一、勵磁調節(jié)器的原理及發(fā)展（一）電壓調節(jié)的原理按調節(jié)原理可分為反饋型和補償型。用負載電流補償勵磁的方法稱為復式勵磁。發(fā)電機的電壓卻不僅與負載電流有關，而且還受負載功率因數的影響。因此，勵磁補償需同時計及負載電流和功率因數這兩個因素才為合理。這種既反映電流大小反映電流相位的復式勵磁為相位復式勵磁。第五節(jié)勵磁調節(jié)裝置原理復式勵磁－補償式勵磁調節(jié)器采用對擾動量進行補償的調節(jié)方式，為補償型勵磁調節(jié)器。典型的為復式勵磁裝置。與反饋型調節(jié)器配合使用，可以減輕反饋控制系統(tǒng)的負擔，加快調節(jié)速度。復式勵磁裝置也可單獨使用，典型的為電磁型復式勵磁裝置1.復式勵磁原理(1)復式勵磁原理當If不變,Ut將隨感性負荷電流的變化而變化,因為感性電流產生的去磁電樞反應而引起Ut的變化.因此當I發(fā)生變化,要維持Ut在給定范圍,可采用發(fā)電機復勵的概念,將一個于發(fā)電機負荷電流成比例的電流經整流后作為附加勵磁電流(即復勵電流)加入勵磁,從而達到改善端電壓變化的目的.負荷電流對應電壓調節(jié)來講是一個干擾量,而復式勵磁電流是一種補償作用,因此這種調節(jié)稱為反干擾量的補償式調節(jié).(2)復式勵磁裝置框圖輸入為負荷電流Ia經復勵裝置后,得IfL作為勵磁電流IRC的補充整個系統(tǒng)的輸出為Ut形成一個開環(huán)的補償調節(jié)系統(tǒng).因此,從原理上講不能保證任意電的電壓調節(jié)質量.圖2-21復式勵磁裝置裝置框圖UtIRCIfLIaIef

=IfL+IRCIef2.電磁型復式勵磁裝置Ia是交流,IfL直流I1

∝Ia,IfL∝

I1

Ief

=IfL+IRC當Ia↑Ut↓If↑,而Ia↑IfL↑Ief↑,補償了因Ia↑導致的Ut↓,I1改變FZB的變比及調節(jié)RfL大小可改變補償性能。投切裝置:RfL=0時,IfL=0,裝置平滑切除。3.復式勵磁的優(yōu)缺點及改進導致發(fā)電機端電壓變化的原因，除了負荷電流外，還與功率因數、溫度等因素有關。復式勵磁是補償式調節(jié)，不檢測補償后，電壓是否恢復到容許范圍。要配合直接反應端電壓變化的調節(jié)器，才能得到較好的電壓調節(jié)質量。稱為電壓校正器。復式勵磁不能補償所有因素引起的電壓變化，運行中必須采用反饋型的電壓校正器，才能滿足電壓水平的要求。電網中一般都采用反饋型電壓調節(jié)器。（二）勵磁調節(jié)器的發(fā)展及分類機械式機電型磁放大器電磁型電子模擬放大器電子型CPU存儲邏輯數字型20世紀初1950s’1960s’1980s’8/462023/7/26機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數字型勵磁調節(jié)器

機電型勵磁調節(jié)器的任務是調節(jié)電壓，其調節(jié)線圈中的電流與發(fā)電機電壓成正比，調節(jié)線圈中產生的磁場力作用于變阻器，從而改變勵磁機磁場電阻以達到調節(jié)電壓的目的。由于它操作中需要克服摩擦力，故而具有不靈敏區(qū)9/462023/7/26機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數字型勵磁調節(jié)器

電磁型勵磁調節(jié)器是以磁放大器為基礎，構成電磁型電壓調節(jié)器，各個單元均由電磁單元構成，時間常數較大，但是可靠性高，任務是維持電壓水平和無功功率分配10/462023/7/26機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數字型勵磁調節(jié)器

電子型勵磁調節(jié)器是以電子元件為基礎所構成的，沒有時間滯后，綜合放大能力強，發(fā)展成為“對勵磁系統(tǒng)具有多種綜合控制調節(jié)能力的勵磁調節(jié)器”?；旧嫌伞罢{差”“測量比較”“綜合放大”“移相觸發(fā)”等單元組成，實現電壓調節(jié)和無功負荷分配等基本調節(jié)功能11/462023/7/261勵磁調節(jié)器的發(fā)展歷程機電型勵磁調節(jié)器電磁型勵磁調節(jié)器電子型勵磁調節(jié)器數字型勵磁調節(jié)器

數字型勵磁調節(jié)器實質上是一臺專用的微型計算機勵磁控制系統(tǒng)，核心是主機，主機通過總線、接口電路與具體的控制對象的過程通道連接，采集發(fā)電機組的運行狀態(tài)信息，輸出脈沖調節(jié)勵磁功率單元（晶閘管），實現對發(fā)電機勵磁的綜合調節(jié)控制。勵磁調節(jié)裝置原理圖為300MW三機勵磁系統(tǒng)勵磁調節(jié)器圖為600MW發(fā)電機自并勵勵磁系統(tǒng)人—機接口調節(jié)控制輸出勵磁調節(jié)裝置原理基本控制電壓調節(jié)無功分配輔助控制瞬時電流限制最大勵磁電流限制最小勵磁電流限制電壓頻率保護失磁監(jiān)控勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS等等數字式勵磁調節(jié)器硬件+軟件信息采集單元主控制單元二、數字式勵磁調節(jié)器原理（一）數字式勵磁調節(jié)器框圖15/462023/7/26數字式勵磁調節(jié)器的基本構成1主機（主控單元）4人——機接口2信息采集單元3調節(jié)控制輸出單元裝有系統(tǒng)軟件、應用軟件等,是微機勵磁調節(jié)器微機硬件16/462023/7/261.主控單元（主機）CPU部分總線接口存儲器部分17/462023/7/26CPU部分總線接口存儲器部分

主控單元可以通過總線采集發(fā)電機組的運行信息，存入存儲區(qū)形成實時數據庫，主機可以從實時庫中調取相關信息進行調節(jié)計算、邏輯判斷等各種控制功能。

在數字型勵磁調節(jié)器上增設輔助控制功能無需增加特定的硬件設備，這是與電子型相比的最顯著的區(qū)別。ROM/RAM中央處理單元CPU部分總線接口存儲器部分ROM/RAM中央處理單元數字處理芯片DSP，高速提高乘除法、函數、浮點運算速度是一個128KB的EPROM。固化大容量的內存支持顯示設備系統(tǒng)集成19/462023/7/262.信息采集單元電壓調節(jié)/無功功率分配勵磁系統(tǒng)穩(wěn)定器電力系統(tǒng)穩(wěn)定器勵磁系統(tǒng)限制器采集發(fā)電機電壓、電流及反映機組運行的開關量采集發(fā)電機頻率和勵磁機電流等模擬/數字量過程通道A/D轉換和數字量輸入總線接口CPU(1)模擬量信息采集電路模數轉換電路是把采樣輸入的模擬信號量轉換為二進制數字量，使之反映測量值的大小。A/D轉換模板的規(guī)格很多，有低速、高速、8位、12位等。技術指標如下：分辨率、量程、轉換時間、轉換精度1）A/D轉換模板電路21/462023/7/26發(fā)電機的電壓過程通道：將TV二次側輸出的100V再經過中間變壓器TMV轉換為A/D的量程以內，同時也起到了電氣隔離的作用。發(fā)電機的電流過程通道：將TA二次側的5A轉換為A/D所能接受的電壓信號(中間變流器或者霍爾元件傳感器等)，且在其量程以內，也起到了電氣隔離的作用2)模擬量輸入通道發(fā)電機電壓/電流過程通道TATMVTV22/462023/7/26勵磁電流（轉子電流）過程通道直接測量法：將直流/直流變送器串入轉子回路中,將直流電流轉換為直流電壓間接測量法：全控整流橋的交流側電流與轉子直流電流(電壓)成正比，因此，經過TA測量出交流側電流而間接得到轉子電流恒勵磁電流運行、瞬時電流限制、過勵保護和欠勵限制23/462023/7/26濾波電路:兩種a.直流采樣濾波電路：保證直流成分，去掉諧波成分b.交流濾波電路:提取有用信號，濾出諧波和直流等常用濾波電路型式：巴特沃思、鍥比雪夫、貝塞爾1.橋式濾波：①對交流:若保持R1/R2=Z3/Z4,橋平衡,則輸出Uab=0,即該電壓被濾掉,六相選f=600Hz②對直流:C1隔直U1

=Ua輸出選R2?R4,會使直流電壓有很小的衰減2.兩級RC濾波器濾去殘余高次諧波分量a.直流采樣濾波電路：交流采樣方法：和直流濾波一樣采用低通濾波處理有源濾波電路進行濾波處理軟件濾波無論哪種方法都因有電容、電感元件會導致交流采樣信號相位的偏差。電流、電壓相位是非常重要的信息，例如無功計算。方法的軟件算法中可以對相位偏差進行補償。b.交流濾波電路圖3-56有源濾波電路+-CR（2）數字量輸入通道及A/D數據采集數字量采集電路:采集斷路器狀態(tài)、操作盤上開關狀態(tài)、輸入調節(jié)量增/減控制信息和輸入調節(jié)量的增減控制信號等。這些狀態(tài)信息和控制信號轉換成相應的高低電平信號后，由接口電路的光隔離器數字式輸入接至總線。光電隔離器是以光為媒介傳輸電信號的器件，如圖示。當輸入端有電壓信號使發(fā)光二極管發(fā)光時，受光器即產生光電流從輸出端流出，實現了“電—光—電”轉換的單向信號傳遞，實現了輸入輸出間電氣完全隔離，抗干擾能力強，廣泛應用于微機接口電路。雙通道主機間的通信業(yè)可以采用高速多位數字輸入/輸出模塊，用并行傳送方式快速交換信息。3-57光電隔離器典型應用A/D轉換接口電路主要是將模擬信號轉換為計算機可以接受的二進制數字信號AD主要技術指標：分辨率、量程、轉換時間、轉換精度。A/D轉換板接口電路由模擬多路切換開關MUX、程控放大器、采樣保持器S/H、A/D轉換器和定時與邏輯控制等部件構成。3.調節(jié)和控制輸出單元勵磁調節(jié)器輸出的調節(jié)量為控制勵磁功率單元的移相觸發(fā)脈沖，輸出的控制信號有保護跳閘觸點信號、報警信號等。（1）移相觸發(fā)單元移相觸發(fā)單元的任務：為了使全控（半控）整流橋正常工作，需要使晶閘管按照一定的次序導通，也就需要按照一定的次序對晶閘管門極施加觸發(fā)脈沖。移相觸發(fā)單元產生可調相位的脈沖，去觸發(fā)晶閘管，使其觸發(fā)角α能夠隨著主控單元輸出的控制數據而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調節(jié)發(fā)電機勵磁電流。整流電路中觸發(fā)回路與主電路的相位配合問題：三相全控橋，共陰極型的晶閘管元件只有在陽極電位最高區(qū)段才有可能導通。因此觸發(fā)脈沖應該在這一區(qū)段發(fā)出,三相觸發(fā)脈沖按+A、+B、+C相順序依次相隔120°發(fā)出。共陽極型的晶閘管元件只有在陰極電位最低區(qū)段才有可能導通。因此觸發(fā)脈沖應該在這一區(qū)段發(fā)出,三相觸發(fā)脈沖按-C、-A、-B相順序依次相隔120°發(fā)出。這樣三相觸發(fā)脈沖順序應按+A、-C、+B、-A、+C、-B相順序依次相隔60°發(fā)出。移相觸發(fā)單元的要求：1）觸發(fā)脈沖移相范圍要求符合相應的可控整流電路的要求。0～180°，電感性負載受最小逆變角限制，0～155°.2）觸發(fā)脈沖具有足夠的功率使晶閘管可靠地導通3）觸發(fā)脈沖上升沿要陡（10微秒），要有一定的寬度，多只元件串聯、并聯。失控。要求觸發(fā)脈沖寬度應不小于100μs，通常為1ms，相當于50Hz正弦波的18°。對三相全控橋式整流電路，要求觸發(fā)脈沖寬度大于60°或者用雙脈沖觸發(fā)。4）觸發(fā)單元與主電路相互隔離以保證安全5）在整個移相范圍內保證各相的觸發(fā)脈沖控制角α一致，否則會增加諧波。一般在三相半控橋式整流電路中各相觸發(fā)脈沖的相角偏差應小于10°,在三相全控橋式整流電路中相角偏差不大于5°。31/462023/7/26

1）同步整形電路：將同步變壓器二次側電壓整形成方波，其上升沿作為控制角的計時起點。數字/脈沖移相接口電路移相觸發(fā)單元的構成寬度180°的方波上升沿對應自然換相點1、2、3、4、5、6三相全控橋陽極電壓和自然換流點同步變壓器的一次側電壓Uac與晶閘管的陽極電壓Uac同相位?！ぁ?2/462023/7/26

把主控制單元輸出的數字量D數據裝入到計數寄存器，同步電壓經過隔離、電平轉換，在電壓過零點處形成正脈沖，加到Gate端，上升沿時計數器開始計數（作減法），計數結束時輸出端的低電平信號經過轉換后形成觸發(fā)脈沖輸出，他與同步電壓過零點間的相差的時間就是相移角α。2）數字/脈沖移相接口電路：三部分組成數字量D移相原理是把觸發(fā)角α換算成對應的延時tα，再則算成對應的計數脈沖個數DT——為晶閘管交流電源的周期。fc——為可編定時計數器8253計數脈沖的頻率。如果已知控制角α，就可求得計算機的寫入數據D。例子：兩個8253芯片，輸出六個觸發(fā)脈沖三相全控橋的雙脈沖觸發(fā)，脈沖間隔為60°。微分電路微分電路微分電路126…窄脈沖1窄脈沖6窄脈沖235/462023/7/26

3）整流器接口電路（中間脈沖放大）：作為觸發(fā)脈沖的輸出端口，在控制單元和門極驅動接口之間實現光電電氣隔離，具有測量整流橋輸出電流，并監(jiān)視橋臂電流和部件運行狀態(tài)，如熔斷器、溫度等。

4）門極驅動電路（末級脈沖放大）：用于放大脈沖，使之與晶閘管觸發(fā)水平相匹配，一般門極驅動接口單元含有全控橋晶閘管數量相等的名稱脈沖變壓器。門極驅動電路輸出的脈沖應具有足夠的功率，脈沖具有一定的陡度、幅度和寬度。對于不同機組，其脈沖形成部分是相同的，功率放大部分依據機組容量大小和功率柜的不同要求有所不同。微機發(fā)出的數字脈沖信號是TTL電平(晶體管-晶體管邏輯電平)，不能直接出發(fā)晶閘管，因此都有脈沖放大環(huán)節(jié)。微分電路微分電路微分電路126…窄脈沖1窄脈沖6窄脈沖237/462023/7/264.人——機接口人—機接口滿足：1、程序調試2、參數設定與維護3、運行操作不同人員的不同要求：(1)程序調試：是軟件專職人員的工作，用計算機常規(guī)外圍設備，如鍵盤、鼠標、CRT顯示器。打印機等設備，且在特定環(huán)境下工作。(2)參數設定與維護：是電廠技術人員的工作，有一定的專業(yè)知識，在指定端口做修改參數操作。(3)運行操作：是值班運行人員增減勵磁電流操作，根據調節(jié)器運行面板顯示信號作投入、退出、切換等必要的操作，要求信號醒目、明確、容易判斷。39/462023/7/263調節(jié)控制的數學模型PID調節(jié)控制的算法方程式：PID差分變換的離散方程式：40/462023/7/26PID調節(jié)位置式增量式

增量式PID調節(jié)算法與位置式并無本質區(qū)別，由于輸出增量，計算誤差或精度對控制量影響較小，控制作用不會發(fā)生大幅度的變化，而且輸出只與最近幾次采樣值有關，容易獲得較好的控制效果41/462023/7/26勵磁調節(jié)器的基本調節(jié)方式1、電壓調節(jié)（比例式調節(jié)方式）2、電壓調節(jié)附加無功功率分配42/462023/7/264勵磁調節(jié)器的輔助控制勵磁調節(jié)系統(tǒng)輔助控制滿足：1、發(fā)電機在進相運行時，發(fā)電機最小勵磁電流值應該限制在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限和發(fā)電機定子端部發(fā)熱允許的范圍內，為此需要設立“最小勵磁限制器”2、為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，勵磁系統(tǒng)具有高起始響應特性，勵磁電流過大，則會危及發(fā)電機的安全，故而需要限制強勵頂值電流，為此需要設置“瞬時電流限制器”輔助控制與正?？刂频膮^(qū)別在于：輔助控制不參與正常調節(jié)，僅在發(fā)生非正常工況時，特定的限制輔助功能才起作用。輔助控制包括：瞬時勵磁電流控制、最大勵磁限制器、最小勵磁限制器電壓/頻率限制與保護、發(fā)電機失磁監(jiān)控43/462023/7/26(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——定轉子熱極限定子電流限制：轉子電流限制：44/462023/7/26(0)發(fā)電機運行狀態(tài)－端部熱極限電樞端部熱極限：疊片渦流，進相時，漏磁通增加更加明顯45/462023/7/26(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限aSMIB46/462023/7/26(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限b47/462023/7/26(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限c穩(wěn)定極限δ＝90o48/462023/7/26(0)發(fā)電機運行狀態(tài)——靜態(tài)穩(wěn)定極限d49/462023/7/26發(fā)電機失磁保護-機端測量阻抗判據機端測量阻抗判據等有功圓靜穩(wěn)極限圓RjX-jXd-jXd’jXsP1P2aa?bb’cc?阻抗靜穩(wěn)極限圓PQ靜穩(wěn)極限圓等價否？50/462023/7/26兩個靜穩(wěn)極限圓——等價關系阻抗靜穩(wěn)極限圓PQ靜穩(wěn)極限圓等價否？51/462023/7/26（1）瞬時勵磁電流控制

為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求，大容量發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)必須具有高起始響應的性能。

通常采用高勵磁頂值的方法來提高勵磁機輸出電壓的起始增長速度(斜率大)高值勵磁電壓將會危及勵磁機及發(fā)電機的安全，為此設置了“瞬時勵磁電流控制器”具體控制——當勵磁電流超過發(fā)電機允許的勵磁頂值，立即限制勵磁電流為52/462023/7/26（2）最大勵磁限制器最大勵磁限制是為了防止轉子繞組長時間過勵磁而采取的措施。為了保證發(fā)電機轉子發(fā)熱的安全，勵磁系統(tǒng)強勵時間不允許超過規(guī)定值。若超過允許時間，勵磁電流仍然降不下來，則執(zhí)行最大勵磁限制。他有兩個設定值：1、強勵頂值電流限制值

2、連續(xù)運行允許的過熱限制值轉子電壓標么值允許時間(s)轉子電壓標么值允許時間(s)1.121201.46301.25602.081053/462023/7/26（2）最大勵磁限制器(OEL)

只要勵磁電流超過過熱限制值，勵磁調節(jié)器就會啟動一個過熱電力積分器：勵磁電流限制值為調節(jié)器按恒勵磁電流運行勵磁電流限制值為調節(jié)器按恒勵磁電流運行54/462023/7/26（3）最小勵磁限制器(UEL)Q增加（AC）失去穩(wěn)定穩(wěn)定極限考慮裕度的穩(wěn)定極限P增加（AB）失去穩(wěn)定需要增加最小勵磁限制55/462023/7/26（3）最小勵磁限制器(UEL)發(fā)電機在實現欠勵限制時，考慮留有一定的穩(wěn)定儲備后，限制值為一直線調節(jié)器發(fā)出欠勵限制信號，勵磁電流不再減少56/462023/7/26UEL考慮的三個限制欠勵限制器失磁繼電器小信號穩(wěn)定靜態(tài)極限過勵欠勵容量極限57/462023/7/26（4）電壓/頻率限制與保護U/f比超過限制值的原因：1、發(fā)電機甩負荷或者解列2、發(fā)電機組啟動時誤投勵磁開關3、系統(tǒng)故障使頻率降低在規(guī)定的時間內，仍然，則跳主開關滅磁延時滅磁。限制限制磁通限制器：防止發(fā)電機/變壓器鐵心過熱NorthChinaElectricPowerUniversity58/462023/7/26（5）發(fā)電機失磁監(jiān)控

發(fā)電機“失磁”是指發(fā)電機在運行中全部或者部分失去勵磁電流，使轉子磁場減弱或者消失，這是發(fā)電機運行中可能發(fā)生的一種故障狀態(tài)。造成發(fā)電機失磁的原因：1、勵磁開關誤跳閘2、勵磁機或晶閘管勵磁系統(tǒng)元件損壞或發(fā)生故障3、自動滅磁開關誤跳閘4、轉子回路某處斷線及誤操作發(fā)電機組均配置有失磁保護，還設置了失磁監(jiān)視功能NorthChinaElectricPowerUniversity59/462023/7/26發(fā)電機失磁保護低電壓判據逆無功判據機端測量阻抗判據等有功圓靜穩(wěn)極限圓RjX-jXd-jXd’jXsP1P2aa?bb’cc?60/462023/7/265數字式勵磁調節(jié)器的可靠性1、主控單元雙重化配置2、勵磁功率單元雙重化3、勵磁電流測量雙重化4、雙電源配置5、TV/TA的雙重化可靠性提高多少？(1)單套(2)雙套不切換(3)雙套切換61/466數字式勵磁調節(jié)器的軟件時間安排：一個周期內,考慮裕度18ms62/466數字式勵磁調節(jié)器的軟件過勵判斷63/46小結1、勵磁調節(jié)器發(fā)展過程的幾個形式及其特點2、數字式勵磁調節(jié)器的基本構成3、PID調節(jié)算法（位置式和增量式）4、勵磁調節(jié)器的基本調節(jié)算法5、瞬時勵磁電流控制6、最大勵磁限制7、最小勵磁電流限制8、電壓/頻率限制9、發(fā)電機失磁10、數字式勵磁調節(jié)器的運行軟件二、數字式勵磁調節(jié)器原理（二）控制的數學模型

1.PID模型:離散化為

二、數字式勵磁調節(jié)器原理控制的數學模型增量式PID調節(jié)增量式PID調節(jié)的優(yōu)點是，因為數字調節(jié)器只輸出增量，所以計算誤差或精度對控制量影響較小，控制的作用不會發(fā)生大幅度變化。且增量算式只與最近幾次采樣值有關，容易獲得較好的控制效果。二、數字式勵磁調節(jié)器原理2基本調節(jié)方