NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器技術(shù)說明書V1.0前言本說明書介紹了南瑞集團電氣控制分公司的 NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的 功能、特點、硬件及軟件配置、工作原理，供工程人員、市場人員以及用戶參考，以便對NES5100有較全面的了解。與本說明書有關(guān)的技術(shù)文件：硬件框圖軟件框圖配線表使用說明書界面說明書NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器說明書文件版本：V1.0南瑞集團電氣控制分公司所有目錄略第一章 概述NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器是南瑞集團電氣控制分公司的第三代勵磁調(diào)節(jié)器， 適用于同步發(fā)電機各種勵磁系統(tǒng)。NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器繼承了我公司前兩代勵磁調(diào)節(jié)器 SJ800和SAVR2000的核心技術(shù)，借鑒了前兩代勵磁調(diào)節(jié)器幾十年現(xiàn)場運行經(jīng)驗，參考了 IEEEStd421.5 TM-2005勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，還吸收了目前數(shù)字控制領(lǐng)域內(nèi)最先進的研究成果和工藝。 在計算速度、控制1周期、抗電磁干擾、可靠性方面均有極大的進步。NES51000發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器控制單元采用主頻高達 180MHz的32位高性能微處理器為核心的硬件平臺， 采用積木式多通道冗余結(jié)構(gòu)， 并配備網(wǎng)絡(luò)化的人機交互系統(tǒng)， 采用嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，可實現(xiàn)邏輯現(xiàn)場組態(tài)?；谏鲜龅挠布脚_和軟件構(gòu)架， NES5100具有設(shè)計理念超前、可靠性高、操作簡單、維護方便、使用靈活、擴展和兼容性高等特點。1.1 適用X圍煤、天然氣、水力、風(fēng)力、太陽能等┅都可以用來產(chǎn)生電能。通常，上述形式的能量首先變換為機械能，然后通過發(fā)電機變換為電能。電能轉(zhuǎn)換大都使用同步發(fā)電機， 其輸出電壓由勵磁系統(tǒng)來控制， 電能經(jīng)過輸電線路分配到負(fù)荷中心。圖 4-1為電能的產(chǎn)生環(huán)節(jié)：水能 機械能 電能機端電壓 勵磁電流勵磁系統(tǒng)圖1-1 電能的產(chǎn)生環(huán)節(jié)NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器適用于各種方式的可控硅勵磁系統(tǒng)， 適用10MW到1000MW各種容量機組。典型的勵磁方式如下：1、自并勵勵磁系統(tǒng)，如圖 1－2；2、自復(fù)勵勵磁系統(tǒng)；3、兩機他勵可控硅勵磁系統(tǒng)；24、三機勵磁系統(tǒng)；5、無刷勵磁系統(tǒng)；可根據(jù)實際工程設(shè)計出具體的實際方案。G

AVR2AVR1功率柜n功率柜2功率柜1保護限制模塊測量模塊監(jiān)測模塊功率柜控制AVR＋FCR邏輯控制磁場斷路器初勵、滅磁圖1－2典型自并勵勵磁系統(tǒng)框圖1.2 裝置功能1.2.1 裝置的主要功能配有勵磁調(diào)節(jié)器的并網(wǎng)發(fā)電機， 可以按簡圖 1-3來表示。圖中，同步發(fā)電機為被調(diào)節(jié)對象，勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的勵磁電流。 此時，電網(wǎng)影響閉環(huán)調(diào)節(jié)電路的性能，從這個意義上來說， 電網(wǎng)是一個外部的干擾變量。 同步發(fā)電機與電網(wǎng)的特性在很大程度上是已定的。勵磁系統(tǒng)只是校正、優(yōu)化其全部性能。被控對象 干擾量IL UF同步發(fā)電機 電網(wǎng)勵磁系統(tǒng)NES5000勵磁調(diào)節(jié)器圖1-3 勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)回路方框圖3而NES5100作為勵磁調(diào)節(jié)器的主要目的是精確地控制和調(diào)節(jié)同步發(fā)電機的端電壓和無功功率。為了實現(xiàn)這個目的， 磁場電壓必須快速地對運行條件的變化作出反應(yīng)， 即響應(yīng)時間不超過幾毫秒。為此需要一個快速的控制器， 它應(yīng)當(dāng)不斷地將給定值與反饋值進行比較， 在盡可能短的時間內(nèi)進行調(diào)節(jié)計算，最終去改變可控硅整流器的觸發(fā)角度。另外作為計算機類產(chǎn)品， NES5100還具備實時故障診斷和容錯功能、智能調(diào)節(jié)及輔助分析功能、信息網(wǎng)絡(luò)化等功能。1.2.2基本調(diào)節(jié)和控制功能調(diào)節(jié)規(guī)律：PID＋PSS：并聯(lián)PID和串聯(lián)矯正，通過設(shè)置二選一使用PSS1A和PSS32A模型，通過設(shè)置二選一使用多種運行控制方式可選：恒機端電壓閉環(huán)方式（ AVR，基本配置）恒轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)方式（ FCR，基本配置）定角度方式（試驗）恒無功功率運行（選用）恒功率因數(shù)運行（選用）獨特的多重切換技術(shù)，保證各種情況下的切換無沖擊，確保機組可靠運行保證發(fā)電機按要求升壓、并網(wǎng)、增減無功負(fù)荷及逆變停機保證發(fā)電機穩(wěn)定運行于空載、發(fā)電、調(diào)相、停機等工況主備勵無擾切換（選用）余弦移相1.2.3限制器功能為保證運行中的機組安全，保證機組與系統(tǒng)之間的運行穩(wěn)定性， NES51000配置了完善的限制功能。主要有如下限制器：轉(zhuǎn)子過流過熱限制器過勵延時限制器欠勵瞬時限制器瞬時強勵限制器VHz限制器41.2.4保護功能勵磁調(diào)節(jié)裝置為保證機組安全，還具有如下保護功能：過電壓保護（OVP）功能PT斷線防誤強勵（ PTP）功能防止失磁措施低勵切換（ UEP）功能失磁檢測可保護（ LOE）功能防止過激磁措施切換（ VFT）功能過激磁保護（VFP）功能1.2.5輔助功能勵磁控制軟件還具備一些必要的輔助控制功能，以及試驗功能。多種起勵升壓方式可選：快速零起升壓控制（ ZBC）機組軟起勵控制（ SBC）自動初值起勵升壓可控硅整流裝置因為故障而限制功率單元出力控制（ RCL）高起始響應(yīng)機組的勵磁機電壓限制器（ EVL）負(fù)載阻抗補償控制（ZCOM），可任意設(shè)定正、負(fù)調(diào)差方式，且調(diào)差率大小可選擇系統(tǒng)電壓跟蹤控制（HVT）用于水電機組制動用的柔性電制動控制器（ FEB）突然甩負(fù)荷限制器（ TLL）勵磁電壓反饋（ ESS）正弦波掃頻1.2.6自檢自診斷為了保證勵磁系統(tǒng)的運行可靠性，勵磁調(diào)節(jié)裝置不間斷地檢測自身各重要環(huán)節(jié)的狀況，對異常或發(fā)生錯誤的環(huán)節(jié)進行及時的容錯處理， 對冗余的系統(tǒng)，閉鎖發(fā)生異?；蝈e誤的通道。具體的自檢和自診斷內(nèi)容有：電源電壓過低、過高、或消失的檢測PT斷線的檢測可控硅同步電壓相序及發(fā)電機機端電壓相序的檢測5交流采樣檢測可控硅觸發(fā)脈沖號及數(shù)量的檢測控制角度的檢測雙機通訊故障的檢測硬件和軟件看門狗檢測1.2.7 容錯控制根據(jù)調(diào)節(jié)裝置自檢的結(jié)果， 對各種信息進行分析， 取得正確的信息維持勵磁系統(tǒng)的正常運行。具體有：機端電壓測量容錯定子電流測量容錯轉(zhuǎn)子電流測量容錯發(fā)電機頻率測量容錯有功功率及無功功率測量容錯起勵令及逆變令容錯增減磁信號容錯主斷路器信號容錯1.2.8智能維護和顯示系統(tǒng)圖形化界面顯示，可根據(jù)現(xiàn)場實際系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定制傳遞函數(shù)顯示，便于系統(tǒng)各項試驗和仿真信息網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和診斷邏輯組態(tài)技術(shù)在線幫助系統(tǒng)調(diào)節(jié)裝置配置了錄波功能，每組波形記錄所有模擬量和所有的開關(guān)量 20秒內(nèi)的數(shù)值及變位信息，裝置內(nèi)存可存儲多組波形， 停電不丟失，且記錄波形實時上送給后臺儲存， 永不丟失。錄波保存有 3種形式，分別是：故障或異常自動保存： 由故障信號和異常信號自動保存， 記錄在故障或異常發(fā)生前10秒和后10秒的波形和異常狀態(tài)，完全保護故障現(xiàn)場，有利于故障的分析和事故的追憶；手動保存：由人為操作，記錄及顯示任何一段 20秒時間內(nèi)的數(shù)據(jù)；試驗自動保存：由階躍試驗自動保存，記錄試驗過程的機組參數(shù)數(shù)據(jù)。6故障分析系統(tǒng)異常情況紀(jì)錄，包括動作和返回時間，最大可紀(jì)錄1000條波形分析采樣示波器模塊，該模塊以 100ms的刷新頻率對勵磁調(diào)節(jié)器 24個采樣通道進行數(shù)據(jù)采集和圖形顯示。用戶能方便地查看 A套或B套調(diào)節(jié)器的任意通道的采樣實時數(shù)據(jù)。1.3裝置特點1.3.1設(shè)計理念超前幾十年勵磁實際工程經(jīng)驗 ：總結(jié)過去現(xiàn)場運行經(jīng)驗，可預(yù)見勵磁的發(fā)展前景，應(yīng)用到新產(chǎn)品中，使得產(chǎn)品的淘汰周期大大延長瞬時無功理論 ：利用瞬時無功理論提高采樣的準(zhǔn)確性和判據(jù)的可靠性，為調(diào)節(jié)計算提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)：使用嵌入式操作系統(tǒng)提高了代碼移植性。 實時系統(tǒng)具有快速可靠的中斷響應(yīng)， 保證了勵磁程序的高效率運行。 多任務(wù)環(huán)境允許一個實時應(yīng)用作為一系列獨立任務(wù)來運行， 各任務(wù)有各自的線程和系統(tǒng)資源，合理安排了勵磁控制外圍程序的運行。這種軟件構(gòu)架保證了系統(tǒng)和勵磁控制程序的安全性和可靠性組態(tài)技術(shù)：可根據(jù)現(xiàn)場要求進行邏輯組態(tài)，使得調(diào)試的靈活性大大提高圖形化界面：可根據(jù)現(xiàn)場實際系統(tǒng)的拓?fù)溥M行組態(tài)，界面直觀，便于使用模塊化設(shè)計：程序各功能模塊化，接口規(guī)X化，方便軟件升級1.3.2可靠性高工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計：標(biāo)準(zhǔn)19英寸6U機箱結(jié)構(gòu)，所有功能板件均采用了全金屬屏蔽技術(shù)，大大增強了散熱、防塵及抗電磁干擾的水平。 前插式的功能板件經(jīng)過了專門的工業(yè)設(shè)計和工藝改進， 在外觀、結(jié)構(gòu)強度、工藝水平等方面都得到顯著的提升。采樣先進的板件生產(chǎn)技術(shù)，成套表7貼生產(chǎn)流水線批量生產(chǎn)，質(zhì)量可靠電磁兼容設(shè)計：NES5100勵磁調(diào)節(jié)器在整體機柜和局部設(shè)計上均考慮到提高裝置的電磁兼容能力。針對電磁兼容的多項試驗，在接地、濾波、屏蔽、布線、電路設(shè)計、 EMC器件選用等方面均采取了多種措施和精心設(shè)計。 著重在電磁干擾的傳播途徑和裝置本身接受方抗擾度能力上多采取措施，提高裝置的電磁兼容的能力。柜體、插箱、板件安全接地，各控制模塊功能接地，遵循就近接地原則，使得接地距離盡可能短，減少干擾。地線根據(jù)功能劃分成數(shù)字地、模擬地等，接地方式多樣。除了常規(guī)的無源、有源濾波外，還采用了諸如磁阻、扼流器等多種專用 EMC器件。采取三重屏蔽，既可提高抗外部干擾能力，還可減少對外部的干擾。采用合理的布線方式，綜合考慮導(dǎo)線的種類、信號的強弱、導(dǎo)線的長短、導(dǎo)線的屏蔽方式等，減少布線方式對導(dǎo)線電感、電阻、噪聲耦合等的影響。電路設(shè)計時充分考慮到信號的噪聲，采用各種手段和電路來抑制噪聲的傳導(dǎo)和干擾。器件選型時將器件本身的抗干擾的品質(zhì)考慮在內(nèi)。通道冗余設(shè)計：NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器柜是由兩個或多個 NES5100控制單元組成，可配置多達 6臺大功率可控硅整流柜，為發(fā)電機組提供勵磁。每個控制單元均作為一個獨立的調(diào)節(jié)通道，可獨立承擔(dān)所有的勵磁調(diào)節(jié)任務(wù)，互不公用，互不干擾，一套為主，從套跟蹤熱備用，組成冗余的兩通道或多通道系統(tǒng)， 保證任一套控制單元發(fā)生任意故障時不會影響其它控制單元的正常工作，從而保證系統(tǒng)的可靠運行。嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系：南瑞電控公司自 1997年通過ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證以來，在南瑞集團的統(tǒng)一要求下，建立并完善了一整套嚴(yán)格的質(zhì)量保證體系， 從元器件的選型、 部件的生產(chǎn)、裝置的安裝到整體的調(diào)試、驗收等，都有專業(yè)的質(zhì)量監(jiān)控人員全程跟蹤和監(jiān)督， 在生產(chǎn)流程上提高裝置整體的可靠性。1.3.3擴展性和兼容性高預(yù)留可擴展板件：預(yù)留可擴展板件位置，可根據(jù)實際需要擴展開關(guān)量數(shù)量，或脈沖輸出。通訊接口多樣化：可提供RS232、RS485、CAN BUS、以太網(wǎng)、GPS對時等通訊接口。以太網(wǎng)通訊協(xié)議8參考IEC60870-103規(guī)約的通用報文服務(wù)，面向?qū)ο?，可實現(xiàn)報文的自解釋。調(diào)節(jié)軟件標(biāo)準(zhǔn)化：大量參考長期以來關(guān)于勵磁調(diào)節(jié)方面的論文，以 IEEEStd421.5 TM-2005勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為藍本，結(jié)合長期以來我公司現(xiàn)場運行的經(jīng)驗， 使得調(diào)節(jié)軟件標(biāo)準(zhǔn)化， 可滿足多種現(xiàn)場運行以及勵磁系統(tǒng)現(xiàn)場試驗的要求。外部接口標(biāo)準(zhǔn)化：模擬量接口、開關(guān)量接口、通訊接口等標(biāo)準(zhǔn)化，充分考慮到前兩代產(chǎn)品的升級要求。1.3.4操作性強界面圖形化：專用的人機界面，界面圖形化， 可顯示整套勵磁系統(tǒng)的模擬量、數(shù)字量等運行信息。操作形象簡單，滿足新老運行人員的需求。數(shù)據(jù)格式多樣：提供數(shù)據(jù)的三種格式，即實際值、百分值、碼值。便于不同使用習(xí)慣人員使用。試驗接口簡潔：裝置試驗接口明確， 可滿足勵磁系統(tǒng)試驗的要求， 試驗界面操作簡單， 便于試驗人員操作。試驗結(jié)果錄波分析：提供試驗結(jié)果的錄波功能， 并可對試驗結(jié)果進行簡單分析， 減少試驗人員對數(shù)據(jù)的處理工作。1.3.5維護方便故障錄波：當(dāng)裝置故障時，可自動觸發(fā)故障錄波功能，為故障的分析提供原始的數(shù)據(jù)。故障及復(fù)位紀(jì)錄：可紀(jì)錄多達 1000條（可增多）的故障以及故障復(fù)位紀(jì)錄，紀(jì)錄故障、告警、限制等信號的動作和復(fù)位時間。故障專家診斷：當(dāng)故障發(fā)生時，不僅給出故障的種類， 而且可根據(jù)檢修人員需要， 給出該種故障產(chǎn)生的原因以及維護的方法。使得檢修人員可根據(jù)提示，盡快的解決故障。故障預(yù)警系統(tǒng)：綜合系統(tǒng)內(nèi)部大量信息，對故障發(fā)生的可能性作出判斷并預(yù)警，在不影響系統(tǒng)正常運行9的前提下，對可能發(fā)生的故障作出相應(yīng)的處理。 可提前通知檢修人員， 為系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行創(chuàng)造條件。插箱結(jié)構(gòu)一體化：一體化的插箱設(shè)計，插箱可方便整體裝卸，每套插箱可獨立運行，單套插箱維修方便簡單。第二章 主要技術(shù)參數(shù)2.1整柜配置NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)機柜采用拼裝式結(jié)構(gòu)。前門單開，后門雙開，前后門均為撲門結(jié)構(gòu)，柜前門為有機玻璃，前后門均配有帶鎖門把；柜內(nèi)為立柱加插箱形式，以四根立柱為主體，形成內(nèi)框架；柜外表采用噴塑工藝，亞光橘紋，可按色卡配色。柜內(nèi)配置為：兩套或三套互為獨立、互為備用的調(diào)節(jié)控制單元（插箱） ，每套含有自動和手動控制環(huán)節(jié)再加獨立手動控制環(huán)節(jié)； 顯示操作層，可采用彩色液晶顯示工控機或顯示操作模塊；可編程邏輯控制器（選用） 。裝置與外部連接的總端子排設(shè)再內(nèi)框架后部兩側(cè)， 沿后立柱設(shè)走線槽。 機柜底部開有電纜走線孔，提供用戶將現(xiàn)場信號和裝置輸出信號引入或引出。 機柜后部內(nèi)側(cè)下方， 裝有兩只隔離變壓器，用于調(diào)節(jié)器交流電源隔離。上方設(shè)有空氣開關(guān)，用于投切電源。正視圖和背視圖如圖 2-1和2-2所示。2.2機械結(jié)構(gòu)2.2.1 結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)機柜尺寸NES5100發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器機柜，采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸的機柜，尺寸有以下幾種可選：600800 800 2260寬 深 高 單位：mm1000 1000 236012001、一般性原則：根據(jù)實際工程的廠房布置的統(tǒng)一規(guī)劃進行選擇102、機柜寬度：當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)器作為全套勵磁系統(tǒng)裝置之一供貨并布置在一起時，勵磁調(diào)節(jié)器機柜結(jié)構(gòu)尺寸與系統(tǒng)其它機柜的寬度一致；有其它實際要求可另行設(shè)計3、機柜深度：調(diào)節(jié)器獨立供貨或獨立布置時，可選 600mm或800mm；隨整套系統(tǒng)供貨并布置在一起時，深度與其它機柜一致；有其它實際要求可另行設(shè)計4、機柜高度：2260mm或2360mm插箱尺寸NES5100勵磁調(diào)節(jié)單元裝置的結(jié)構(gòu)尺寸是：60寬 60深 60高 單位：mm2.2.2 防護等級機柜防護等級： IP20插箱防護等級： IP40插箱振動跌落： II 級2.3環(huán)境條件使用地點的海拔高度不大于2500米環(huán)境溫度為 10C~40C運輸及存儲溫度為 25C~70C環(huán)境相對濕度不大于百分之九十，無冷凝使用環(huán)境的周圍介質(zhì)無爆炸性危險，不應(yīng)含有腐蝕性氣體，所含導(dǎo)電塵埃的濃度不應(yīng)使絕緣水平降低到允許極限值以下抗地震能力：當(dāng)振動頻率為 10Hz~150Hz時，振動加速度不大于 5m/s22.4電氣配置參數(shù)2.4.1 電源參數(shù)每套均是交、直流并聯(lián)供電。交流輸入220V 15%，直流輸入220V 20%（或110V 20%）。顯示操作模塊電源為 +24V供電，裝置內(nèi)配置相應(yīng)電源轉(zhuǎn)換模塊。網(wǎng)絡(luò)路由器為 220V供電。11每套調(diào)節(jié)單元的電源各自獨立。每套電源配置如下：芯片工作電源： +1.8V，+3.3V，+5V，+12V，-12V各一路開出信號電源： +24V一路開入信號電源： +24V一路脈沖電源：+24V一路通訊電源：+5V一路2.4.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入?yún)?shù)路模擬量采樣通道：定子電壓3相交流，線電壓額定值100V，3通道同步電壓3相交流，線電壓額定值100V，3通道系統(tǒng)電壓3相交流，線電壓額定值100V，3通道PT2電壓3相交流，線電壓額定值100V，單通道定子電流3相交流，輸入X圍為0～5A，3通道轉(zhuǎn)子電流3相方波，輸入X圍為0～5A，交流采樣，由勵磁變壓器低壓側(cè)的電流互感器來，3通道噪聲信號輸入X圍0～5V，單通道Eq測量單通道工作電源芯片工作電源檢測，5通道地信號單通道2.4.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換輸出參數(shù)4路14位D/A轉(zhuǎn)換通道，可編程定義輸出信號輸出參數(shù)X圍： 0～5V信號，可外配變送器端子轉(zhuǎn)換為 4～20mA信號輸出2.4.4 開關(guān)量開入開出參數(shù)26路無源開入信號輸入（最大可擴展至 46路），其中有6路直接開入 CPU板，開入信號電源由調(diào)節(jié)器提供16路繼電器開出信號輸出（最大可擴展至 32路），開出信號為無源干節(jié)點，節(jié)點容量為220V/1A2.4.5 脈沖輸出參數(shù)輸出脈沖：可輸出六相雙脈沖供三相全控整流橋用，或可擴展至十二相脈沖輸出觸發(fā)功率：每相脈沖可供 10組脈沖變壓器回路負(fù)載122.5指標(biāo)參數(shù)可控硅控制角α分辨率：最高可達 40MHzA/D轉(zhuǎn)換量分辨率： 16位采樣采樣方式：直接交流采樣，每周期采樣 36點控制計算調(diào)節(jié)速度： 3.3毫秒調(diào)壓X圍：5％∽130％調(diào)壓精度：<0.1%移相X圍：0∽180度，上下限值可程序設(shè)置調(diào)差：由軟件設(shè)置無功調(diào)差率，正負(fù)及大小任選，級差為± 0.1%頻率特性：發(fā)電機頻率每變化 1％，發(fā)電機端電壓變化不大于額定值的± 0.1%增減調(diào)節(jié)速度：可編程，滿足不大于 1％每秒，不小于 0.3%每秒電壓響應(yīng)時間：上升 <0.08S，下降<0.15S頻率相應(yīng)X圍： 5∽500Hz故障和試驗自動記錄波形性能參數(shù)：步長：3.3ms錄波模擬量通道數(shù)： 15錄波開關(guān)量通道數(shù)： 80事故前記錄時間：10事故后記錄時間：102.6通信接口以太網(wǎng)接口：每套調(diào)節(jié)單元帶一個以太網(wǎng)接口， 通過機柜上配置的網(wǎng)絡(luò)路由器， 可以與外部網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接CANBUS： 每套調(diào)節(jié)單元帶兩個 CANBUS接口，兩條 CANBUS可互為熱備用，勵磁系統(tǒng)內(nèi)部節(jié)點通信使用， BASICCAN 方式，也可以與外部 CANBUS聯(lián)接RS232： 每套調(diào)節(jié)單元的 ARM和DSP均自帶兩個 RS232接口，一個用于相互間的通訊，一個用于調(diào)試RS485： 每套調(diào)節(jié)單元帶一個 RS485接口，用于用戶通訊， MODBUS協(xié)議13GPS對時： 每套調(diào)節(jié)單元帶一對 GPS脈沖對時接口2.7遵循標(biāo)準(zhǔn)2.7.1勵磁標(biāo)準(zhǔn)IEEEStd421.5 TM-2005勵磁系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型GB10585-89中小型同步電機勵磁系統(tǒng)基本技術(shù)要求DL/T489-92 大中型水輪發(fā)電機靜止整流勵磁系統(tǒng)及裝置試驗規(guī)程2.7.2電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)GB/T14598.9 輻射電磁場干擾試驗的規(guī)定GB/T14598.10 快速瞬變干擾試驗的規(guī)定GB/T14598.13 脈沖群干擾試驗的規(guī)定GB/T14598.14 靜電放電試驗的規(guī)定GB/T17626.5 浪涌（沖擊）抗擾度試驗的規(guī)定GB/T17626.6 射頻場感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度試驗的規(guī)定GB/T17626.8 工頻磁場抗擾度試驗的規(guī)定GB/T17626.9 脈沖磁場抗擾度試驗的規(guī)定2.7.3絕緣耐壓標(biāo)準(zhǔn)GB/T14598.3－936.0 絕緣試驗的規(guī)定GB/T14598.3－938.0 沖擊電壓試驗的規(guī)定2.7.4其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T15153.1-1998 遠動設(shè)備及系統(tǒng)GB3797-83 電控設(shè)備 第2部分 裝有電子器件的電控設(shè)備GB2423電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗規(guī)程第三章 調(diào)節(jié)單元硬件配置3.1簡述NES5100勵磁調(diào)節(jié)控制單元以ARM芯片為自動通道計算控制核心，F(xiàn)PGA為I/O中心、DSP為純手動通道計算控制核心，構(gòu)成了三CPU系統(tǒng)。以ARM為主，配置A/D、D/A、FPGA、ETHNET、14FLASH、CAN、DSP從而構(gòu)成勵磁調(diào)節(jié) CPU板；加上模擬量板、開關(guān)量板、同步板、脈沖放大板，電源板等構(gòu)成勵磁調(diào)節(jié)控制單元。外部電流和電壓輸入經(jīng)模擬量板的隔離互感器隔離變換后， 由低通濾波器輸入至模數(shù)變換器，經(jīng)采樣處理后，形成各種采集量。控制信號、現(xiàn)場狀態(tài)信號由開關(guān)量板進入，經(jīng)光電隔離后形成可讀信號。輸出狀態(tài)信號由開關(guān)量板繼電器輸出?？刂泼}沖由脈沖板隔離放大后輸出。以ARM為中心的 CPU板完成勵磁調(diào)節(jié)器的對外通訊功能，包括 RS485、RS232、LAN等。ARM和DSP之間通過串口交換信息。 通道之間通過雙 CAN網(wǎng)絡(luò)通訊，雙CAN網(wǎng)絡(luò)互為熱備用。板間通過總線背板交換信息，有部分使用 SPI通訊。框圖見圖3－1。圖中加入 D/ARAM FLASH 模擬量 開入量A/DRS232UARTRS485DSP脈沖脈通訊接口切沖CAN2ARM換輸?shù)刂肪€邏出LANFPGA數(shù)據(jù)線輯同步電壓 開出量圖3-1NES5100勵磁調(diào)節(jié)控制單元硬件框圖3.2板件布置如3.1中所述，NES5100調(diào)節(jié)器單套由多塊板件構(gòu)成。每塊板件外加全金屬外殼， 加強了防塵、散熱，以及抗電磁干擾的性能，如圖 3-2。圖3-3表示NES5100調(diào)節(jié)器單套的單板插件組合示意圖。另有背板一塊圖中未顯示出。15圖3-2 板件全金屬外殼EX01 EX02 EX03 EX04 EX05 EX06 EX07 EX083-3NES5100調(diào)節(jié)器單通道的單板插件組合示意圖3-3中，單板的名稱見表2-1：單板編號 單板名稱EX01脈沖電源板EX02系統(tǒng)電源板EX03CPU板EX04模擬量板EX05同步電壓板EX06開關(guān)量板EX07擴展板EX08脈沖放大板表3-1：單板的名稱3.3各板功能3.3.1脈沖電源板脈沖電源板用來提供脈沖輸出的 +24V電源，交直流雙路供電， AC220V、DC220V（或DC110V）輸入，通過電壓轉(zhuǎn)換成所需 +24V。為了保證勵磁系統(tǒng)的可靠性， 脈沖電源板是由專業(yè)廠家特制， 按照軍工標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的開關(guān)電源，另外在板件結(jié)構(gòu)上也充分考慮了防電磁干擾、防塵和散熱，通過了嚴(yán)酷的 EMC測試16和高溫濕熱測試。3.3.2系統(tǒng)電源板該板為雙路供電，AC220V、DC220V（或DC110V）輸入，輸出+12V、-12V、+5V各一路用于芯片工作電源，輸出一路+5V用于通信電源，輸出兩路24V用于開關(guān)量輸入輸出電源。為了保證勵磁系統(tǒng)的可靠性， 系統(tǒng)電源板同樣是由專業(yè)廠家特制， 按照軍工標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的開關(guān)電源，另外在板件結(jié)構(gòu)上也充分考慮了防電磁干擾、防塵和散熱，通過了嚴(yán)酷的 EMC測試和高溫濕熱測試。3.3.3CPU板主要功能：CPU板是核心控制板，主要功能有：5V電源變換成1.8V，3.3V供部分芯片使用將模擬信號進行A/D變換采樣部分開入信號根據(jù)A/D采樣的結(jié)果及開入信號邏輯判斷進行控制計算，產(chǎn)生小脈沖根據(jù)邏輯判斷程序發(fā)開出信號測頻及脈沖回讀檢測工作電源檢測雙套切換邏輯和手自動切換邏輯的實現(xiàn)通訊功能核心模塊：核心部分由自動通道和獨立手動通道構(gòu)成。自動通道采用 32bit的ARM芯片和大規(guī)?？删幊炭刂菩酒?FPGA組成控制核心，根據(jù)A/D采樣的結(jié)果及開入信號邏輯判斷進行控制計算， 發(fā)出控制脈沖，并完成數(shù)字信號開出， 測頻及脈沖回讀檢測等功能。32bit的ARM芯片的通訊功能很強，支持以太網(wǎng) 10/100MBase-T、USB2.0等通訊協(xié)議。純手動通道采用 16bit的DSP作為控制芯片，完成模擬量采樣，相關(guān)開入開出信號處理，發(fā)出脈沖等功能。A/D變換：將模擬量板、同步板調(diào)理好的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。自動通道采用 16bit真雙極性、17多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC），該器件僅有 160mW功耗，它比最接近的同類雙極性輸入 ADC的功耗降低了 60%。包含一個低噪聲、寬帶跟蹤保持放大器以便處理輸入頻率高達 8MHz的信號，還具有高速并行和串行接口，從而允許該器件與微處理器（ MPU）或者數(shù)字信號處理器（DSP）連接。然后結(jié)合多路開關(guān)， 同時對一路三相電壓和一路三相電流進行同步采樣， 保證了無功功率測量的準(zhǔn)確性。純手動通道利用 DSP自帶的12bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），對勵磁電流進行采樣。脈沖切換：NES5100勵磁調(diào)節(jié)器正常工作時，自動通道和純手動通道都根據(jù)各自的計算發(fā)出控制脈沖，然后根據(jù)邏輯判斷確定自動通道或是純手動通道的控制脈沖傳送給脈沖放大板。 脈沖切換框圖如圖 3-4。自動通道脈沖脈沖輸出多路開關(guān)手動通道脈沖脈沖切換邏輯圖3-4脈沖切換框圖通訊功能：通訊模塊包括 CANBUS硬件部分和 Ethernet 硬件部分以及 GPS脈沖對時。功能設(shè)定：可通過撥碼開關(guān)來選通以下設(shè)定：內(nèi)部 /外部啟動、自動 /手動、串口選擇、運行 /調(diào)試。3.3.4模擬量板該板的主要功能進行信號調(diào)理， 調(diào)理的信號包括機端電壓、系統(tǒng)電壓、 同步電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流等，調(diào)理過程是將高壓（ 100V）、大電流（5A）信號進行隔離并轉(zhuǎn)換為± 10V電壓信號，然后傳輸?shù)街?CPU板。該板還包括 D/A輸出部分，有 4路12位的D/A輸出。3.3.5同步板同步板的主要功能就是將外部送來的高壓 （100V）左右的同步電壓信號進行變換， 然后傳輸?shù)紺PU板，在本板上，根據(jù)同步頻率和同步接法的不同， 要選擇不同的跳線和不同的阻18容吸收元件的參數(shù)。3.3.6開關(guān)量板該板上有20路開關(guān)量輸入通道，通過光耦隔離輸入； 16路開關(guān)量輸出，經(jīng)過光耦隔離后通過繼電器接點輸出。 開關(guān)量板具有很強的顯示功能， 每一個開關(guān)量的狀態(tài)都可以通過面板上的燈的狀態(tài)來顯示，從而可以直觀地觀察開關(guān)量的狀態(tài)。3.3.7擴展板擴展板位置通常擴展相同的一塊開關(guān)量板，以增加開關(guān)量數(shù)目。3.3.8脈沖放大板該板的主要功能是將 CPU板上形成的小脈沖通過光電隔離及電平轉(zhuǎn)換送至 6片CMOS管放大，然后輸出。脈沖切換繼電器主要控制脈沖是否輸出。 常閉節(jié)點可保證在操作電源消失時仍然能輸出脈沖。 該板的另一功能是將發(fā)出的脈沖進行取樣， 并回讀至主 CPU板，以檢查脈沖是否丟失。脈沖板還包括電源檢測和故障開出功能， 電源檢測用于對系統(tǒng)的 +5V、±12V、24V電源進行檢測，若檢測到本套電源掉電或故障，則立即開出故障進行雙機切換，以保證系統(tǒng)的可靠性。圖3-5為脈沖放大板的原理框圖和視圖：圖3-5脈沖放大板的原理框圖3.3.9背板背板的主要功能是實現(xiàn)各板件之間的數(shù)據(jù)和信號的傳遞。 另外外部進入的信號也通過背板進入插箱，所以在背板上裝有多組端子， 其中包括大電流端子。 所選用的大電流端子可保證誤拔時不會使電流回路開路，避免由此引起的事故。19第四章 調(diào)節(jié)軟件4.1軟件構(gòu)架自動通道軟件組成包括三個方面：嵌入式操作系統(tǒng)、人機交互程序以及勵磁應(yīng)用程序。嵌入式操作系統(tǒng)部分包括操作系統(tǒng)本體， 還包括硬件底層驅(qū)動軟件、 系統(tǒng)任務(wù)配置、系統(tǒng)中斷配置等。 底層驅(qū)動包括 FLASH驅(qū)動、以太網(wǎng)驅(qū)動等。 操作系統(tǒng)提供的多任務(wù)機制中對任務(wù)的控制采用了優(yōu)先級搶占 （PreemptivePriorityScheduling）和輪轉(zhuǎn)調(diào)度（Round-RobinScheduling）機制，充