華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)科

WKKL－2000微機(jī)勵(lì)磁

調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)介中國(guó)電力科學(xué)研究院王亮等概述WKKL-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為中國(guó)電力科學(xué)研究院研制、開(kāi)發(fā)并生產(chǎn)的第二代微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。隨著全國(guó)聯(lián)網(wǎng)的不斷深入，我國(guó)

電力系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的作用也更加突出。

WKKL-2000將電科院幾代專家多年電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）研究的成果進(jìn)行了產(chǎn)品化，國(guó)內(nèi)首次成功開(kāi)發(fā)了采用改進(jìn)型

PSS-2A模型的電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）功能，完全解決了采用單一電功率信號(hào)的PSS-1A模型帶來(lái)的“反調(diào)”問(wèn)題。WKKL-2000適用于從三機(jī)勵(lì)磁到自并勵(lì)等各種方式的勵(lì)磁系統(tǒng)，是現(xiàn)代大、中型同步發(fā)電機(jī)理想的勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置。特別適用于200Mw～600Mw三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的改造。一、技術(shù)特點(diǎn)遵于標(biāo)準(zhǔn)，高于標(biāo)準(zhǔn)全面滿足國(guó)標(biāo)和行標(biāo)及發(fā)電公司的安全穩(wěn)定性評(píng)價(jià)要求，性能指標(biāo)全面優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)。采用經(jīng)典PID+PSS控制方式對(duì)于交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)子電壓硬負(fù)反饋提高勵(lì)磁系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，勵(lì)磁系統(tǒng)性能指標(biāo)全面滿足國(guó)標(biāo)和行標(biāo)要求。模型清晰、準(zhǔn)確采用高精度浮點(diǎn)離散化算法，計(jì)算誤差小，精度高。PID及PSS頻率特性（包括幅頻和相頻特性）計(jì)算機(jī)仿真和動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀實(shí)測(cè)結(jié)果比較，在0～10Hz范圍內(nèi)相角誤差小于0.1°，增益誤差小于0.5%。PSS-2A型電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），完全解決“反調(diào)”問(wèn)題。 改進(jìn)型PSS-2A電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模塊在WKKL-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器應(yīng)用，開(kāi)創(chuàng)了國(guó)內(nèi)調(diào)節(jié)器的先河。測(cè)量精度高每周波24點(diǎn)交流采樣，快速傅立葉變換，完全消除零漂等對(duì)測(cè)量精度的影響。14位高速A/D變換器，保證了測(cè)量通道的精度和快速性。強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能具有強(qiáng)大的通訊功能，雙通道及調(diào)節(jié)器及功率柜之間通過(guò)可靠的現(xiàn)場(chǎng)總線CAN-BUS進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)調(diào)控制。每個(gè)控制通道都提供兩個(gè)獨(dú)立、并進(jìn)行隔離的RS232和485接口。非常方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)器與上位管理機(jī)的通訊以及與電廠DCS系統(tǒng)的連接。方便、友好的人機(jī)界面大屏幕液晶顯示器，樹(shù)型菜單結(jié)構(gòu)，方便直觀，支持在線參數(shù)整定，測(cè)量顯示，試驗(yàn)控制等操作，能顯示試驗(yàn)波形和故障波形，以及故障類型和事件SOE。方便實(shí)用的上位機(jī)管理軟件ESM-V1.0為WKKL-2000微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器專門配套使用的上位機(jī)管理軟件，支持勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的的顯示，參數(shù)整定，故障記錄，故障波形顯示，定值報(bào)告，試驗(yàn)報(bào)告的自動(dòng)生成系統(tǒng)及打印輸出。高度集成化硬件設(shè)計(jì)WKKL-2000采用超大規(guī)模邏輯器件CPLD，該器件通過(guò)靈活編程能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的數(shù)十個(gè)芯片組合才能完成的功能，一個(gè)芯片即完成了CPU的所有外圍電路。大大提高了系統(tǒng)的可靠性。國(guó)際先進(jìn)的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制器+可控硅=勵(lì)磁調(diào)節(jié)器WKKL-2000采用標(biāo)準(zhǔn)的6U機(jī)箱，背插結(jié)構(gòu)，使得信號(hào)流流向一致，減少了信號(hào)交叉的影響，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，機(jī)箱采用全封閉結(jié)構(gòu)，機(jī)箱內(nèi)集成了除可控硅外勵(lì)磁調(diào)節(jié)器全部元件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、緊湊。主要板件全部采用多層板，表面貼裝工藝。超強(qiáng)抗干擾能力，100%消除軟故障通過(guò)精心的電路設(shè)計(jì)，合理的處理接地、濾波、屏蔽等方面的細(xì)節(jié)，使得裝置的抗干擾能力達(dá)到嚴(yán)酷等級(jí)Ⅵ級(jí)以上的標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行方式靈活多樣WKKL-2000可以工作在雙柜均流工作方式，也可以工作在主備用工作方式。用戶可根據(jù)具體情況選擇。二、主要功能調(diào)節(jié)及控制功能自動(dòng)運(yùn)行方式即發(fā)電機(jī)恒機(jī)端電壓PID調(diào)節(jié)手動(dòng)運(yùn)行方式即發(fā)電機(jī)恒勵(lì)磁電流PID調(diào)節(jié)自動(dòng)手動(dòng)之間相互跟蹤，實(shí)現(xiàn)各種方式下無(wú)擾動(dòng)切換通道之間相互跟蹤，實(shí)現(xiàn)通道之間無(wú)擾動(dòng)切換發(fā)電機(jī)恒定觸發(fā)角運(yùn)行無(wú)功調(diào)差調(diào)節(jié)，可任意設(shè)置正、負(fù)調(diào)差方向，調(diào)差系數(shù)0-15%任意調(diào)節(jié)，級(jí)差1%

完成發(fā)電機(jī)在空載、負(fù)載等工況下的機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行及無(wú)功的平滑調(diào)節(jié)參數(shù)的在線修改及記錄，保證掉電數(shù)據(jù)不遺失

可通過(guò)串行口或以太網(wǎng)將WKKL-2000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)接入電廠DCS系統(tǒng)，將調(diào)節(jié)過(guò)程中的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送到上位機(jī)，并接受上位機(jī)的控制命令1.10、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）附加控制為了抑制系統(tǒng)的低頻振蕩，本調(diào)節(jié)器具有電力系統(tǒng)穩(wěn)定器功能，采用改進(jìn)型的PSS-2A電力系統(tǒng)穩(wěn)定器的模型，完全解決了單一采用電功率信號(hào)的PSS-1A模型帶來(lái)的反調(diào)問(wèn)題。目前這一技術(shù)已經(jīng)在三峽水力發(fā)電廠成功投入運(yùn)行，取得了明顯的效果，深得三峽電廠和國(guó)調(diào)公司的好評(píng)。PSS具有下列輔助功能：自動(dòng)投切；手動(dòng)投切；輸出限幅，限幅值為發(fā)電機(jī)電壓標(biāo)么值的±5%~±10%；故障時(shí)自動(dòng)退出運(yùn)行。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器有PSS輸出信號(hào)的模擬量測(cè)量口以及PSS相加點(diǎn)模擬量信號(hào)輸入口，方便測(cè)量整定PSS特性。2.

限制和保護(hù)功能PT斷線保護(hù)通過(guò)兩組PT間進(jìn)行比較，或同一PT不同相之間的電壓比較判斷PT斷線，勵(lì)磁PT斷線切手動(dòng)，儀表PT斷線發(fā)信號(hào)。V/Hz保護(hù)（壓/頻保護(hù)）V／Hz是為了防止發(fā)電機(jī)及其出口變壓器出現(xiàn)磁飽和。限制和保護(hù)的原則是：當(dāng)V／Hz＞設(shè)定值時(shí)，閉鎖增磁,發(fā)過(guò)V/Hz信號(hào)，限制增磁。當(dāng)V／Hz＞(設(shè)定值時(shí)+0.05)，面板V／Hz故障指示燈亮，過(guò)V/Hz繼電器動(dòng)作，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)為手動(dòng)方式運(yùn)行。切手動(dòng)1S后，如果V/Hz仍然動(dòng)作，則本通道退出運(yùn)行。當(dāng)頻率大于45Hz，小于47.5Hz，等比例減小自動(dòng)運(yùn)行給定值。當(dāng)頻率低于45Hz時(shí)，立即退出運(yùn)行。2.3

過(guò)勵(lì)限制與保護(hù)過(guò)勵(lì)限制是為了防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組長(zhǎng)期過(guò)負(fù)載而采取的限制勵(lì)磁措施，從轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組發(fā)熱考慮，當(dāng)強(qiáng)勵(lì)時(shí)，其容許的強(qiáng)勵(lì)時(shí)間t是隨發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流Ifd2的大小成反比關(guān)系。If(A)Ifd_max1.1Ifdnt(s)1.5S圖5-4最大勵(lì)磁電流反時(shí)限保護(hù)過(guò)勵(lì)限制和保護(hù)按照下列原則：轉(zhuǎn)子電流Ifd＞Ifd_max時(shí)，延時(shí)1.5秒直接封鎖脈沖退出運(yùn)行.I

f

d_max為菜單整定的瞬時(shí)過(guò)勵(lì)值； I

f

d＞1.1Ifdn、

I

f

d＜1.0Ifdn時(shí)計(jì)算反時(shí)限等效時(shí)間：Heat=∫(Ifd2-

Ifdn2)*t

;Heat_n=

∫(I

f

d_2set-

Ifdn2)*t_set;其中：I

f

d_set:設(shè)定的強(qiáng)勵(lì)倍數(shù);t_set：強(qiáng)勵(lì)時(shí)間；H0：顯示在液晶上，便于監(jiān)視。(c)H0>50%，發(fā)信號(hào)，限制增磁

H0>80%，切手動(dòng)運(yùn)行，并且手動(dòng)運(yùn)行給定值設(shè)為90%I

fd

nH0<10%，復(fù)歸過(guò)勵(lì)信號(hào)

100%HeatHeat_

nH0

2.4

欠勵(lì)限制及保護(hù)III低勵(lì)限制示意圖QPQbQa1.25Qa油開(kāi)關(guān)合閘并且發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，開(kāi)始進(jìn)入欠勵(lì)限制和保護(hù)子程序。如果bP—cQ＞D1（第I條線），欠勵(lì)限制，發(fā)欠勵(lì)信號(hào)同時(shí)閉鎖減磁，自動(dòng)增磁，直到脫離欠勵(lì)限制區(qū)為止，如果由于某種故障造成發(fā)電機(jī)無(wú)法脫離進(jìn)相區(qū)，則在給定值達(dá)到增磁上限增磁速度同手動(dòng)按鈕增磁速度。如果b

P—c

Q＞D2（第II條線），切手動(dòng)。觸發(fā)脈沖丟失的檢測(cè)6個(gè)觸發(fā)脈沖在被CPU重新回讀，進(jìn)行綜合判斷，確定失脈沖的相，并顯示在液晶顯示器上。失一個(gè)脈沖系統(tǒng)發(fā)報(bào)警信號(hào)，失兩個(gè)以上的脈沖自動(dòng)進(jìn)行通道切換。通訊故障檢測(cè)可控硅故障檢測(cè)電源檢測(cè)，監(jiān)視CPU電源和24V操作電源是否正常所有的限制及保護(hù)定值以及每一種保護(hù)的投退均可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行整定3.其它輔助功能3.1故障錄波功能WKKL-2000發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器記錄故障前10秒故障后10秒的測(cè)量數(shù)據(jù)，記錄的量包括，發(fā)電機(jī)電壓UG1，UG2，自動(dòng)給定值

UGREF，手動(dòng)給定值IFREF，觸發(fā)角ARF，有功功率P，無(wú)功功率Q，轉(zhuǎn)子電壓U

f

d

，轉(zhuǎn)子電流I

f

d

，發(fā)電機(jī)頻率F0，本柜輸出電流ILA，它柜輸出電流ILB?；竞w了所有模擬量，故障波形能夠在控制器自帶的液晶顯示器進(jìn)行顯示，也可以通過(guò)串口上傳到筆記本電腦，在EMSV1.0上進(jìn)行顯示，處理并打印。故障錄波的啟動(dòng)方式分為突變量啟動(dòng)和故障啟動(dòng)兩種方式。3.2

試驗(yàn)錄波功能WKKL-2000

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠通過(guò)手動(dòng)啟動(dòng)的方式記錄試驗(yàn)時(shí)的波形，如10%階躍響應(yīng)，滅磁，甩負(fù)荷等波形，記錄時(shí)間為試驗(yàn)啟動(dòng)前1秒，實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)后19秒的時(shí)間，記錄的量同故障錄波。顯示方式同故障錄波。3.3

故障記錄能夠按先進(jìn)先出的原則記錄20次故障發(fā)生時(shí)模擬量采樣值，及故障時(shí)間（精確到毫秒），及故障類型，所有信息均可在液晶顯示或上位機(jī)上進(jìn)行顯示。3.4

事件記錄能夠按先進(jìn)先出的原則記錄20次事件發(fā)生的類型和動(dòng)作時(shí)間（精確到毫秒）例如滅磁開(kāi)關(guān)的分合，通道的投入/退出，運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換等。3.5

強(qiáng)大的通訊功能WKKL-2000采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS協(xié)議，可以通過(guò)靈活的通訊方式，

RS232，RS485，CAN，以態(tài)網(wǎng)進(jìn)行通道之間的通訊以及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與DCS系統(tǒng)或電廠其它監(jiān)控系統(tǒng)的接口。3.6軟件電位器功能所有模擬量的處理回路均取消電位器，改為能夠在菜單上整定的軟件電位器，調(diào)試工作由此變的更加輕松靈活。3.7

強(qiáng)大試驗(yàn)功能通過(guò)控制器上的鍵盤操作，方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)器的各項(xiàng)試驗(yàn)，如開(kāi)關(guān)量傳動(dòng)試驗(yàn)、過(guò)勵(lì)限制、欠勵(lì)限制、階躍響應(yīng)試驗(yàn)、PSS的有補(bǔ)償試驗(yàn)，PSS無(wú)補(bǔ)償試驗(yàn)，交流勵(lì)磁機(jī)時(shí)間常數(shù)試驗(yàn)等，并能進(jìn)行自動(dòng)錄波。3.8

完善的勵(lì)磁系統(tǒng)管理軟件ESMV1.0，通過(guò)此軟件完成勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示，故障記錄，波形分析，試驗(yàn)向?qū)?，?bào)告生成，數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳，遠(yuǎn)程診斷等功能。三、技術(shù)指標(biāo)CPU類型：32位高速DSP芯片可控硅控制角α分辨率：0.0048度/碼A/D

轉(zhuǎn)換量分辨率：2-14，16

路。控制計(jì)算調(diào)節(jié)速度：3.3

毫秒調(diào)壓范圍：5%～130%調(diào)壓精度：<0.5%移相范圍：10～150

度。上下限值可設(shè)置調(diào)差：軟件無(wú)功調(diào)差、正負(fù)大小任選級(jí)差為±1%。工作方式：雙柜均流（三機(jī)系統(tǒng)），主備用（自勵(lì)方式）勵(lì)磁系統(tǒng)裝設(shè)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），其有效頻率范圍為0.1-2.5Hz。勵(lì)磁系統(tǒng)的年強(qiáng)行退出率不大于0.05％開(kāi)關(guān)量輸入輸出:20路光電隔離輸入；20路開(kāi)關(guān)量輸出，其中4路光電隔離輸出，16路繼電器輸出。觸發(fā)脈沖：可供三相全控整流橋用的六相雙脈沖，脈沖寬度100uS,可同時(shí)觸發(fā)5組以上并聯(lián)運(yùn)行的三相全控橋。D/A輸出：2路隔離的D/A轉(zhuǎn)換器，每一路D/A輸出均可以在菜單具體選擇要輸出的變量。頻率特性：頻率每變化1%，發(fā)電機(jī)端電壓變化不大于額定值的±0.25%。整定值調(diào)節(jié)速度：可編程，滿足不大于1%每秒，不少于0.3%每秒。 在空載額定電壓情況下，當(dāng)發(fā)電機(jī)給定階躍為±10%時(shí)，發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量小于階躍量的30%，振蕩次數(shù)小于2次，調(diào)節(jié)時(shí)間小于5秒。 當(dāng)發(fā)電機(jī)零起升壓時(shí)，機(jī)端電壓超調(diào)量不超過(guò)額定電壓的10%，振蕩次數(shù)小于2次，調(diào)節(jié)時(shí)間小于5秒四、滿足的技術(shù)要求勵(lì)磁系統(tǒng)的基本技術(shù)條件符合GB/T7409.3―1997《大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求》、DL/T843-2003《大型汽輪發(fā)電機(jī)交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》等標(biāo)準(zhǔn)的要求。勵(lì)磁系統(tǒng)滿足發(fā)電機(jī)在各種運(yùn)行工況（包括發(fā)電、并網(wǎng)、零起升壓以及向110kV空載線路充電、進(jìn)相）下穩(wěn)定、安全運(yùn)行的要求。勵(lì)磁系統(tǒng)保證當(dāng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流和電壓為發(fā)電機(jī)額定負(fù)載下勵(lì)磁電流和電壓的1.1倍時(shí)，能長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓響應(yīng)時(shí)間在電壓上升(強(qiáng)行勵(lì)磁)時(shí)不大于0.08秒，在電壓下降(快速減磁，由最大勵(lì)磁電壓減小到零)時(shí)不大于

0.15秒。在發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行情況下，頻率值每變化1%，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化值不大于額定值的±0.25%。當(dāng)勵(lì)磁電流在小于1.1倍額定勵(lì)磁電流下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁繞組兩端電壓的最大值不超過(guò)在交接驗(yàn)收時(shí)該繞組對(duì)地耐壓試驗(yàn)電壓的30%，在任何情況下