1、 励磁调节器运行在自动方式和手动方式的基本工励磁调节器运行在自动方式和手动方式的基本工作原理相同，即通过比较测量反馈值与参考值（有别作原理相同，即通过比较测量反馈值与参考值（有别于设定值）的误差，计算出控制电压（自动方式下还于设定值）的误差，计算出控制电压（自动方式下还经过一个欠励限制环节），再经过转子电压反馈产生经过一个欠励限制环节），再经过转子电压反馈产生可控硅的控制角，输出相对于同步电压理想自然换流可控硅的控制角，输出相对于同步电压理想自然换流点有一定相位滞后的触发脉冲。点有一定相位滞后的触发脉冲。励磁调节器自动方式的闭环控制对象为机端电压。当调节器运励磁调节器自动方式的闭环控制对象为机
2、端电压。当调节器运行在自动方式且没有发生欠励限制时，如果发电机的机端电压高行在自动方式且没有发生欠励限制时，如果发电机的机端电压高于参考值，则调节器减小控制电压，进而增大可控硅的控制角，于参考值，则调节器减小控制电压，进而增大可控硅的控制角，使得发电机转子电压下降，减小发电机励磁电流，使发电机机端使得发电机转子电压下降，减小发电机励磁电流，使发电机机端电压回到参考值；如果发电机机端电压低于参考值时，调节器增电压回到参考值；如果发电机机端电压低于参考值时，调节器增大控制电压，进而减小可控硅的控制角，使得发电机转子电压上大控制电压，进而减小可控硅的控制角，使得发电机转子电压上升，增大发电机励磁电流
3、，维持发电机机端电压为参考值。其控升，增大发电机励磁电流，维持发电机机端电压为参考值。其控制简图如图制简图如图1 1所示。图中所示。图中UgsetUgset为发电机机端电压设定值，为发电机机端电压设定值，UgactUgact为发电机端电压实际值，为发电机端电压实际值，UkUk为控制电压，为控制电压，VsVs为励磁电源电压，为励磁电源电压，T T c c为发电机端电压采样时间常数，为发电机端电压采样时间常数，TFTF为发电机励磁电压反馈时间为发电机励磁电压反馈时间常数，常数，PIPI为比例为比例-积分控制，积分控制，TSCRTSCR、TgTg分别为可控硅整流桥等效分别为可控硅整流桥等效时间常数和
4、发电机等效时间常数。时间常数和发电机等效时间常数。-Ugact调差（无功电流补偿）UkUsUgset11+T SC1g1+T S1F1+T SSCR11+T SPI电压控制器欠励限制器过励限制器V/F限制器定子电流限制器MVs图图1 1发电机励磁调节器自动控制原理简图发电机励磁调节器自动控制原理简图 励磁调节器手动调节的闭环控制对象为励磁电流。当调励磁调节器手动调节的闭环控制对象为励磁电流。当调节器运行在手动方式时，如果发电机的励磁电流高于设定节器运行在手动方式时，如果发电机的励磁电流高于设定值，则调节器减小控制电压，既增大可控硅的控制角，进值，则调节器减小控制电压，既增大可控硅的控制角，进而
5、减小发电机励磁电流，使发电机励磁电流回到设定值；而减小发电机励磁电流，使发电机励磁电流回到设定值；如果发电机励磁电流低于设定值时，调节器增大控制电压，如果发电机励磁电流低于设定值时，调节器增大控制电压，既减小可控硅的控制角，增大发电机励磁电流，维持发电既减小可控硅的控制角，增大发电机励磁电流，维持发电机励磁电流为设定值。其控制简图如图机励磁电流为设定值。其控制简图如图2 2所示。图中所示。图中IfsetIfset和和IfactIfact分别表示发电机转子电流的设定值和分别表示发电机转子电流的设定值和实际值。实际值。1SCR1+T SPIFDU-FsetIFsetUk1F1g1+T S1C1+T
6、 S电流控制器1+T SUgI励磁电流限制器VsM图图2 2发电机励磁调节器手自动控制原理简图发电机励磁调节器手自动控制原理简图 功率柜信号功率柜信号功率柜 1功率柜 n功率柜 2初励、灭磁初励、灭磁磁场断路器磁场断路器通道A通道A通道B通道B模拟量板模拟量板开关量板开关量板CPU板CPU板系统电源板系统电源板同步电压板同步电压板脉冲放大板脉冲放大板脉冲电源板脉冲电源板G G负负荷荷开开关关系统PT系统PT励励磁磁变变压压器器转子电流CT转子电流CT励磁PT励磁PT定定子子电电流流C CT T NES5100NES5100励磁调节控制单元以励磁调节控制单元以ARMARM芯片为自动通道计算控制核
7、芯片为自动通道计算控制核心，心，FPGAFPGA为为I/OI/O中心、中心、DSPDSP为纯手动通道计算控制核心，构成了三为纯手动通道计算控制核心，构成了三CPUCPU系统。以系统。以ARMARM为主，配置为主，配置A/DA/D、D/AD/A、FPGAFPGA、ETHNETETHNET、FLASHFLASH、CANCAN、DSPDSP从而构成励磁调节从而构成励磁调节CPUCPU板；加上模拟量板、开关量板、板；加上模拟量板、开关量板、同步板、脉冲放大板，电源板等构成励磁调节控制单元。同步板、脉冲放大板，电源板等构成励磁调节控制单元。外部电流和电压输入经模拟量板的隔离互感器隔离变换后，由外部电流和
8、电压输入经模拟量板的隔离互感器隔离变换后，由低通滤波器输入至模数变换器，经采样处理后，形成各种采集量。低通滤波器输入至模数变换器，经采样处理后，形成各种采集量。控制信号、现场状态信号由开关量板进入，经光电隔离后形成可控制信号、现场状态信号由开关量板进入，经光电隔离后形成可读信号。读信号。输出状态信号由开关量板继电器输出。输出状态信号由开关量板继电器输出。控制脉冲由脉冲板隔离放大后输出。控制脉冲由脉冲板隔离放大后输出。以以ARMARM为中心的为中心的CPUCPU板完成励磁调节器的对外通讯功能，包括板完成励磁调节器的对外通讯功能，包括RS485RS485、RS232RS232、LANLAN等。等。
9、ARMARM和和DSPDSP之间通过串口交换信息。通道之间通过串口交换信息。通道之间通过双之间通过双CANCAN网络通讯，双网络通讯，双CANCAN网络互为热备用。板间通过总线网络互为热备用。板间通过总线背板交换信息，有部分使用背板交换信息，有部分使用SPISPI通讯。框图见图通讯。框图见图3 3 ARM通讯接口DSPFPGA模拟量开出量脉冲切换逻辑脉冲输出开入量UART数据线地址线RS232RS485CAN2LAN同步电压FLASHRAMA/DD/A模拟量输出图图3 NES51003 NES5100励磁调节控制单元硬件框图励磁调节控制单元硬件框图 板件布置板件布置NES5100 NES510
10、0 单通道的单板插件图单通道的单板插件图单板编号单板名称EX01脉冲电源板EX02系统电源板EX03CPU板EX04模拟量板EX05同步电压板EX06开关量板EX07扩展开关量板EX08脉冲放大板软件构架软件构架FCR励磁电流调节AVR自动电压调节Exciter励磁整流桥Generator发电机FCL强励反时限OEL过励磁限制UEL欠励磁限制V/Hz伏/赫兹限制PSS电力系统稳定器励磁电压/电流传感器 自动通道软件组成包括三个方面：嵌入式操作系统、人自动通道软件组成包括三个方面：嵌入式操作系统、人机交互程序以及励磁应用程序。机交互程序以及励磁应用程序。嵌入式操作系统部分包括操作系统本体，还包括
11、硬件底嵌入式操作系统部分包括操作系统本体，还包括硬件底层驱动软件、系统任务配置、系统中断配置等。层驱动软件、系统任务配置、系统中断配置等。人机交互的核心程序主要处理通信任务。人机交互的核心程序主要处理通信任务。励磁应用程序包括两个部分：主流程和控制调节程序。励磁应用程序包括两个部分：主流程和控制调节程序。主流程完成励磁应用程序的初始化以及机组状态的判断等主流程完成励磁应用程序的初始化以及机组状态的判断等功能；控制调节程序完成所有的励磁控制调节功能，确保功能；控制调节程序完成所有的励磁控制调节功能，确保了控制调节的快速和精度。了控制调节的快速和精度。1 1、励磁应用程序主流程、励磁应用程序主流程
12、 主流程完成机组状态的判断以及各状态下的初始化功主流程完成机组状态的判断以及各状态下的初始化功能。程序中，机组状态分为：空闲、等待、开机、停机四能。程序中，机组状态分为：空闲、等待、开机、停机四种状态。程序根据上一次流程判断出机组的运行状态，对种状态。程序根据上一次流程判断出机组的运行状态，对各状态进行相应的初始化，同时再次判断机组状态，以便各状态进行相应的初始化，同时再次判断机组状态，以便下一次流程中使用。主流程框图见图下一次流程中使用。主流程框图见图4 4开始空闲？等待？开机？停机？状态检测结束空闲初始化状态检测等待初始化状态检测开机初始化状态检测状态检测是是是是否否否否图图4 4 主流程
13、框图主流程框图 2 2、励磁应用程序控制调节程序、励磁应用程序控制调节程序 NES5100NES5100励磁调节器的主要任务是维持发电机机端电压励磁调节器的主要任务是维持发电机机端电压水平稳定，从而维持机组的一定的负荷水平，同时对发电水平稳定，从而维持机组的一定的负荷水平，同时对发电机定子和转子侧各电气量的进行测量及限制、保护处理，机定子和转子侧各电气量的进行测量及限制、保护处理，并对自己进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及并对自己进行不断的自检和自诊断，发现异常和故障，及时报警并切换到备用通道。励磁控制调节程序是励磁调节时报警并切换到备用通道。励磁控制调节程序是励磁调节器的核心程序，完
14、成了上述的任务。器的核心程序，完成了上述的任务。高速的交流采样高速的交流采样先进的数字计算方法先进的数字计算方法采样冗余检测采样冗余检测1、软件变送器、软件变送器2 2、电压给定和调节、电压给定和调节PIDPID控制器控制器调差功能调差功能自动跟踪自动跟踪起励起励3 3、限制器、限制器低励限制器低励限制器转子过流过热限制器转子过流过热限制器无功功率过励限制器无功功率过励限制器瞬时强励限制器瞬时强励限制器V/HzV/Hz限制器限制器过欠励限制器过欠励限制器机端电压机端电压取低值取低值电力系统稳定器电力系统稳定器取高值取高值S SAVR 整定值整定值欠励限制器欠励限制器过励限制器过励限制器PID4
15、、保护器、保护器PTPT断线断线过电压保护过电压保护低励保护低励保护过激磁保护过激磁保护5 5、附加控制器、附加控制器PSSPSS 电力系统稳定器（电力系统稳定器（PSSPSS）的目的是通过引入一个附）的目的是通过引入一个附加的反馈信号，增加弱阻尼或负阻尼控制系统的正阻尼加的反馈信号，增加弱阻尼或负阻尼控制系统的正阻尼系数，以抑制同步发电机的低频振荡，提高发电机组系数，以抑制同步发电机的低频振荡，提高发电机组（线路）最大输出能力，有助于整个电网的稳定性。模（线路）最大输出能力，有助于整个电网的稳定性。模型见图型见图5 5图图5 PSS5 PSS模型模型 智能维护和显示系统智能维护和显示系统1
16、1、主界面、主界面智能维护和显示系统智能维护和显示系统主界面主界面智能维护和显示系统智能维护和显示系统2 2、AVRAVR界面界面智能维护和显示系统智能维护和显示系统3 3、AVRAVR界面界面智能维护和显示系统智能维护和显示系统4 4、功率柜界面、功率柜界面智能维护和显示系统智能维护和显示系统5 5、故障日志、故障日志智能维护和显示系统智能维护和显示系统6 6、参数设置、参数设置智能维护和显示系统智能维护和显示系统7 7、机组运行点显示以及、机组运行点显示以及PQPQ曲线设置曲线设置智能维护和显示系统智能维护和显示系统8 8、录波以及分析、录波以及分析智能维护和显示系统智能维护和显示系统9
17、9、采样示波器、采样示波器智能维护和显示系统智能维护和显示系统1010、阶跃试验、阶跃试验智能维护和显示系统智能维护和显示系统1111、模式切换、模式切换12、逻辑组态、逻辑组态空载试验：空载试验：升压逆变灭磁自动/手动切换两套独立调节通道切换阶跃响应V/Hz特性以及限制PT断线试验负载试验：负载试验：发电机无功负荷调整试验给定值整定范围测试试验过励限制功能试验欠励限制保护功能试验 图1 空载5%电压阶跃试验波形 图2 软起励试验波形 图3 电压闭环下A/B套切换试验波形 图4 转子电流5%阶跃试验波形 图5 空载A套PT断线试验B套波形 图6 负载电压闭环下A/B套切换试验波形 图7 负载电压闭环切为电流闭环试验波形 图8 负载下过励试验波形
