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1、,NES5100励磁系统介绍,南瑞集团电气控制分公司 2008-07-25,NES5100励磁调节器,NES5100励磁调节器,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。,一、励磁调节器基本工作原理,二、励磁调节器自动调节功能,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
2、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1所示。图中Ugset为发电机机端电压设定值，Ugact为发电机端电压实际值，Uk为控制电压，Vs为励磁电源电压，T c为发电机端电压采样时间常数，TF为发电机励磁电压反馈时间常数，PI为比例-积分控制，TSCR、Tg分别为可控硅整流桥等效时间常数和发电机等效时间常数。,NES5100励磁调节器,图1发电机励磁调节器自动控制原理简图,NES5100励磁调节器
3、,三、励磁调节器手动调节功能,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值，则调节器减小控制电压，既增大可控硅的控制角，进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，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2所示。图中Ifset和Ifact分别表示发电机转子电流的设定值和实际值。,NES5100励磁调节器,图2发电机励磁调节器手自动控制原理简图,NES5100励磁调节器,NES5100励磁调节器,四、NES5100励磁调节器硬件平台,NE
4、S5100励磁调节,NES5100励磁调节控制单元以ARM芯片为自动通道计算控制核心，FPGA为I/O中心、DSP为纯手动通道计算控制核心，构成了三CPU系统。以ARM为主，配置A/D、D/A、FPGA、ETHNET、FLASH、CAN、DSP从而构成励磁调节CPU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。 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读信号。 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。 以AR
5、M为中心的CPU板完成励磁调节器的对外通讯功能，包括RS485、RS232、LAN等。ARM和DSP之间通过串口交换信息。通道之间通过双CAN网络通讯，双CAN网络互为热备用。板间通过总线背板交换信息，有部分使用SPI通讯。框图见图3,图3 NES5100励磁调节控制单元硬件框图,NES5100励磁调节器,NES5100励磁调节,板件布置,NES5100 单通道的单板插件图,软件构架,五、NES5100励磁调节器软件构架,NES5100励磁调节,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。 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
6、、系统中断配置等。 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。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，确保了控制调节的快速和精度。,NES5100励磁调节,1、励磁应用程序主流程 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，以便下一次流程中使用。主流程框图见图4,NES5100励磁调节,图4 主流程框图,NES5100励磁调节,2、励磁应用程序控制调
7、节程序 NES5100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，完成了上述的任务。,NES5100励磁调节,NES5100励磁调节器,六、NES5100励磁调节器软件功能,NES5100励磁调节器,高速的交流采样 先进的数字计算方法 采样冗余检测,1、软件变送器,NES5100励磁调节,2、电压给定和调节,PID控制器 调差功能 自动跟踪 起励,NES5100励磁调节器,3、限制器,低
8、励限制器 转子过流过热限制器 无功功率过励限制器 瞬时强励限制器 V/Hz限制器,NES5100励磁调节器,过欠励限制器,机端电压,NES5100励磁调节器,4、保护器,PT断线 过电压保护 低励保护 过激磁保护,NES5100励磁调节器,5、附加控制器PSS,电力系统稳定器（PSS）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。模型见图5,NES5100励磁调节器,图5 PSS模型,NES5100励磁调节器,四、NES5100调节器智能维护显示系统,NES5100励磁调节器,智
9、能维护和显示系统,1、主界面,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,主界面,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,2、AVR界面,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,3、AVR界面,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,4、功率柜界面,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,5、故障日志,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,6、参数设置,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,7、机组运行点显示以及PQ曲线设置,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,8、录波以及分析,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,9、采样示波器,N
10、ES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,10、阶跃试验,NES5100励磁调节器,智能维护和显示系统,11、模式切换,NES5100励磁调节器,12、逻辑组态,NES5100励磁调节器,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： 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,五、NES5100调节器现场试验,NES5100励磁调节器,图1 空载5%电压阶跃试验波形,NES5100励磁调节器,图2 软起励试验波形,NES5100励磁调节器,图3 电压闭环下A/B套切换试验波形,NES5100励磁调节器,图4 转子电流5%阶跃试验波形,NES5100励磁调节器,图5 空载A套PT断线试验B套波形,NES5100励磁调节器,图6 负载电压闭环下A/B套切换试验波形,NES5100励磁调节器,图7 负载电压闭环切为电流闭环试验波形,NES5100励磁调节,图8 负载下过励试验波形,