证发电机运行的可靠性和稳定性，而且可以有效地提高发电机及与其相联的电力系统的技术经济指标。PWL型微机励磁调节装置，是适用于同步发电机组的新一代的微机励磁调节装置。我国第一代微机励磁产品采用Z80、8031、8086、8098、80c196等单片机、单板机构成，随着计算机科学的飞速发展，新一代的微机励磁产品CPU多采用DSP高速数字信号处理芯片构成，其主频可达40MHz，运算速度快，硬件设计也更为简
2、单，具有明显的优越性。PWL型微机励磁调节装置，是南京合凯电气自动化有限责任公司自行研制的高科技产品，它以DSP芯片为核心，具有更简单的硬件结构和极其丰富的软件功能，采用先进的控制理论及全数字化的微机控制技术，该产品具有极高的性能价格比，其主要技术指标均达到或优于部颁“大、中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件”、“大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件”和“大、中型同步发电机励磁系统基本技术条件”。2、型号及适用范围21 PWL-1型微机励磁调节装置PWL-1型微机励磁调节装置适用于100600MW大型汽轮发电机组三机励磁系统,见图2.1-1。22 PWL-2Z型微机励磁调节装置PW
3、L-2Z型微机励磁调节装置适用于125MW及以下具有直流励磁机的发电机组,见图2.2-1。23 PWL-2W型微机励磁调节装置PWL-2W型微机励磁调节装置适用于100MW及以下具有无刷励磁系统的发电机组,见图2.3-1。24 PWL-3型微机励磁调节装置PWL-3型微机励磁调节装置适用于适用于大、中、小型发电机组的自并励励磁系统,见图2.4-1。25 PWL-4型微机励磁调节装置PWL-4型微机励磁调节装置适用于125MW及以下具有直流励磁机的发电机组，主回路采用IGBT开关管,见图2.5-1。3、主要特点31 PSS+PID的控制方式控制理论采用PSS+PID，即电力系统稳定器加上经典的控
4、制理论，比例-积分-微分调节。众所周知，发电机励磁控制系统是一个闭环的调节系统，如何保证此系统的稳定及具有优良的动态调节品质是衡量励磁调节装置性能好坏的首要指标，也就是说，对于励磁调节装置，它的灵魂及核心所在是采用何种控制理论及其数学模型，在实际运行中，有的励磁调节装置在一般小干扰情况下运行尚可，但碰到突发事件，就可能出现不能强励，或强励后回不来，以及电网结构比较薄弱时运行不太稳定或静差率太大等，分析下来其实都是数学模型不够完善所至。目前我国中小机组的励磁系统普遍存在的问题是开环放大倍数太小，造成调节能力很差,在小干扰的情况下发电机电压及无功负荷就会晃动,在大干扰情况下,例如一旦甩负荷就会导致
5、发电机过压，直接威胁到发电机本体的安全。本装置具有合理的数学模型，以确保发电机在各种运行工况下稳定运行，本装置的电力系统稳定器PSS能明显提高发电机的静稳定极性及大干扰情况下的动态稳定。32 减小励磁机时间常数。三机励磁系统中，由于励磁机时间常数太大，直接影响发电机转子电压的上升速度，不利于发电机及系统的暂态稳定，我们的装置采用转子电压负反馈（如果采集不到转子电压，如无刷励磁等等，可以用调节器输出总电流替代），以减小励磁机的时间常数，交流励磁机的时间常数一般为1秒左右，直流励磁机的时间常数则高达二、三秒，采用转子电压负反馈后，可将时间常数减小到0.1至0.2秒，将常规励磁系统改造成为接近快速励
6、磁系统水平，提高了发电机及电力系统的暂态稳定性。33 全数字化电路装置的硬件电路，从交流采样到脉冲输出，全部实现数字化，没有调整电位器，极大地简化了调试工作量。34 装置总线不出主机板、软件不出片（DSP芯片）为国内首创。即计算机的数据总线，地址总线、控制总线均在CPU主板内，开关量输入输出回路也做在主板内，提高了装置的抗干扰能力。软件不出片，即程序在运行中不需要向外设调用，确保了程序的高速运行及可靠运行。35 硬件简单，可靠性高对发电机电压、电流等交流量直接进行交流采样，每周波采32点，均方根计算电压、电流等有效值，有功、无功、功率因数等均通过软件计算，调节器的逻辑操作回路、可控硅脉冲形成，
7、调节器主环控制及各种限制、保护功能和调节器的纠错容错处理也全部由软件实现，加上液晶显示控制等以上所有操作均由单一的DSP芯片完成，故硬件电路更为简化，调节器的核心部件只有3块印制板，同时印制板制造采用贴片工艺，使装置的可靠性更加提高。36 高性能的电源装置的电源采用进口的高抗干扰、高可靠性电源模块，它具有很宽的输入电压范围，当输入电源电压在160400V范围内波动时仍能稳定输出，远远超过部颁标准。据进口资料介绍，其使用寿命达40年。37 超级看门狗设计除具有普通软硬件看门狗功能外，另有一路不依赖于程序的强触发回路，以保证在特强干扰时程序连续跑飞的情况下将其拉回。38 独特的脉冲回读检查功能装置
8、的DSP芯片，可对每一相可控硅脉冲进行回读，以确保真正发出去的脉冲同理论上的脉冲完全一致，以保证装置的正确性，同时也能检查是否发生失脉冲和错脉冲现象。脉冲的发生硬件和脉冲的回读硬件相互独立，分属于两片芯片。39 全中文显示在控制器面板上装有一块13540mm大屏幕全中文界面的液晶显示器，人机联系键盘及一些用做信号指示的发光二极管。通过液晶显示器，可以查看发电机的各种运行参数、运行状态。同时该显示器还提供各种操作提示，人机界面友好，全中文菜单。310 完善的智能调试软件可以直观地在线修改参数，包括PID、PSS、调差率等运行参数及低励、过励等限制保护参数，以及进行强励、起励，10%阶跃响应，负反
9、馈等试验。安装调试、修改参数及进行各种试验均只需在控制器的面板上进行键盘操作即可，不需外接PC机，不需外接线，不需专用工具。311 故障录波功能装置每一周波记录一次模拟量及状态量，共16组，即10个模拟量及6组开关量共96个状态量。发生故障时，记录故障点时间（年、月、日、时、分、秒）及故障前8秒和故障后12秒的数据，且具有连续记录多次故障功能。可在断电情况下保存至少最近10次故障记录数据，这些故障数据均可通过串行口发送至后台机进行显示，以便于分析故障原因。模拟量包括发电机测量PT值、参考电压值、发电机转子电压、调节器输出总电流、发电机有功、发电机转子电流、调节器本柜输出电流、发电机无功、发电机
10、定子电流、可控硅开放角。开关量包括24路开关量输出信号、24路开关量输入信号、面板开关量输出信号、面板开关量输入信号等共96个状态量。312 具有操作事件记忆功能当开关量信号发生变化时，比如油开关，灭磁开关动作，运行方式开关操作等一系列事件发生时，装置将按先进先出的原则记录最近至少4000条事件发生的年、月、日、时、分、秒及状态。这些量都能断电保存。3. 13 配置后台工控机对于大机组可以选配一台工控机，可实时显示试验录波曲线、故障波形及自动生成励磁特性曲线及进行数据的智能化分析。314 独特的双通道相互跟踪功能真正独立的双通道运行，相互间通过开入开出量只有两到三对硬接点相联系。自动运行方式下
11、双通道之间相互自动跟踪，跟踪时不需要从对方通道得到任何数据，只依赖于PID数学模型、发电机空载时调节器开环放大倍数及各种采样量得到自动参考电压给定和可控硅的开放角，跟踪量非常准确，切换时没有任何波动。315 中频励磁方式下使用50Hz同步试验电源在检修调试时，针对三机励磁系统，调节器可控硅脉冲能适应50Hz及中频电源信号，给无中频试验电源的发电机组运行维护带来很大的方便。316 抗电磁干扰设计对机箱的设计、强弱电走线及接地线等进行合理布局，采用进口的高抗干扰性能的电源模块设计，硬件设计上采用多种滤波电路等措施，通过继电保护类最高严酷等级的抗电磁干扰试验。317 参数在线修改调节器自动运行方式下
12、除了涉及到自动运行及主环计算的PID的放大倍数和时间常数、转子电压负反馈系数、发电机电压整定参数等少量参数不允许修改外，如低励限制与保护参数、过励限制与保护参数、V/f限制与保护参数、PSS参数、直流采样量整定参数等等绝大部分参数都能真正的在线修改，即这些参数的修改和参数存盘不需要调节器处于退出状态或切至从柜状态。318 输出开关量调试不需要辅助设备或措施，通过操作液晶显示器可以调试任何一个输出开关量。319 大功率可控硅脉冲触发单元在自并励励磁系统中，如果中控室与发电机小室的电缆不超过300米，可将调节器放在中控室，而将可控硅功率柜、灭磁柜放在发电机小室，这样可以方便运行人员监控及改善调节器
13、的工作环境，延长使用寿命。调节器的脉冲触发单元功率很大，不需要中间放大环节能通过300米电缆直接驱动并联4组2200A大功率可控硅整流桥。4、主要功能41 比例、积分、微分（PID）调节42 电力系统稳定器（PSS）43 恒功率因数调节44 恒无功功率调节45 恒励磁电流调节46 正、负调差及调差率大小设置47 过流限制及保护，最大电流保护48 低励限制及保护49 强励限制及保护410 V/Hz限制及保护，空载过电压保护411 PT熔丝熔断保护412 双柜并联运行时具有均流功能，误强励检测和保护413 脉冲回读及错失脉冲检测414 完善的自检功能及容错处理装置初始化过程中即对程序存储器、数据存
14、储器及A/D转换等进行检测，如发现异常则发“装置出错”信号报警。装置还采用最少的硬件配合丰富的软件检测方式，及时检测各种异常运行工况，并作相应的报警或切换处理，确保发电机组的稳定运行。对装置的硬件、软件、电源等进行全面的自检，提高了装置的可靠性，对用户来讲，比较直观的有：操作按钮防粘连，投运初期防进线及同步回路相序接错，脉冲回读等。415 磁场接地检测（配大机组无刷励磁系统）416 DEH接口（大容量汽轮发电机用）417 DCS接口418 发电机定子断水保护，适用于发电机定子线圈水内冷方式发电机定子线圈断水时，由水压差开关送入开关信号。此功能模块，作用于发信号及限负荷。419 配有RS232及
15、RS422两个通讯接口（或者RS232和RS485），可以与上级计算机交换信息或接受上级计算机控制命令。420 开机并网前跟踪系统电压功能。5、主要技术指标51 发电机静态调压精度：0.5%52 静止励磁系统电压响应时间：上升不大于0.08s下降不大于0.15s53 频率特性：发电机空载运行状态下频率每变化1%，发电机端电压变化不大于额定值的0.1%。54 10%阶跃响应试验：超调量小于20%，振荡次数小于3次，调整时间小于5秒。55 附加调差：15%内任选，级差0.1%56 自动部分调压范围：常规励磁系统0%130% Vn自并励励磁系统5%130% Vn57 发电机电压调整速度：可现场整定，不小于每秒0.3%，不大于每秒1%。58 可控硅控制角分辨率：0.05度/位码59 A/D转换量分辨率：2-14510 移相范围：10150度，范围可调511 抗电磁干扰性能：5111 静电放电装置能承受GB/T14598.14-1998量度继电器和保护装置的电气干扰试验之第2部分-静电放电试验规定的试验严酷等级为4级的干扰试验，（空气放电15kv，接触放电8kv）。
