华北电力大学电力系统及其自动化学科

1、WKKLWKKL20002000微机励磁微机励磁调节器简介调节器简介 概述一、技术特点1. 遵于标准，高于标准遵于标准，高于标准 全面满足国标和行标及发电公司的安全稳定性评价要求，性能指全面满足国标和行标及发电公司的安全稳定性评价要求，性能指标全面优于标准。标全面优于标准。 2. 采用经典采用经典PID+PSSPID+PSS控制方式控制方式 对于交流励磁机励磁系统采用转子电压硬负反馈提高励磁系统的对于交流励磁机励磁系统采用转子电压硬负反馈提高励磁系统的动态响应速度，励磁系统性能指标全面满足国标和行标要求。动态响应速度，励磁系统性能指标全面满足国标和行标要求。 3. 模型清晰、准确模型清晰、准确

2、 采用高精度浮点离散化算法，计算误差小，精度高。采用高精度浮点离散化算法，计算误差小，精度高。PID及及PSS频率特性（包括幅频和相频特性）计算机仿真和动态信号分析仪实频率特性（包括幅频和相频特性）计算机仿真和动态信号分析仪实测结果比较，在测结果比较，在010Hz范围内相角误差小于范围内相角误差小于0.1，增益误差小于，增益误差小于0.5%0.5%。 4. PSS- -2A型电力系统稳定器（型电力系统稳定器（PSS），），完全解决完全解决“反调反调”问题问题。 改进型改进型PSS-2A电力系统稳定器模块在电力系统稳定器模块在WKKL-2000微机微机励磁调节器应用，开创了国内调节器的先河。励磁

3、调节器应用，开创了国内调节器的先河。 5. 测量精度高测量精度高 每周波每周波2424点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除零漂点交流采样，快速傅立叶变换，完全消除零漂等对测量精度的影响。等对测量精度的影响。1414位高速位高速A/DA/D变换器，保证了测量通变换器，保证了测量通道的精度和快速性。道的精度和快速性。 6. 强大的网络功能强大的网络功能 具有强大的通讯功能，双通道及调节器及功率柜之间通具有强大的通讯功能，双通道及调节器及功率柜之间通过可靠的现场总线过可靠的现场总线CAN-BUSCAN-BUS进行连接，实现数据共享和协调进行连接，实现数据共享和协调控制。每个控制通道都提供两个独立、并

4、进行隔离控制。每个控制通道都提供两个独立、并进行隔离的的RS232RS232和和485485接口。非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以接口。非常方便的实现调节器与上位管理机的通讯以及与电厂及与电厂DCSDCS系统的连接。系统的连接。 7.方便、友好的人机界面方便、友好的人机界面 大屏幕液晶显示器，树型菜单结构，方便直观，支持在大屏幕液晶显示器，树型菜单结构，方便直观，支持在线参数整定，测量显示，试验控制等操作，能显示试验波形和线参数整定，测量显示，试验控制等操作，能显示试验波形和故障波形，以及故障类型和事件故障波形，以及故障类型和事件SOE。 8. 方便实用的上位机管理软件方便实用的上位机

5、管理软件 ESM-V1.0为为WKKL-2000微机励磁调节器专门配套使用的微机励磁调节器专门配套使用的上位机管理软件，支持励磁系统实时数据的的显示，参数整定上位机管理软件，支持励磁系统实时数据的的显示，参数整定，故障记录，故障波形显示，定值报告，试验报告的自动生成，故障记录，故障波形显示，定值报告，试验报告的自动生成系统及打印输出。系统及打印输出。 9. 高度集成化硬件设计高度集成化硬件设计 WKKL- -2000 采用超大规模逻辑器件采用超大规模逻辑器件CPLD，该器件通过灵该器件通过灵活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一个芯活编程能实现传统的数十个芯片组合才能完成的功能，一

6、个芯片即完成了片即完成了CPU的所有外围电路。大大提高了系统的可靠性。的所有外围电路。大大提高了系统的可靠性。 10. 国际先进的体系结构设计，控制器国际先进的体系结构设计，控制器 + 可控硅可控硅 = 励磁调节器励磁调节器 WKKL- -2000 采用标准的采用标准的6U机箱，背插结构，使得信机箱，背插结构，使得信号流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干号流流向一致，减少了信号交叉的影响，提高了系统的抗干扰能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了除可控硅外励扰能力，机箱采用全封闭结构，机箱内集成了除可控硅外励磁调节器全部元件，结构简洁、紧凑。主要板件全部采用多磁调节器全部元件，结构

7、简洁、紧凑。主要板件全部采用多层板，表面贴装工艺。层板，表面贴装工艺。 11. 超强抗干扰能力，超强抗干扰能力，100%消除软故障消除软故障通过精心的电路设计，合理的处理接地、滤波、屏蔽等通过精心的电路设计，合理的处理接地、滤波、屏蔽等方面的细节，使得装置的抗干扰能力达到严酷等级方面的细节，使得装置的抗干扰能力达到严酷等级级以上级以上的标准的标准。 12. 运行方式灵活多样运行方式灵活多样 WKKL- -2000 可以工作在双柜均流工作方式，也可以工可以工作在双柜均流工作方式，也可以工作在主备用工作方式。用户可根据具体情况选择。作在主备用工作方式。用户可根据具体情况选择。 二、主要功能二、主要

8、功能1. 调节及控制功能调节及控制功能 1.1 自动运行方式即发电机恒机端电压自动运行方式即发电机恒机端电压PID调节调节 1.2 手动运行方式即发电机恒励磁电流手动运行方式即发电机恒励磁电流PID调节调节 1.3 自动手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换自动手动之间相互跟踪，实现各种方式下无扰动切换1.4 通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换通道之间相互跟踪，实现通道之间无扰动切换 1.5 发电机恒定触发角运行发电机恒定触发角运行 1.6 无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数无功调差调节，可任意设置正、负调差方向，调差系数0-15%任意调节，级差任意调节，级差1%1.7

9、 完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功完成发电机在空载、负载等工况下的机组稳定运行及无功的平滑调节的平滑调节 1.8 参数的在线修改及记录，保证掉电数据不遗失参数的在线修改及记录，保证掉电数据不遗失 1.9 可通过串行口或以太网可通过串行口或以太网将将WKKL-2000发电机励磁系统接发电机励磁系统接入电厂入电厂DCS系统，将调节过程中的数据实时传送到上位机系统，将调节过程中的数据实时传送到上位机，并接受上位机的控制命令，并接受上位机的控制命令1.10、电力系统稳定器（、电力系统稳定器（PSS）附加控制附加控制 为了抑制系统的低频振荡，本调节器具有电力系统稳定器功为了抑制系统的低

10、频振荡，本调节器具有电力系统稳定器功能，采用改进型的能，采用改进型的PSS-2A电力系统稳定器的模型，完全解决了电力系统稳定器的模型，完全解决了单一采用电功率信号的单一采用电功率信号的PSS-1A模型带来的反调问题。目前这一模型带来的反调问题。目前这一技术已经在三峡水力发电厂成功投入运行，取得了明显的效果技术已经在三峡水力发电厂成功投入运行，取得了明显的效果，深得三峡电厂和国调公司的好评。，深得三峡电厂和国调公司的好评。 PSS具有下列辅助功能：具有下列辅助功能： a) 自动投切；自动投切； b) 手动投切；手动投切； c) 输出限幅，限幅值为发电机电压标么值的输出限幅，限幅值为发电机电压标么

11、值的5%10%； d) 故障时自动退出运行。故障时自动退出运行。 e) 自动电压调节器有自动电压调节器有PSS输出信号的模拟量测量口以及输出信号的模拟量测量口以及PSS相相加点模拟量信号输入口，方便测量整定加点模拟量信号输入口，方便测量整定PSS特性。特性。 2.限制和保护功能限制和保护功能2.1 PT断线保护断线保护 通过两组通过两组PT间进行比较，或同一间进行比较，或同一PT不同相之间的电压比不同相之间的电压比较判断较判断PT断线，断线，励磁励磁PT断线切手动，仪表断线切手动，仪表PT断线发信号。断线发信号。2.2 V/Hz保护（压保护（压/频保护）频保护） VHz是为了防止发电机及其出口

12、变压器出现磁饱和。限是为了防止发电机及其出口变压器出现磁饱和。限制和保护的原则是：制和保护的原则是： (a) 当当 VHz设定值时，闭锁增磁设定值时，闭锁增磁,发过发过 V/Hz信号，限制信号，限制增磁。增磁。 (b) 当当 VHz(设定值时设定值时+0.05)，面板，面板 VHz故障指示灯故障指示灯亮，亮，过过V/Hz继电器动作，励磁调节器转为手动方式运行。切继电器动作，励磁调节器转为手动方式运行。切手动手动1S后，如果后，如果V/Hz仍然动作，则本通道退出运行。仍然动作，则本通道退出运行。 (c ) 当频率大于当频率大于45Hz，小于小于47.5Hz，等比例减小自动运行给等比例减小自动运行

13、给定值。定值。 (d) 当频率低于当频率低于45Hz时，立即退出运行。时，立即退出运行。2.3 过励限制与保护过励限制与保护 过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载过励限制是为了防止发电机转子励磁绕组长期过负载而采取的限制励磁措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强而采取的限制励磁措施，从转子励磁绕组发热考虑，当强励时，其容许的强励时间励时，其容许的强励时间t是随发电机励磁电流是随发电机励磁电流Ifd2的大小的大小成反比关系。成反比关系。 If(A)t(s)1.1IfdnIfd_max图 5-4 最大励磁电流反时限保护1.5S过励限制和保护按照下列原则：过励限制和保护按照下列原则： (a)

14、转子电流转子电流 I f dI f d_max时，延时时，延时1.5秒直接封锁脉冲退秒直接封锁脉冲退 出运行出运行.I f d_max为菜单整定的瞬时过励值；为菜单整定的瞬时过励值； (b) I f d1.1Ifdn、 I f d1.0Ifdn时计算反时限等效时间：时计算反时限等效时间： Heat=(Ifd2- Ifdn2)*t ; Heat_n= (I f d_2set- Ifdn2)*t_set ; 其中：其中：I f d_set:设定的强励倍数设定的强励倍数; t_set：强励时间强励时间 ；H0：显示在液晶上，便于监视。显示在液晶上，便于监视。 (c) H050%，发信号，限制增磁发信

15、号，限制增磁 H080%，切手动运行，并且手动运行给定值设为切手动运行，并且手动运行给定值设为 90%I f d n H010%，复归过励信号复归过励信号 %100_0nHeatHeatH2.4 欠励限制及保护欠励限制及保护 III 低励限制示意图QPQaQb1.25Qa 油开关合闸并且发电机进相运行，开始进入欠励限制和保护子程序。油开关合闸并且发电机进相运行，开始进入欠励限制和保护子程序。 如果如果 b Pc QD1（第第I条线），欠励限制，发欠励信号同时闭锁减磁，条线），欠励限制，发欠励信号同时闭锁减磁，自动增磁，直到脱离欠励限制区为止，如果由于某种故障造成发电机无自动增磁，直到脱离欠励限

16、制区为止，如果由于某种故障造成发电机无法脱离进相区，则在给定值达到增磁上限增磁速度同手动按钮增磁速度法脱离进相区，则在给定值达到增磁上限增磁速度同手动按钮增磁速度。如果。如果 b Pc QD2（第第II条线），切手动。条线），切手动。2.5 触发脉冲丢失的检测触发脉冲丢失的检测 6个触发脉冲在被个触发脉冲在被CPU重新回读，进行综合判断，确定失重新回读，进行综合判断，确定失脉冲的相，并显示在液晶显示器上。失一个脉冲系统发报警信脉冲的相，并显示在液晶显示器上。失一个脉冲系统发报警信号，失两个以上的脉冲自动进行通道切换。号，失两个以上的脉冲自动进行通道切换。2.6 通讯故障检测通讯故障检测2.7

17、可控硅故障检测可控硅故障检测 2.8 电源检测，监视电源检测，监视CPU电源和电源和24V操作电源是否正常操作电源是否正常2.9 所有的限制及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场所有的限制及保护定值以及每一种保护的投退均可在现场进行整定进行整定 3. 其它辅助功能其它辅助功能 3.1故障录波功能故障录波功能WKKL-2000 发电机励磁调节器记录故障前发电机励磁调节器记录故障前10秒故障后秒故障后10秒秒的测量数据，记录的量包括，发电机电压的测量数据，记录的量包括，发电机电压UG1，UG2，自动给定自动给定值值UGREF，手动给定值手动给定值IFREF，触发角触发角ARF，有功功率有功功率P

18、，无功功率无功功率Q，转子电压转子电压U f d ，转子电流转子电流 I f d ，发电机频率发电机频率F0，本柜输出电流本柜输出电流ILA，它柜输出电流它柜输出电流ILB。基本含盖了所有模拟量，故障波形能够基本含盖了所有模拟量，故障波形能够在控制器自带的液晶显示器进行显示，也可以通过串口上传到笔在控制器自带的液晶显示器进行显示，也可以通过串口上传到笔记本电脑，记本电脑，在在EMS V1.0上进行显示，处理并打印。故障录波的启上进行显示，处理并打印。故障录波的启动方式分为突变量启动和故障启动两种方式动方式分为突变量启动和故障启动两种方式。 3.2 试验录波功能试验录波功能 WKKL-2000

19、WKKL-2000 发电机励磁调节器能够通过手动启动的方发电机励磁调节器能够通过手动启动的方式记录试验时的波形，如式记录试验时的波形，如10%10%阶跃响应，灭磁，甩负荷等波阶跃响应，灭磁，甩负荷等波形，记录时间为试验启动前形，记录时间为试验启动前1 1秒，实验启动后秒，实验启动后1919秒的时间，秒的时间，记录的量同故障录波。显示方式同故障录波。记录的量同故障录波。显示方式同故障录波。 3.3 故障记录故障记录 能够按先进先出的原则记录能够按先进先出的原则记录2020次故障发生时模拟量采次故障发生时模拟量采样值，及故障时间（精确到毫秒），及故障类型，所有信息样值，及故障时间（精确到毫秒），及

20、故障类型，所有信息均可在液晶显示或上位机上进行显示。均可在液晶显示或上位机上进行显示。 3.4 事件记录事件记录 能够按先进先出的原则记录能够按先进先出的原则记录20次事件发生的类型和动作时间（精确次事件发生的类型和动作时间（精确到毫秒）例如灭磁开关的分合，通道的投入到毫秒）例如灭磁开关的分合，通道的投入/退出，运行方式的转换等。退出，运行方式的转换等。3.5 强大的通讯功能强大的通讯功能 WKKL-2000采用标准采用标准的的MODBUS协议，可以通过灵活的通讯方式，协议，可以通过灵活的通讯方式，RS232，RS485，CAN，以态网进行通道之间的通讯以及励磁调节器与以态网进行通道之间的通讯

21、以及励磁调节器与DCS系统或电厂其它监控系统的接口。系统或电厂其它监控系统的接口。 3.6软件电位器功能软件电位器功能 所有模拟量的处理回路均取消电位器，改为能够在菜单上整定的软所有模拟量的处理回路均取消电位器，改为能够在菜单上整定的软件电位器，调试工作由此变的更加轻松灵活。件电位器，调试工作由此变的更加轻松灵活。 3.7 强大试验功能强大试验功能 通过控制器上的键盘操作，方便的进行调节器的各项试验，通过控制器上的键盘操作，方便的进行调节器的各项试验，如开关量传动试验、过励限制、欠励限制、阶跃响应试验如开关量传动试验、过励限制、欠励限制、阶跃响应试验、PSS的的有补偿试验有补偿试验，PSS无补

22、偿试验，交流励磁机时间常数试验等，并能无补偿试验，交流励磁机时间常数试验等，并能进行自动录波。进行自动录波。 3.8 完善的励磁系统管理软件完善的励磁系统管理软件 ESM V1.0，通过此软件完成励磁系统实时数据显示，故障通过此软件完成励磁系统实时数据显示，故障记录，波形分析，试验向导，报告生成，数据远传，远程诊断等记录，波形分析，试验向导，报告生成，数据远传，远程诊断等功能。功能。 三、技术指标三、技术指标 1. 1. CPUCPU类型：类型：3232位高速位高速DSPDSP芯片芯片 2. 2. 可控硅控制可控硅控制角角分辨率：分辨率：0.00480.0048度度/ /码码 3. 3. A/

23、D A/D 转换量分辨率：转换量分辨率：2 2-14-14，16 16 路。路。 4. 4. 控制计算调节速度：控制计算调节速度：3.3 3.3 毫秒毫秒 5. 5. 调压范围：调压范围：5%5%130%130% 6. 6. 调压精度：调压精度：0.5%0.5% 7. 7. 移相范围：移相范围：1010150 150 度。上下限值可设置度。上下限值可设置 8. 8. 调差：软件无功调差、正负大小任选级差为调差：软件无功调差、正负大小任选级差为1%1%。 9. 9. 工作方式：双柜均流（三机系统），主备用（自励方式）工作方式：双柜均流（三机系统），主备用（自励方式） 10. 10. 励磁系统装设

24、电力系统稳定器（励磁系统装设电力系统稳定器（PSSPSS），），其有效频率范围为其有效频率范围为0.1-2.50.1-2.5HzHz。 11. 11. 励磁系统的年强行退出率不大于励磁系统的年强行退出率不大于0.050.05 1212. 开关量输入输出开关量输入输出: : 20路光电隔离输入；路光电隔离输入；20路开关量输出，其中路开关量输出，其中4 4路光电隔离输出路光电隔离输出，1616路继电器输出。路继电器输出。13. 13. 触发脉冲：触发脉冲： 可供三相全控整流桥用的六相双脉冲，脉冲宽度可供三相全控整流桥用的六相双脉冲，脉冲宽度100100 u S,u S,可可同时触发同时触发5 5

25、组以上并联运行的三相全控桥。组以上并联运行的三相全控桥。1414. . D/AD/A输出：输出： 2 2路隔离路隔离的的D/AD/A转换器，每一路转换器，每一路D/AD/A输出均可以在菜单具体选输出均可以在菜单具体选择要输出的变量。择要输出的变量。 15. 15. 频率特性：频率特性： 频率每变化频率每变化1%1%，发电机端电压变化不大于额定值的，发电机端电压变化不大于额定值的0.25%0.25%。16. 16. 整定值调节速度：整定值调节速度： 可编程，满足不大于可编程，满足不大于1%1%每秒，不少于每秒，不少于0.3%0.3%每秒。每秒。17. 17. 在空载额定电压情况下，当发电机给定阶

26、跃为在空载额定电压情况下，当发电机给定阶跃为10%10%时，发电时，发电机电压超调量小于阶跃量的机电压超调量小于阶跃量的30%30%，振荡次数小于，振荡次数小于2 2次，调节时间小次，调节时间小于于5 5秒。秒。18. 18. 当发电机零起升压时，机端电压超调量不超过额定电压的当发电机零起升压时，机端电压超调量不超过额定电压的10%10%，振荡次数小于，振荡次数小于2 2次，调节时间小于次，调节时间小于5 5秒秒四、满足的四、满足的技术要求技术要求1. 励磁系统的基本技术条件符合励磁系统的基本技术条件符合GB/T7409.31997大、中型大、中型同步发电机励磁系统技术要求、同步发电机励磁系统

27、技术要求、DL/T 843-2003 大型汽轮发大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术条件电机交流励磁机励磁系统技术条件等标准的要求。等标准的要求。2. 励磁系统满足发电机在各种运行工况（包括发电、并网、零励磁系统满足发电机在各种运行工况（包括发电、并网、零起升压以及向起升压以及向110kV空载线路充电、进相）下稳定、安全运行的空载线路充电、进相）下稳定、安全运行的要求。要求。3. 励磁系统保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负载下励磁系统保证当发电机励磁电流和电压为发电机额定负载下励磁电流和电压的励磁电流和电压的1.1倍时，能长期连续运行。倍时，能长期连续运行。4. 励磁系统的电压响应时间在

28、电压上升励磁系统的电压响应时间在电压上升(强行励磁强行励磁)时不大于时不大于0.08秒，在电压下降秒，在电压下降(快速减磁，由最大励磁电压减小到零快速减磁，由最大励磁电压减小到零)时不时不大于大于0.15秒。秒。5. 在发电机空载运行情况下，频率值每变化在发电机空载运行情况下，频率值每变化1%，自动励磁调，自动励磁调节系统保证发电机机端电压变化值不大于额定值的节系统保证发电机机端电压变化值不大于额定值的0.25%。 6. 当励磁电流在小于当励磁电流在小于1.1倍额定励磁电流下长期运行时，励磁绕组两端倍额定励磁电流下长期运行时，励磁绕组两端电压的最大值不超过在交接验收时该绕组对地耐压试验电压的电压的最大值不超过在交接验收时该绕组对地耐压试验电压的30%，在，在任何情况下