微机励磁调节器功能的完善和改进

文章出处：河北工业大学电工厂 贾晓炜 秦 敏 顾颖萌 发布时间：

2006-03-24

从1985年我国第一台微机励磁调节器应用至今，已有10多年了，经过不断的发展和完善，微机励磁调节器以其独有的特点逐渐被人们所接受，在许多发电厂得到应用。本文总结基于可编程控制器的KWLZ型励磁调节器的设计、生产经验，对微机励磁调节器功能的完善和改进作了介绍。 1 励磁调节器功能特点

我国微机励磁调节器生产厂家众多，所用控制主机类型不一，功能也各不相同。但为便于功能扩展，方便应用和调试，应具有以下特点。 1.1 模块化的硬件结构

整机具有模块化结构和功能，具有很好的开放性和可扩展性。用户只需作硬件组态即可组成所需系统。用于励磁调节器的整机应具有多量程电压、电流、温度等模拟量输入/输出和多路开关量输入/输出，采集到的数据只需简单变换就可直接接入微机，采集精度和滤波系数只需在组态中设置。输入、输出都有抗干扰和防误动措施。另外，通信、调试、自检测等软件、硬件都无需自己开发，使用简单、方便，人机界面友好。 1.2 灵活简便的编程方法

通常调节器调试工作繁重复杂，如果有一个友好的调试界面，准确、直观地为调试服务，可以大大减轻现场调试工作和故障查找的工作量。

一台可靠的微机应具有完善的自诊断程序和能可靠动作的“看门狗”，应能检测到运算错误、电源故障或模块的通道故障。 1.3 网络化的通信接口

应能外接可编程调试的微机，可显示数据，修改参数，并具有多种标准的通信接口。

2 对调节器附加功能的一些改进

典型的凸极同步发电机的功率图如图1所示。有些文献中也提到过发电机的功率图(容量曲线)，但与本文图1有不同之处。功率图分为过励区和欠励区，运行点不能超过限制曲线。KWLZ型励磁调节器将限制功能分为过励限制和欠励限制，过励限制由单一的励磁电流限制改为感性定子电流限制和励磁电流过励限制；欠励限制也由单一的P/Q限制改为容性定子电流限制、P/Q限制和最小励磁电流限制。

图1 凸极同步发电机的功率图

Fig.1 Typical power chart of a salient pole

synchronous generator

2.1 过励限制

以励磁电流过励限制为例，传统的模拟调节器中励磁电流过励限制器是定时限制，初期数字式调节器则改为励磁电流与限制时间一一对应的有级限制。限制曲线不平滑，影响了发电机最大出力和限制器运行的稳定性。河北工业大学电工厂在引进ABB公司产品技术的基础上，开发了新的限制器。用励磁电流过励限制计算转子的允许发热量与实际发热量E的差值，差值小于零则限制器动作；以I2的积分来计算转子的发热；以E-C计算散热，C为转子散热常数。如果在转子充分冷却前继续发生强励(即二次强励)，使得转子再次过热，这时E尚未减至零，进入限制要比第一次快。这样设计的限制器模拟了发电机实际的发热过程，由于限制曲线光滑，只需改变允许发热值就可改变限制曲线，适应性更强。 感性定子电流限制器与励磁电流过励限制器原理相同。用这种理论设计出的励磁电流过励限制器和感性定子电流限制器已经投入工业运行，实践证明，它们完全可以模拟实际的发热和散热过程。 2.2 欠励限制

从图1可以看出，欠励限制应该包括容性定子电流限制、P/Q限制、最小励磁电流限制，其中P/Q限制曲线与机端电压有关。过去P/Q限制曲线多采用一条直线或取点查表的方法，为了保证发电机的静态稳定性，不得不很保守地去限制进相运行。KWLZ型调节器中的P/Q限制器按图2所示设计，P/Q限制曲线利用分段线性化将几个点作成一条连续曲线而得到，每一个实际有功值Pact在P/Q限制曲线上对应一个Q值，机端电压为额定值时，实际无功Qact不能小于该值，当机端电压小于额定值时，该曲线向有功轴方向移动，移动距离为：

其中 Uact为实际机端电压值；Xi为内电抗。

因此实际无功Qact不能小于Q-Qcorr，图2中，ΔQ=Q-Qcorr-Qact。

图2 P/Q限制器 FIg.2 P/Q limiter

这种引入发电机定子电压参量设计的发电机进相运行限制器，能可靠地保证发电机在不同工况下的静态稳定性。

另外，当有功接近额定视在功率时，在感性、容性定子电流限制器中加入无功恒零调节功能，以便对发电机的功率运行限制更趋于合理。 2.3 设置励磁监视器

励磁系统是发电机系统的重要环节，调节或限制失败会造成严重后果。励磁监视器可提高调节器的可靠性。进一步完善励磁监视器非常必要。 2.4 电压调节与限制器之间关系

限制器同样采用闭环调节原理，在含有诸多限制器的调节器中，如果按常规办法，每个限制器用独立的PID控制器，则多个PID调节必然增加限制器与调节器之间的跟踪环节和切换条件，增加软件复杂程度和调试难度。因此在KWLZ型励磁调节器中只使用一个PID，如图3所示，从外部看即为多变量输入的单回路PID调节器。根据预设的判定逻辑决定PID的控制对象，使得电压调节与限制器调节一体化，当需要限制时相应限制器控制对象自动取代电压偏差信号，用于PID调节。简化了限制软件和跟踪环节，避免了限制器与调节器之间的切换冲击。