1、GEX-2000發電機勵磁調節器技術說明書北京科電億恒電力技術有限公司58GEX-2000 發電機勵磁調節器技術說明書 目 錄第一章 前 言1第二章 裝置主要特點22.1 裝置特點22.2 裝置適用范圍4第三章 主要功能及技術指標73.1 裝置主要功能73.1.1 調節及控制功能73.1.2 限制和保護功能83.1.3 其它輔助功能83.2 主要技術指標93.2.1 模數轉換器輸入參數93.2.2 開關量輸入輸出容量103.2.3 輸出參數：103.2.4 網絡接口103.2.5 電源參數103.2.6 指標參數11第四章系統配置124.1 電氣配置124.1.1 勵磁系統框圖124.1.2

2、輸入輸出接口示意圖124.1.3 硬件組成134.1.4 軟件組成134.2 結構配置134.2.1 機柜構成134.2.2 分層介紹14第五章 基本原理195.1 基本原理195.2 單板原理205.3 軟件說明235.3.1 主調度程序245.3.2 中斷程序24第六章鍵盤、顯示及操作316.1 鍵盤操作說明316.2 主畫面顯示326.3 主菜單顯示336.3.1 測量顯示346.3.2 參數設置356.3.3 保護投退396.3.4 開入狀態396.3.5 傳動試驗406.3.6 系統試驗416.3.7 故障追憶416.3.8 故障波形426.3.9 事件記錄436.3.10 精度調整

3、436.3.11 機組參數446.3.12 系統設置446.3.13 試驗選項456.3.14 其它試驗46第七章 上位機監控程序477.1 主畫面477.2 狀態顯示487.3 故障記錄及SOE507.4 參數設置507.5 波形分析527.6 試驗功能527.7 系統選項53附錄一： DCS 關于勵磁系統設計指南54附錄二： 開停機步驟及注意事項55附錄三： PSS 試驗方法及試驗步驟57第一章 前 言 GEX-2000 微機勵磁調節器為依托中國電力科學研究院的技術，由北京科電億恒電力技術有限公司研制、開發并生產的新一代微機勵磁調節器。它具有完善的調節、控制及限制保護功能，并且在計算速度、

4、抗電磁干擾、可靠性以及使用的方便性上都有了很大的提高。GEX-2000適用于從100MW以上從三機勵磁到自并勵等各種方式的可控硅勵磁，是現代大、中型同步發電機理想的勵磁調節裝置。 GEX-2000 發電機勵磁調節器采用美國TI公司最新的高速32位DSP作為核心，配以大規模的可編程邏輯器件CPLD作為輔助元件，將控制系統基本縮小為一個片上系統，大大提高了系統的可靠性。同時外掛的平板機和大屏幕液晶顯示器將人機交互提高到了一個更新的高度，給用戶的使用提供了極大的方便。 值得一提的是，隨著全國聯網的基本完成，電力系統穩定的要求對勵磁系統提出了更高的指標。GEX-2000采用改進型的PSS-2A 電力系

5、統穩定器的模型，完全解決了單一采用電功率信號的PSS-1A模型帶來的反調問題。目前這一技術已經成功投入運行，取得了明顯的效果。 本說明書主要介紹了GEX-2000 發電機勵磁調節器的功能、特點、工作原理等，以便用戶有一個更全面、詳細的了解。本手冊有關技術文件：（1） GEX-2000發電機勵磁調節器邏輯原理圖（2） GEX-2000發電機勵磁調節器裝置配線圖（3） ESM V1.0 發電機勵磁系統管理軟件包使用說明第二章 裝置主要特點GEX-2000 微機勵磁調節器作為新一代微機勵磁產品，它是將勵磁系統的最新研究成果與第一代勵磁調節器的多年運行經驗相結合，并充分應用了最新的計算機控制技術、數字

6、信號處理器（DSP）技術和先進的網絡與通訊技術而研制成功的更新換代產品。2.1 裝置特點GEX-2000具有以下特點：1、 模型清晰、準確GEX-2000勵磁控制系統采用串聯校正加轉子電壓硬負反饋，所采用的計算模型均經過計算機仿真和動態信號分析儀實測證明該模型在離散化過程中誤差小，精度高。2、 PSS-2A模型國內首家研制成功經過多年研制成功的改進型PSS-2A電力系統穩定器模塊在GEX-2000微機勵磁調節器應用，開創了國內調節器的先河，使得GEX-2000微機勵磁調節器更有利于提高勵磁系統對電力系統穩定的貢獻。3、 測量精度高GEX-2000 發電機勵磁調節器采用每周波24點交流采樣，快速

7、傅立葉變換，完全消除了零漂等對測量精度的影響，同時采用高速14位A/D變換器，保證了測量通道的精度和快速性。4、 強大的網絡功能GEX-2000 發電機勵磁調節器具有強大的通訊功能，雙通道、調節器及功率柜之間通過可靠的現場總線CAN-BUS進行連接，實現數據共享和協調控制。每個控制通道都提供兩個獨立并進行隔離的RS232和485接口，非常方便的實現調節器與上位管理機的通訊以及與電廠DCS系統的連接。5、 方便、友好的人機界面GEX-2000 發電機勵磁調節器采用大屏幕液晶顯示器（240*128），采用樹型菜單結構，方便直觀，可以結合鍵盤進行參數整定、測量顯示、試驗控制等功能，并能在此屏幕上顯示

8、試驗波形和故障波形，以及故障類型和事件SOE。同時選用ESM-V1.0軟件包可以在上位機上更加方便的實現上述功能。6、 方便實用的上位機軟件ESM-V1.0為GEX-2000微機勵磁調節器專門配套使用的上位機管理軟件，該軟件實現了勵磁系統實時數據的的顯示、參數整定、故障記錄、歷史趨勢曲線顯示、故障波形顯示、定值報告、試驗報告的自動生成系統及打印輸出等系統性功能。7、 國內速度最快的勵磁調節器GEX-2000 采用美國TI公司的32位DSP產品，最高速度可達150MHz，DSP強大的數據處理能力及快速的浮點計算為勵磁調節器模型的精準數字化和勵磁調節器其它輔助功能的實現提供了保證。8、 高度集成化

9、的硬件設計GEX-2000 采用超大規模邏輯器件CPLD，該器件通過靈活編程能實現傳統的數十個芯片組合才能完成的功能，一個芯片即完成了CPU的所有外圍電路。硬件的簡單大大的減少了裝置的故障點，提高了系統的整體可靠性。9、 美觀實用的機箱設計和先進、規范的生產工藝GEX-2000 采用標準的4U機箱，背插結構，使得信號流流向一致，減少了信號交叉的影響，提高了系統的抗干擾能力，機箱采用全封閉結構，機箱內集成了調節器需要的所有板件，自成系統。主要板件全部采用多層板，表面貼裝工藝。10、獨特的抗干擾設計GEX-2000通過精心的設計，合理的處理接地、濾波、屏蔽等方面的細節，使得裝置的抗干擾能力達到嚴酷

10、等級三級以上的IEC標準。11、運行方式靈活多樣GEX-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，用戶可根據具體情況自行選擇。2.2 裝置適用范圍GEX-2000 發電機勵磁調節器適用于各種可控硅勵磁系統，包括自并勵勵磁系統、二機自并勵勵磁系統、帶永磁機的三機（無刷）勵磁系統、二機它勵可控硅勵磁系統等。下圖給出了幾個典型應用的例子。2.3 使用環境1、海拔高度：不超過3000米2、環境溫度：-10403、相對濕度：不大于90%4、沒有火災及爆炸危險的場所5、無導電塵埃及化學腐蝕氣體的場所6、無強的電磁干擾的場所第三章 主要功能及技術指標3.1 裝置主要功能GEX-20

11、00 發電機勵磁調節器的基本任務是維持發電機的機端電壓恒定，通過合理的調差設置來保證并列運行的機組間無功功率的合理分配，通過快速的勵磁響應以提高電力系統的暫態穩定和靜態穩定。除了以上基本的控制調節功能外，GEX-2000還具有故障錄波、事件記錄、系統自檢、智能調試等輔助功能。3.1.1 調節及控制功能1. 自動運行方式即發電機恒機端電壓PID調節2. 手動運行方式即發電機恒勵磁電流PID調節3. 自動/手動之間相互跟蹤，實現各種方式下無擾動切換4. 通道之間相互跟蹤，實現通道之間無擾動切換5. 發電機恒定觸發角運行6. 無功調差調節，可任意設置正、負調差方向，調差系數0-15%任意調節，級差0

12、.1%。7. 靜止勵磁系統的起勵控制8. 完成發電機在空載、負載等工況下的機組穩定運行及無功的平滑調節9. 參數的在線修改及記錄，保證掉電數據不遺失10. 可通過串行口或以太網將GEX-2000發電機勵磁系統接入電廠DCS系統，將調節過程中的數據實時傳送到上位機，并接受上位機的控制命令11. 電力系統穩定器（PSS）附加控制12. 發電機恒功率因數運行（選用）13. 發電機恒無功運行（選用）14. 水輪發電機組電氣制動方式停機（選用）3.1.2 限制和保護功能 1、PT斷線保護，通過兩組PT間進行比較，或同一PT不同相之間的電壓比較判斷PT斷線，勵磁PT斷線切手動，儀表PT斷線發信號。2、V/

13、Hz保護（壓/頻保護），保護發電機和主變過磁通，實施V/Hz分段限制和保護3、過勵限制與保護，保護發電機轉子，分段實施過勵限制和保護4、欠勵限制及保護5、空載過電壓保護6、觸發脈沖丟失的檢測7、通訊故障檢測8、可控硅故障檢測9、電源檢測，監視CPU電源和24V操作電源是否正常10、整流柜停風或部分整流柜退出運行時進行勵磁電流限制11、所有的限制及保護定值以及每一種保護的投退均可在現場進行整定3.1.3 其它輔助功能 1、故障錄波功能：GEX-2000 發電機勵磁調節器記錄故障前10秒故障后10秒的測量數據，記錄的量包括，發電機電壓UG1、UG2、自動給定值UGREF、手動給定值IFREF、觸發

14、角ARF、有功功率P、無功功率Q、轉子電壓Ufd、轉子電流 Ifd、發電機頻率F0、本柜輸出電流ILA、它柜輸出電流ILB。基本涵蓋了所有模擬量，故障波形能夠在控制器自帶的液晶顯示器進行顯示，也可以通過串口上傳到筆記本電腦，在EMS V1.0上進行顯示，處理并打印。 2、試驗錄波功能：GEX-2000 發電機勵磁調節器能夠通過手動啟動的方式記錄試驗時的波形，如10%階躍響應，滅磁，甩負荷等波形，記錄時間為試驗啟動前1秒，試驗啟動后19秒的時間，記錄的量同故障錄波，顯示方式同故障錄波。 3、故障記錄：能夠按先進先出的原則記錄20次故障動作值、故障時間（精確到毫秒）、故障類型，所有信息均可在液晶顯

15、示或上位機上進行顯示。 4、事件記錄：能夠按先進先出的原則記錄20次事件發生的類型和動作時間（精確到毫秒）例如滅磁開關的分合，通道的投入/退出，運行方式的轉換等。 5、通訊功能：GEX-2000采用標準的MODBUS協議，可以通過靈活的通訊方式，如RS232，RS485，CAN等，進行通道之間的通訊以及勵磁調節器與DCS系統或電廠其它監控系統的接口。 6、軟件電位器功能：所有模擬量的處理回路均取消電位器，使用能夠在菜單上整定的軟件電位器，調試工作由此變的更加輕松靈活。 7、試驗功能：通過控制器上的鍵盤操作，方便的進行調節器的各項試驗，如開關量傳動試驗、過勵限制、欠勵限制、階躍響應試驗、PSS的

16、有補償試驗、PSS無補償試驗、交流勵磁機時間常數試驗等，并能進行自動錄波。 8、完善的勵磁系統管理軟件ESM V1.0：通過此軟件完成勵磁系統實時數據顯示、故障記錄、波形分析、試驗向導、報告生成，數據遠傳、遠程診斷等功能。有關此軟件的詳細說明見ESM V1.0發電機勵磁系統管理軟件包使用說明。3.2 主要技術指標3.2.1 模數轉換器輸入參數A/D采樣通道：16路模擬量輸入一覽：機端電壓PT1：額定值100V機端電壓PT2：額定值100V系統電壓：額定值100V(可選)定子電流：額定值5A/1A轉子電流：75mv(由分流器來)轉子電壓：實際電壓勵磁機勵磁電流：75mv（由分流器來）備用測試信號

17、：-2V+2V（不隔離）3.2.2 開關量輸入輸出容量16路光電隔離輸入；10路開關量輸出，其中2路光電隔離輸出，8路繼電器輸出，可擴充到18路。3.2.3 輸出參數：觸發脈沖：可供三相全控整流橋用的六相雙脈沖，脈沖寬度100uS,可同時觸發4組以下并聯運行的三相全控橋；同時可提供單相全（半）控橋觸發脈沖。D/A輸出：2路隔離的D/A轉換器，每一路D/A輸出均可以在菜單具體選擇要輸出的變量。D/A量程：-2V+2V（隔離）420mA（可選）:每一個控制器均可輸出2路420mA信號（隔離），可在菜單選擇任意輸出變量。3.2.4 網絡接口 串口1：RS-232 （隔離） 串口2：RS-485 （隔

18、離） CAN總線：CANH、CANL（隔離）通訊協議：標準modbus協議3.2.5 電源參數 工作交流電源：來自勵磁變副邊或永磁機輸出（三機） 工作直流電源：DC220V±20%或DC110V±20% 輔助交流電源：廠用AC220V±15% 電源功率： 小于400瓦3.2.6 指標參數GEX-2000 發電機勵磁調節器全面滿足或優于GB/T 7409.3-1997對大、中型同步發電機勵磁系統技術要求。具體指標參數如下：1. CPU類型：32位高速DSP芯片2. CPU速度：最高150MHz3. 可控硅控制角分辨率：0.0048度/碼4. A/D 轉換量分辨率：2

19、-14，16 路。5. 控制計算調節速度：3.3 毫秒6. 調壓范圍：5%130%7. 調壓精度：<0.5%8. 移相范圍：0150 度，上下限值可程序設置9. 調差：軟件無功調差、正負大小任選級差為±1%。10. 頻率特性：頻率每變化1%，發電機端電壓變化不大小額定值的±0.25%。11. 整定值調節速度：可編程，滿足不大于1%每秒，不少于0.3%每秒。12. 在空載額定電壓情況下，當發電機給定階躍為±10%時，發電機電壓超調量小于階躍量的30%，振蕩次數小于2次，調節時間小于5秒。13. 當發電機零起升壓時，機端電壓超調量不超過額定電壓的10%，振蕩次數

20、小于2次，調節時間小于5秒14. 工作方式：雙柜均流（三機系統），主備用（自勵方式）15. 勵磁系統裝設電力系統穩定器（PSS），其有效頻率范圍為0.12.5Hz.。同時，設置必要的保護和控制回路。16. 勵磁系統的年強行退出比不大于0.0517. 勵磁系統抗國標嚴酷等級為3級電磁干擾試驗標準，在受到上述級別的干擾時不應發生誤調、失調、誤動、拒動等情況。第四章 系統配置4.1 電氣配置 GEX-2000以簡單、可靠為原則，針對不同勵磁方式進行相應的勵磁系統配置。本章就以三機勵勵磁系統為例作詳細介紹。4.1.1 勵磁系統框圖 圖 4-1 是GEX-2000 應用于三機勵磁方式時的系統方框圖。在這

21、種方式下調節器工作在主、備用方式，主、備通道相互通訊，備用通道作為熱備用跟蹤工作通道，并能進行無擾動切換。對于三機勵磁系統，用戶也可以選擇GEX-2000配置為雙柜均流方式。在這種方式下，單柜運行即能滿足發電機各種運行工況的要求，雙柜均流提高了系統的可靠性。4.1.2 輸入輸出接口示意圖 模擬量量程為±5V，操作回路統一使用24V電源。有關信號示意如下： 儀表PT D/A 1 滅磁開關 自動運行 量測PT D/A 2 置 位 手動運行 定子電流 4-20mA 功率柜故障 PSS投入轉子(輸出)電流 4-20mA 增 磁 恒無功轉子(輸出)電壓 減 磁 恒功率因數測試信號 RS-232

22、 PSS 投/退 限制保護系統電壓 RS-485 通道投/退（可選） CAN 運行/跟蹤 跳開關 脈沖輸出 圖 4-1 輸入輸出接口模擬量輸入 信號輸出開關量輸入 開關量 輸出4.1.3 硬件組成 GEX-2000 發電機勵磁調節器控制器是一個高度集成化的控制器，包含了從開關電源到脈沖放大等幾乎所有的功能插件。每一個控制通道具體包括： 1、開關電源組件1 （+5V，±12V） 2、開關電源組件2 （24V1，24V2） 3、主機板 4、開關量輸入輸出板 5、脈沖放大板 6、模擬量信號處理板 7、PT/CT及同步變壓器板 8、總線后底板 9、鍵盤及液晶顯示面板4.1.4 軟件組成 GE

23、X-2000 發電機勵磁調節器控制器有以下兩個軟件包支持： 1、EXPID V1.0 發電機勵磁控制與調節軟件包 2、ESM V1.0 發電機勵磁系統管理軟件包4.2 結構配置4.2.1 機柜構成GEX-2000 發電機微機勵磁調節裝置采用拼裝柜結構，柜體平整美觀，且柜體強度大大優于焊接柜，柜體前后設門。柜體表面采用噴塑工藝，顏色由買方選擇色標。柜內配線走向按強弱電分開，避免相互干擾。控制電纜電流回路用2.5mm的導線，其它用1.5mm導線。導線顏色按國標規定進行區分，交流按黃綠紅區分，所有的線纜不允許分支和絞接。所有的線號及號牌用專用的打號機打印，要做到整齊一致、有序可查。水平接地銅母線尺寸

24、不小于6×25mm2，每個屏的接地由螺栓接地母線連至裸露的金屬來實現。在母線兩端提供接線柱來連接從電站接地網來的120mm2/2×60mm2(4/OAWG)銅芯接地電纜。在勵磁柜上提供每個屏蔽設備用的接地端子。柜內可加裝防潮加熱器以及有門控開關控制的照明設備。調節器柜帶透明玻璃前門，便于監視。柜內20%的空端子預留。標準柜體外形尺寸為800×600×2260mm（也可由用戶自定），柜子設上下通風窗。4.2.2 分層介紹圖 4-3 為自并勵機柜正面及背面的視圖。1、表計層在柜體的第一層，正面布置的是有關表計，一般裝設發電機機端電壓表，和轉子電流表，對于雙柜

25、均流的調節器，裝設發電機電壓表和本柜輸出電流表，便于運行或就地試驗監視。表計層的背面，導軌安裝信號擴充繼電器，用于開關量輸出的接點擴充。2、平板電腦層（選配件） 平板電腦為選配件。對于選擇平板電腦的 GEX-2000 勵磁調節器，將平板電腦安裝在本層上。平板電腦為觸摸屏操作，該電腦配以ESM V1.0 發電機勵磁系統管理軟件，便能很方便的對勵磁調節器的運行進行實時監視、故障記錄、波形顯示、報表生成、打印輸出、試驗向導等各種功能。3、操作層 （1）主備用工作方式，圖 4-3 正視圖本層安裝4個操作開關，用于在現地對調節器進行操作。通道選擇開關用來選擇調節器的投入/退出以及當前運行的通道，運行時可

26、以通過此開關進行通道之間無擾動切換。方式選擇用來選擇調節器工作方式，包括手動運行/自動運行/自動運行+PSS。增/減 開關為自復歸型開關，用來調整發電機電壓或無功功率的大小,為了防止增/減磁開關節點粘連,程序設置若連續增/減超過三秒,即閉鎖增減命令,將開關復歸一次,閉鎖命令方能解除。主控/就地 開關用來選擇調節器接受就地命令還是主控的命令，若該開關打到主控位置，上述三個開關作用全部失效，調節器受主控制臺上的開關控制；該開關打到就地位置，調節器接受屏上操作開關的命令，主控室相應的操作開關失去作用。運行中進行主控就地切換操作前，應先將主控就地相應的開關位置先對應成一致狀態。 交流電源 直流電源 1

27、ZJ 2ZJ 3ZJ 4ZJ 5ZJ 6ZJ COM1 COM2 J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8J1 J2 J3 J4 J5 J6 J7 J8 強電 弱電端子 端子 DYB LEM FL1 電源變 輸出測量 分流器 背 視 圖 正 視 圖 子AV a) 柜體表面采用噴塑工藝，顏色由買方提供色標。b) 柜內配線走向按強弱電分開，避免相互干擾。c) 控制電纜電流回路用2.5mm的導線，其它用1.5平方的導線。導線的顏色按國標規定進行區分，交流按黃綠紅區分，所有的線纜不允許分支和絞接。d) 所有的線號及號牌用專用的打印機打印，要做到整齊一致。e) 水平接地銅母線尺寸不小于6×

28、;25mm2，每個屏的接地是由螺栓接地母線連至裸露的金屬來實現。在母線兩端應提供接線柱來連接從電站接地網來的120mm2/2×60mm2(4/OAWG)銅芯接地電纜。在勵磁柜上提供每個屏蔽設備用的接地端子。f) 柜內可以加裝防潮加熱器g) 柜內有照明設備h) 調節器柜帶玻璃前門，便于監視i) 預留20%的空端子GEX-2000 發電機勵磁調節器EE 機端電壓 勵磁電流 觸摸屏（選件） 通道選擇 主控/就地 方式選擇 增/減 控制器 A 控制器 B 功率單元 A 功率單元 B 1KK1 1KK2 2KK1 2KK2 圖 4-3 GEX-2000 勵磁調節器布置圖 4、控制層 控制層是

29、GEX-2000 發電機微機勵磁調節器的核心層（主控單元），它集成了勵磁調節器幾乎所有的功能板件。控制器采用4U標準機箱，表面氧化處理，美觀大方。插件板采用背插方式。圖 4-4 a/b為 GEX-2000 控制器的前后視圖。在調節器的面板上布置了240*128大屏幕液晶顯示器、鍵盤控制器以及運行指示燈，在面板右下方為RS232接口。 圖 4-4a GEX-2000 微機勵磁控制器前面板圖圖 4-4b GEX-2000 微機勵磁控制器后面板圖 如圖 4-4a所示主控單元的面板的左上角為調節器的型號標識，左下角為公司名稱；中部為大屏幕液晶顯示器和操作鍵盤，具體內容見第六章 鍵盤、顯示及操作；在面板

30、的右側為運行指示區，從上到下依次為：自動運行、手動運行、PSS運行（對于100MW以下發電機組，無需配置PSS，此處為備用）、恒無功、恒功率因數（對于100M W以上機組，無此運行方式，此處為備用）、通道故障，以上六個指示燈除了“通道故障”指示燈為紅色以外，其余的指示燈正常狀態均為綠燈顯示。通道故障指示燈在所有的保護和限制動作時均會動作，具體的動作類型在液晶顯示的最上面一行進行顯示，如果有幾個保護同時動作時，此處只顯示最后動作的故障類型，更加詳細的動作類型、動作時間以及動作值可以在【菜單故障追憶】中進行查詢。從圖4-4b看出，控制器的插件板從機箱的后部插入，從左至右一共10塊獨立的插件板組成，

31、其中含可擴展的備板兩塊。機箱內的插件板需要嚴格按順序插入對應的導軌內，插錯順序，會導致插件板損壞。5、功率單元層 GEX-2000 發電機微機勵磁調節器針對三機系統為雙調節通道，雙功率單元配置，每一個調節通道對應控制相應的功率單元，正常工作時，只有一組調節通道和其相應的功率單元工作，另外的調節通道和功率單元處于熱備用狀態。可控硅均采用模塊結構，打開功率單元的蓋板，可以對功率單元進行檢查，松掉后面板的螺絲，既可方便的拆卸和更換可控硅。每個功率單元的交流進入和直流輸出均經過開關隔離，便于運行中拉掉開關可以將整個功率單元拆卸下來進行更換或檢修。對于帶大功率整流柜的靜止勵磁系統,功率柜需要單獨配置。具

32、體配置需根據機組勵磁電流的大小,按n-1的原則進行配置（即停用其中一個功率柜后，其余的功率柜完全滿足包括強勵在內的所有運行工況）。工作方式為n個功率柜均流運行,其中任一主控單元可以最多帶四個均流運行的整流柜。6、電源開關層 GEX-2000 發電機微機勵磁調節器采用雙路供電，交、直流2路工作電源分別經過空氣開關為控制單元內的開關電源進行供電。7、變壓器層 包括電源變壓器和同步變壓器。電源變壓器將給調節器供電的交流電變到副邊為165V±5%，整流后為DC220V，與廠用直流經過逆止二極管并聯給調節器提供工作電源。對于功率電源電壓高于220V的勵磁系統，同步信號需經過同步變壓器降壓。同步

33、變壓器裝在機柜內，變壓器副邊電壓降為100V，然后改信號作為同步信號進入PTCT卡，變壓器的接線方式Y/Y0，如果功率電壓低于220V，則同步信號直接進入控制單元的PTCT卡；在PTCT卡上，有三個小變壓器對同步信號進行隔離。第五章 基本原理5.1 基本原理 發電機微機勵磁調節器的主要作用是維持發電機的電壓穩定，同時可以通過微機勵磁調節器的作用，使得并聯運行的機組進行無功功率的合理分配；對于電力系統的暫態穩定和動態穩定的提高，勵磁調節器的作用同樣非常重要。調節器的輸入電氣信號有發電機量測PT電壓、儀表PT電壓及從發電機電流互感器傳來的三相定子電流信號。直流信號有發電機轉子電流及調節器輸出電流和

34、反映裝置電源電壓的信號。各路信號經各自的信號處理及變換電路對信號濾波、隔離放大，變換成適合于 A/D采樣的信號。這些信號送入A/D變換器，由程序控制依次進行模數轉換成數字量，存放在存貯器中，供調節器使用。 利用以上采集到的數據，通過軟件計算可以得到發電機的運行工況、勵磁系統參數、調節器輸出參數等全部信息，如交流量采用24點快速傅立葉變換（FFT）計算出發電機三相電壓有效值、三相電流有效值、有功功率P、無功功率Q等。 主控或就地對調節器工作方式的選擇，增、減勵磁操作，滅磁開關等狀態量作為開關量輸入信號以及故障告警等開關量輸出信號是經過光電隔離與CPU接口的。同時反映調節器的狀態的運行指示信號，故

35、障指示信號，以開關量輸出的方式，經過光耦和繼電器隔離后進入電廠的聲光報警系統。同時，調節器提供通訊接口，可以和發電廠的DCS（ECS）系統進行通訊。DVR -2100 發電機勵磁調節器共有16路開關量輸入，10路開關量輸出通道，開關量輸入輸出的通道數量可以根據用戶需要進一步進行擴充。 調節器柜的功率輸出部件為三相全控晶閘管整流橋或者單相全（半）控橋。為了保證其輸出直流電壓連續可調及逆變運行，要求控制角 在10170度之間變化。在上下限的范圍內，用戶可以根據具體需要，在菜單中進行最大觸發角和最小觸發角的設置。調節器中由脈沖同步電路來保證各晶閘管的依次導通，用大規模邏輯器件直接將數字控制量轉換成相

36、應控制角的觸發脈沖信號，移相方式采用余弦移相。 300Hz的中斷控制程序可計算發電機電壓與參考電壓之差，并進行PID運算后綜合附加調差信號得到一個控制量去改變晶閘管的導通角，這就是勵磁調節器的主調節環。PID參數的正確選擇，將直接影響調節器的靜態和動態特性。 調節器中的保護功能模塊如失脈沖檢測、低勵磁限制、過勵限制、V/Hz限制、PT斷線保護等都是用后臺軟件控制來實現的。 勵磁調節器的安裝地點環境比較惡劣，電磁干擾相當嚴重。對于微機型勵磁調節器來說抗干擾能力是十分重要的。本調節器具有獨特的抗干擾措施，如調節器控制板核心部件采用雙層屏蔽，每個輸入、輸出電路均采用光電或電磁隔離電路，電源用開關電源

37、隔離等措施，另外還特設硬件、軟件自復歸電路。當程序突然遭受大干擾的作用而跑飛或進入死循環時，該電路將自動復歸使程序重新從頭開始執行，恢復正常工作狀態。 調節器柜的前面板設有操作顯示界面供人機對話使用。人機界面采用液晶顯示，漢化菜單，所有計算機采集到的模擬量值均以有名值顯示在液晶顯示器上，便于運行人員的監視。另外開關量輸入的實時狀態顯示，開關量強制輸出，控制和保護參數設定，故障錄波數據的提取和波形顯示等功能均可在此人機對話窗口上實現。 調節器的工作電源也是獨立的，采用開關電源。輸出電壓有四種：+5v、±12v電源供主機板，運算放大器用；24供脈沖回路，24供繼電器及操作回路用。電源采用

38、兩路供電：一路來自蓄電池，另一路來自陽極電壓整流。兩路電源通過逆止二極管并聯運行，任何一路失電，調節器仍能正常工作。 綜上所述，本調節器不需要外加的變送器，如電壓、有功功率、無功功率變送器和任何機械的或電子的電壓給定機構，充分利用軟件程序自動控制，硬件電路簡單，提高了可靠性，便于維護。5.2 單板原理做為同步發電機勵磁系統，其可靠性對于機組和電網的安全穩定至關重要，因此GEX-2000 微機勵磁調節器在設計時就將系統的可靠性作為第一重要的內容，因此搭建一個穩定的硬件測控平臺是提高系統可靠性的基礎。GEX-2000 的核心控制器由以下幾部分組成：w 電源1w 電源2w 計算機主板（CPU）w 模

39、擬量處理及旋轉二極管檢測板w 開關量輸入輸出板w 脈沖放大板w PT/CT板w 總線底板w 顯示面板 以上幾塊控制板卡如圖4-4b插在一個專用的4U機箱內。為了提高系統的抗干擾能力，機箱采用金屬屏蔽機箱，所有插件采用后插式，保證信號流向的唯一性，避免了信號之間的串擾，以及強弱電之間的交叉。重要的板卡均采用先進的表貼工藝，總線底板安裝在機箱的前部，在面板上安裝有一個240×128點陣的液晶顯示器，進行運行狀態的實時監視，前面板上還有一些重要的狀態指示燈。w 電源系統為了提高系統的可靠性，系統的供電電源由兩路冗余，來自勵磁變壓器或廠用電的交流電源經過隔離變壓器隔離后，經過整流變為直流，并

40、經過二極管和來自廠用蓄電池的直流電并聯運行，共同為機箱內的開關電源供電，為了提高系統的抗干擾能力，按照不同的功能將系統電源分為3部分，1) CPU電源：5V，±12V，其中DSP芯片的內核電壓1.8V，外設電壓3.3V,低壓系統保證了高速CPU低功耗和高可靠性。2) 操作電源：24V2，用于開關量的輸入輸出，對于雙通道的勵磁系統，其兩個通道的24V2經過二極管并聯，提供操作信號。兩個通道的0V2直接并聯。這樣就保證了24V2電源的冗余。3）脈沖電源：24VI，用于脈沖放大和觸發回路使用。以上電源系統相互獨立，避免干擾的產生。w 計算機主板（CPU）此板為系統的中樞控制板，我們選用當前

41、最流行，并且經過多年運行經驗的32位DSP芯片和大規模可編程邏輯陣列CPLD組成這塊板，由于采用了可編程邏輯陣列，使我們的系統具有一定的開放性用戶可以根據自己的現場實際，進行邏輯組態，并且大大簡化了電路，從而做到了總線不出板，提高系統可靠性。本板由以下部分組成。 DSP（數字信號處理器）：本系統采用的芯片為著名的DSP廠商德州儀器專門為控制領域推出的C2××系列芯片作為主CPU，此CPU具有以下特點：1) 最高工作頻率達到150MHz，每個指令的執行周期只有6.67ns2) 32位的數據線，24位地址線使得它的尋址空間達到了4M3) 哈佛結構，高速的流水線指令操作，進一步提

42、高了運行速度4) 強大的外設功能： 一個增強型的CAN總線驅動器 一個串型外設接口（SPI） 兩個串型通訊接口（SCI） 三個32位的定時/計數器 片上128K×16位的FLASH5) A/D轉換：16路高速（400KSPS）高精度（14位）A/D，同步采樣，能避免由于采樣速度造成的相移，提高了精度，采樣頻率為0.833ms。6) 兩路可編程的D/A輸出，為PSS參數整定和調節器模型的辨識提供硬件接口。7) 大規模的邏輯陣列CPLD：完成脈沖形成、開關量輸入輸出、以及其它的邏輯操作和譯碼功能。8） 外擴存儲器：一片128K/16位的數據存儲器用于進行故障錄波的數據存儲，16K位的串型

43、EEPROM存儲參數和重要的故障數據。9） 看門狗電路：采用專門的看門狗監視芯片。10）通訊部分：本板提供一路RS232，一路RS485，一路CAN-BUS，其隔離和電平變換采用模塊化產品。RS232從前面板輸出，RS485從鳳凰端子輸出，CAN 通過鳳凰端子輸出。11）時鐘電路：時鐘采用DS1305，時鐘芯片。12）兩路可編程輸出420mA電流環信號，用來作為變送器信號，提供給表記或其它設備使用。13）四路光耦隔離的開關量輸入，要求操作電源電壓等級為24V。14) 四路光耦隔離的開關量輸出，輸出為本通道24V2 有源信號。 w 模擬量處理板該板的主要功能是進行電平變換和隔離，由于采用交流采樣

44、，所以電流、電壓回路經過高精度CT和PT隔離后，進行濾波和電平轉換適配到A/D測量范圍內進入主機板。直流量有轉子電流經過濾波電平轉換后進行采樣。同時將同步信號整形為方波，供主機板CPU產生脈沖。w 開關量輸入繼電器輸出板本板將16路開關量輸入信號經過光電隔離后，進入測控CPU板，進行狀態判斷，另外所有的電源檢測電路也在這塊板上。將10路開關量輸出信號經過光電隔離后驅動繼電器，進行信號輸出。w 脈沖放大板本板將主CPU板產生的雙窄脈沖進行功率放大輸出，每一路脈沖功率可驅動5組以上并聯的可控硅橋。同時本板上有脈沖指示燈，用于顯示脈沖是否正常，本板上可以通過跨接器選擇脈沖變壓器是內置式，還是外置式。

45、w PT/CT 板PT/CT板將發電機量測PT、儀表PT、系統PT、同步電壓信號采用小型化的電壓互感器進行隔離，后適配為A/D量程內的弱電信號。將定子電流互感器來的信號經過內部電流互感器隔離后，適配為A/D量程內的弱電信號。 5.3 軟件說明 GEX-2000 發電機勵磁系統控制軟件包 EXPID V1.0 是基于DSP 語言編制的，EXPID V1.0軟件包實現了勵磁調節和限制保護等基本功能，同時還增加了友好的人機交互程序，強大的網絡通訊功能，充分體現了微機勵磁調節器的優越性。5.3.1 主調度程序 主調度程序主要完成下列功能：1. 初始化處理在上電復位或者按下復位鍵，首先進行硬件和軟件的初

46、始化，硬件初始化包括對CPU及其他智能芯片的初始化，軟件初始化是指對一些變量置初值。2. 鍵盤分析及液晶顯示在程序每個循環周期內，對小鍵盤進行采樣，不同的鍵按下，對應不同的處理子程序，同時在液晶顯示器上顯示不同的菜單指示。通過鍵盤和液晶顯示的配合，可以完成人機對話，包括：運行參數的實時顯示、開關量狀態的在線監視、用于調試的開關量強制輸出，以及參數修改，事故追憶及故障數據的提取和顯示。5.3.2 中斷程序 作為中斷服務程序：主控制程序具有最高的中斷優先級，中斷周期為0 .833毫秒。在中斷程序中完成以下功能：1. 交流采樣， 模擬輸入量有發電機測量 PT輸出電壓和儀表 PT輸出電壓以及

47、發電機定子電流(均為三相)，另外還有轉子電流以及調節器的輸出電流等，在主控制程序中進行模擬量的采樣，每個周波采集24點。2. FFT快速傅立葉變換及其它數據處理32位DSP芯片通過FFT變換分別計算出發電機三相電壓，三相電流有功功率，無功功率。3. 調差計算按照設定好的調差系數和調差極性進行調差計算，將附加調差給定加（減）到給定值上。 其中：K為調差系數，Uref為電壓參考值，Uref_tiaocha為附加調差給定值。4. 控制規律的實現按照給定的控制規律和運行參數進行控制量計算。GEX-2000 采用串聯校正模型，本系統傳遞函數如 圖5-2 所示。5. 電力系統穩定器(PSS)為了抑制系統的

48、低頻振蕩，本調節器具有電力系統穩定器功能，電力系統穩定器采用改進型的 PSS-2A 模型，其輸入信號為電功率P和角速度信號。模型框圖 圖 5-1 所示： DW+ DP 限幅 圖 5-1 PSS 框圖Ks3 轉子電壓負反饋 超前滯后環節 可控硅環節 發電機 _ 測量環節 圖 5-2 自動環節傳遞函數方框圖 PSS具有下列輔助功能：a) 自動投切b) 手動投切c) 輸出限幅，限幅值為發電機電壓標么值的±5%±10%，可現場整定。d) 故障時自動退出運行。e) 自動電壓調節器有PSS輸出信號的模擬量測量接口以及PSS相加點模擬量信號輸入口，方便測量整定PSS特性。6. 給定子程序

49、，設定發電機在不同的運行工況下的參考電壓或參考轉子電流 值并綜合計及PSS附加給定，恒功率因數給定，和無功功率調節附加給定值。在自動運行方式下，按下置位按鈕，在5秒內電壓給定值增加到95額定，并且置位功能閉鎖，置位功能在水電廠尤其重要，起到一個快速建壓并網的作用。7. 保護程序 所有保護的投退均可在菜單上進行設定，保護只有在設定為投入狀態時才起作用。Ø PT斷線程序將測量到的儀表PT值和量測PT的值進行比較，如果其差值大于較大值的1/8，則發PT斷線信號，如果是量測PT斷線，除發信號外，運行方式由自動運行切換到手動運行方式。Ø 失脈沖檢測六組觸發脈沖重新被CPU重新回讀，并

50、進行綜合判斷，確定失脈沖的相，并顯示在液晶顯示器上。失脈沖發生時，發報警信號。Ø 欠勵限制和保護欠勵限制按兩段整定，如圖5-3 所示，為限制線，為保護線。需要說明的是，在調節器控制程序中，有一個恒無功PI閉環計算環節，簡稱無功環。在發電機無功功率未進入欠勵限制線內，自動控制環起作用，此時無功環節跟蹤，計算出的控制量不輸出。當發電機無功功率進入低勵限制區時，無功環計算出的控制量輸出給可控硅，調節器進入恒無功功率運行，控制無功功率在限制值附近，不會再繼續減少，同時發報警信號。如果系統運行情況發生變化，自動恒電壓環計算出的控制量大于恒無功功率輸出時，調節器自動切換到恒電壓調節，從而退出低勵

51、環。如果調節器在某種工況下進入限制區，而沒有被控制住，無功功率繼續減少，當無功功率低于保護線時，調節器發報警信號并且切手動方式運行。低勵限制線和低勵環參數可以在菜單上進行整定。保護線為對應的限制線上無功功率的1.25倍。圖5-3其中，Qa點為零有功時，允許進相的無功功率值。Qb點允許發電機進相運行的最大有功功率。Ø 過勵限制過勵限制是為了防止發電機轉子勵磁繞組長期過負載而采取的限制勵磁措施，從轉子勵磁繞組發熱考慮，當強勵時，其容許的強勵時間t是隨發電機勵磁電流Ifd2的大小成反比關系。如圖5-4 所示。 過勵限制和保護按照下列原則： (a) IfdIfd_max時，延時1.5秒直接封鎖脈沖退出運行.Ifd_max為菜單整定的瞬時過勵值； (b) Ifd1.1Ifdn、 Ifd1.0Ifdn時計算反時限等效時間： Heat=(Ifd2- Ifdn2)*t ; Heat_n= (Ifd_2set- Ifdn2)*t_set ;其中：Ifd_set：設定的強勵倍數t_ set：強勵時間 ；H0：顯示在液晶上，便于監視。(c) H0>50%，發信號，限制增磁 H0>80%，切手動運行，并且手動運行給定值設為90%Ifdn H0<10%，可以復歸過勵信號Ø V/Hz 限制和保護V/Hz是為了防止發電機及其出口變壓器出現磁飽和。限