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1、三峡电厂励磁软件结构框图及其特色分析 三峡电厂励磁软件结构框图及其特色分析 陈小明,胡先洪,章俊 (三峡水力发电厂,湖北宜昌市,443113)摘要 本文介绍了三峡左岸电厂 SIEMENS 励磁调节器硬软件,详细分析了其软件结构框图和主要限制器特性曲线,并探讨国外励磁软件特色。关键词 SIEMENS,THYRIPOL,SIMADYN-D,STRUC G,IBS,励磁软件。0 励磁调节器硬软件简介 三峡左岸电站的励磁系统采用德国 SIEMENS公司生产的 THYRIPOL静止式可控硅自并励励磁设备,由 11 面柜组成,如图 1所示,从左到右分别是:调节器柜、辅助控制柜、5屏晶闸管整流柜、2 屏灭磁
2、开关柜、过电压保护和灭磁电阻柜、电制动整流柜。整套系统结构复杂,器件众多,外观漂亮,运行可靠。图1 THYRIPOL 励磁装置 SIEMENS THYRIPOL 全数字式微机励磁调节器,硬件由两套完全独立的 SIMADYN D全数字控制器组成。每套控制器包括 3块 32位的 CPU 控制板,以及各种数字模拟信号输入及输出接口板,耦合存储模块,扩展模块以及通讯接口模块,所有的模块集成于一个机箱中,组成一个完整的励磁调节通道。 励磁调节器两通道采用热备用的运行方式,同时接受输入控制并执行操作与调节,但只有处于工作状态的通道有输出,并对可控硅进行触发。当工作通道发生故障时则备用通道自动投入运行,并闭
3、锁故障通道。 通道内部各模块之间以及通道和通道之间实时通信跟踪,并及时上传数据到面板显示屏和监控系统,保证系统无扰动切换。在整套励磁装置盘面上,只有励磁调节器有两个可操作器件:远方现地切换控制锁和西门子 OP2N 操作面盘。 励磁调节器编辑软件采用的 STRUC G 逻辑功能图语言,属于可编程逻辑图语言(组态语言)。STRUC G 是 SIEMENS 公司专门针对 SIMADYN D 硬件平台开发的结构化图形语言,主要编辑逻辑功能图,并通过存储卡读写器将软件写入存储卡中。三峡励磁 SIMADYN D 有三块 CPU板,故需要插入三个程序存储卡。STRUC G 基于 SCO UNIX3.0版以上
4、操作系统、具有形象直观、可读性强、编写灵活方便等优点,但 UNIX 操作系统学习与使用难度较大。 励磁调试软件 IBS,即系统监视软件,也是 SIEMENS 公司专门针对 SIMADYN D 硬件平台软1件。IBS 基于 Windows98 操作系统,通过 PC机的 RS232串口与 SIMADYN D 的 SS4上的 RS232串口进行连接,使个人计算机与 SIMADYN D系统连接进行数据交换,可以进行逻辑功能图连接的改变,软件状态变量的读取和赋值等调试监视工作。 1FP LTSCHR D_L6励磁功率柜风机投运切换逻辑软件PAGE 4(信号输入端) MFP_1 800T4(信号输出端)
5、D_L6820T4 MFP0F647 BE_ER3.Q5/1.2I B1B1 Q DFR 657S102 is ON 96 ms (投自用电风机) T TF 1 I B1 B1 QNTHYB.I9/13.4 D QN 0 (通道之间通讯) S (另一通道已投厂用电风机) (投厂用电风机)R D (注:T448ms) 图2 励磁功率柜风机投运切换逻辑软件示意图 为了更直观的介绍 STRUC G 逻辑图软件,现将励磁功率柜风机投运切换逻辑截取一小段置于图 2中。这是写入 CPU1(1FP)中命名为 LTSCHR 功能包、涉及名为 MFP_1 和 D_L6两个逻辑模块。 1FP LTSCHR的扫描工
6、作时间为 T448ms,即每 48ms循环工作一次,这里的工作顺序是先 MFP_1(800T4)后 D_L6(820T4)。MFP_1 是一个脉冲发生模块(MFP0F),相当于一个瞬时动作延时返回的时间继电器;D_L6是 D型触发器(DFR)。逻辑块中的 B1(二进制) 、Q(二进制)、TF时间表示变量的类型。在图 2 中,左边为输入信号,右边为输出信号,当 BE_ER3.Q5/1.2=1 时,即交流灭磁开关 S102 合闸时,触发 MFP_1 并产生一个 96ms 宽的脉冲经 Q 端触发 D_L6 D 型触发器,D型触发器按照其真值表使 Q(投自用电风机)和 QN(投厂用电风机)交替等于 1
7、,即交流灭磁开关每合闸一次,也就是励磁每启动一次,励磁功率柜风机就交替切换一次。1 励磁调节器软件结构 三峡励磁调节器软件由 25 个软件功能包组成,分配在三个 CPU 中,其中 CPU1 主管计算和调节控制, CPU2 主管操作显示和通讯, CPU3 主管脉冲移相输出。表 1 总结了三峡水力发电厂(TGHP)励磁软件功能包。 表1TGHP励磁软件功能包简介 软件包名称及运行周期 软件功能包功能简介 PQISTX(CPU1)T13ms 机端电压电流交流采样;计算有功、无功、机端电压电流频率,不平衡电压电流等。 FEHL1(CPU1)T448 ms CPU1 自检;电池电源检测。 REGEL(C
8、PU1)T312 ms 自动电压控制AVR;过励限制;定子电流限制;欠励限制。 QREG(CPU1)T448 ms Q模式设置与控制。 SWREG(CPU1)T448ms 电压电流给定斜坡函数设定;阶跃设定;V/Hz 限制;励磁电流快速限制值设定。 LTSCHR(CPU1)T448m s 内部开关量输入;整流柜故障检测;风机切换控制。 ANZ2(CPU1)T448 ms 转子温度计算;模拟量4-20 mA 输出设置。 PDG(CPU1)T13ms 内部 PSS-2A模型;外置 PSS-2A控制。 VORORT(CPU1)T448ms OP2N显示面板控制;OP2N显示信息。 KOM1(CPU1
9、)T312msT448 ms T5192 ms 与监控装置同步时钟设置。(未用);CPU2 调试软件设置 XS1(CPU1)T448 ms OP2N和 IBS(调试)通讯设置。 XE2(CPU2)T548ms 设置Profibus 接受命令;设置它通道信息接受命令;设置OP2N 显示接受命令。 NACH(CPU2)T548ms 双机通讯设置;双机通讯量设置。 STROM(CPU2)T424 ms 模拟量输入;功率柜风速状态输入;试验用模拟量输出。 OP2(CPU2)T548ms OP2N操作显示;OP2N记录(未用)。 SWLOG (CPU2)T548ms 运行模式选择;自动手动切换;起励操作
10、;故障检测;开环控制。 ANZ(CPU2)T548ms 开关量输入输出;模拟量输出;Profibus 通讯量输入输出。 KOM2(CPU2)T548ms IBS 设置(CPU2 调试软件设置) ANZ3(CPU2)T548ms 内部重要开关量输入;X4 开关量输出;内部开环控制。 TRACE (CPU2)T312 ms 记录或者录波量功能(未用)。 FEHL2(CPU2)T548 ms CPU2 自检。 XS2(CPU2)T548ms 设置Profibus 发送命令;设置它通道信息发送命令;设置OP2N 显示发送命令。 STRST1(CPU3)I13.3 ms 数字移相器功能;励磁电流测量及控
11、制;励磁电压测量及控制。 FEHL3(CPU3)T548 ms CPU3 处理器自检。 2KOM3(CPU3)T548 ms IBS 设置(CPU3 调试软件设置) 从表 1 中我们可以看出,除了移相脉冲软件 STRST1 是同步电压中断程序外(I13.3ms) ,其余都是时间中断程序,中断时间按照任务的重要性安排,昀快的是机端电压电流交流采样计算和 PSS软件(3ms) ,昀慢的是与监控装置同步时钟通讯设置(192ms) 。表 1 给我们的另一个感觉是软件功能包任务分配凌乱。事实上也是如此,当我们查看某一励磁软件时,会从一个软件包,跳到另一个软件包,相当麻烦。 三峡励磁调节器软件结构框图如图
12、 3 所示,由自动电压调节(AVR)、励磁电流调节(ECR)、无功模式(Q 模式)、励磁电压调节控制器和移相脉冲触发器等组成。调节器控制规律采用 PI+PSS 控制理论。 THYRIPOL 励磁调节器软件结构图27.现地或远方控制 28.远方控制 29.励磁电压电流测量 30.阳极电压测量26.定子电压电流交流采样计算Ug Ig fug fig P Q Ip Iq cos 增磁 减磁 ON OFF 增1 减1 ON1 OFF1 Uf If Utfut 注释:fug:定子电压频率;fig:定子电流频率;fut:同步电压频率;Ip:有功电流;Iq:无功电流;Ut同步电压。增磁 1 减磁1增磁减磁I
13、gIq增磁 减磁 增减ONOFF ONOFF1.机端电压设 13.励磁电流设 26.软启25.强励、17.无功设定值 19.定子电流增减 定值(Ugref 定值(Ifref 斜坡负载、空 动设定值Qref 斜坡函 Ig限制器斜坡函数) 函数)TF100S 25%,25S 载、选择 数TF60STF200S QrefiQ ON1 试验 Ugrefi 试验Ifrefi AVR12.制动电流11.AVR/ECR设定值 Ibref - +14.阶跃函数 ECR 模式切换 2.阶跃函数 18.Q 模式控futECR制Q1%, PWM 输出 上限 20.V/Hz AVR 10.AVR/ECR限制器 15.
14、MIN函数 模式切换 Uf3.Ugref 限幅器 Ip Iq Ugref I 23.过励磁电 f + -If- +流限制器反7.励磁电压控+21. 调 时限 16.ECR信号综合制器(KP1 放大器(KP10, 差 无4.AVR信号综Ki0)Ug Ugq P Pref fut 功补 Ki0) 合及放大器偿器 (KP10)-上下限24.PSS2A8.励磁电压控(KP10)Ug Ip Iq Ifreg制限幅器 - UfregUt22.欠励限5.AVR 控制信6.AVR 信号综合9.数字移相触发器及制器 号切换选择及比例积分器脉冲放大输出电路(KP5)( 函数)(KP1Ki1.5s) +Ureg图3
15、 THYRIPOL 励磁调节器软件结构图 在图 3 中,AVR 由 1-6 模块组成,ECR 由 12-16 模块组成,Q 模式由 17-18 模块组成,励磁电压控制器和移相脉冲触发器由 7-9 模块组成,19-26 是AVR 模式中的各种限制器。 AVR 以发电机机端电压和其设定值的差值作为 PI(比例积分)调节器的输入,以脉冲输出控制整流柜的输出电流,从而保持机端电压为恒定值。AVR 是励磁调节器的基本和主要调节方式。励磁系统的其它高层控制功能和限制模块,如 PSS,无功控制以及过励、欠励限制器等,都在 AVR 方式中实现。 ECR 是以发电机励磁电流和其设定值的差值作为 P(比例)调节器的输入,以保持励磁电流为恒定值的方式控制发电机的运行。机组正常运行时以 AVR 方式为主,在调试或系统某些特殊工况需要时,可采用 ECR 调节方式运行,在 PT 断线等异常或故障工况下,系统自动切换到 ECR 调节
