研华发电机励磁控制系统解决方案

系统介绍:
　　研华发电机励磁控制系统解决方案，采用分散式网络化的控制结构，调节器采用双通道或三通道热备，各控制器间相互独立，并有专用的脉冲形成模块来实现对发电机励磁的控制。每个功率柜和灭磁柜也可具有独立的控制器单元，实现对功率整流和灭磁开关及过压保护的控制和监测。调节器和功率及灭磁控制器具有双网络接口，和HMI触摸屏均可通过网络的连接，构成具有网络化的励磁控制系统，大大简化了调节器与功率柜及灭磁柜的连接。

概述
1、水轮发电厂原理
　　大坝、水电厂、水轮机、发电机定子、转子、励磁系统

2、同步发电机工作原理
　　主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。
　　载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。
　　切割运动：原动机拖动转子旋转（给电机输入机械能），极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组（相当于绕组的导体反向切割励磁磁场）。
　　交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。

3、励磁的基本概念
　　什么是励磁？
　　导体切割磁力线感生电动势e，励磁就是提供一个磁场B
　　E=4.44fNΦ
　　4.44:有效值系数
　　F:励磁条件与影响
　　N:机端电压影响
　　Φ:与励磁电流关系
　　对于发电机来说，励磁就是产生磁通Φ

4、励磁装置
　　励磁装置就是提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件，还有磁场放电或灭磁装置及保护装置；励磁控制系统是包括控制对象的反馈控制系统

 
5、励磁控制系统
　　励磁控制系统是一个需要高速响应的闭环控制系统。励磁系统的性能，直接决定了发电机是否能够正常运行。而工作可靠、性能优良的励磁系统，能有效地提高机组及电网的稳定性。

　　以自并激励磁系统为例，也就是直接励磁系统或称静态励磁系统。自并激励磁系统由励磁变压器、三相可控硅整流桥及功率单元、灭磁单元、控制单元四部分组成。交流励磁电源取自发电机端（也称机端变压器）励磁变压器，励磁变压器的付方输出经三相不可控全波整流桥整流输出的直流电压给发电机励磁绕组励磁，励磁电流的调节经串接于发电机励磁回路的可控硅整流桥以直流斩波的方式实现。可控硅如同一只电子开关，在自动励磁调节器 AVR的控制下，连续处于导通或截止状态，以达到调节励磁电流的目的。

原理框图如下：

三相半控桥自并励励磁系统原理框图

　　整个发电机励磁系统由机端励磁变压器、励磁调节柜(器AVR)、功率柜、灭磁柜及其它单元组成。

研华励磁控制系统解决方案:

　　研华发电机励磁控制系统解决方案，采用分散式网络化的控制结构，调节器采用双通道或三通道热备，各控制器间相互独立，并有专用的脉冲形成模块来实现对发电机励磁的控制。每个功率柜和灭磁柜也可具有独立的控制器单元，实现对功率整流和灭磁开关及过压保护的控制和监测。调节器和功率及灭磁控制器具有双网络接口，和HMI触摸屏均可通过网络的连接，构成具有网络化的励磁控制系统，大大简化了调节器与功率柜及灭磁柜的连接。

1、 调节柜：
　　调节柜中采用研华PAC控制器ADAM-5550KW作为调节器，Wince5.0操作系统，CPU性能强大，满足调节器中进行算法计算/控制系统运行的性能需求。并且在控制器中整合进同步模拟采样、脉冲形成等由专用的高速可编程控制器或高速微处理器及必要的输入输出电路构成的专用模块，省掉了大量的逻辑控制继电器,而且易于采用冗余容错硬件结构方式,其可靠性大大提高。

　　PAC控制器自带双网口，一个网口用于ABC通道间双机热备冗余的通信，另一个网口通过研华工业交换机EKI-2528进行以太网络交换，来和调节柜和灭磁柜的HMI界面TPC-1570H以及和功率柜和灭磁柜中的PAC控制器通信。

2、 双机热备：
　　调节柜中放置2套A、B通道（或3套C通道）ADAM-5550KW PAC控制器，A、B控制器采用双通道热备用，冗余接口通过Ethernet通信和DI/O，可以实现运行/备用状态的自动切换，不需要第三方模块参与，简化了系统结构。
每个控制器都具备独立的同步信号采集模块，机端PT、机端CT、系统电压、励磁电流、励磁电压和同步信号同时均可接入两个通道（或三个通道）。

　　双通道调节方式：由双套控制器和各自完全独立的输入输出通道构成两个自动调节通道(AVR)和内含两个或一个手动通道。正常情况下一个通道工作,另一个处于热备用状态,彼此之间用通讯方式实现跟踪功能,当工作通道故障时,备用通道自动无扰动接替故障通道工作，通常用于大中型水电机组,以确保机组的连续、可靠、稳定运行。

　　三通道调节方式：通常是三通道,工作输出采用3取2的表决方式;或者构成两个自动通道,外加模拟手动通道,三个控制器间依据不同功能有不同分工,相互以通讯方式传递跟踪各种信息。

3、 通道同步采样
　　通道跟踪的目标是实现通道切换前与通道切换后，系统状态一致；切换过程中，系统无波动。要实现这两点，首先需要做到：两套调节器的采样系统一致性好，在全范围内的采集结果基本相同；

　　ADAM-5017S采用12通道模拟量输入同步采集，（非异步快速采集实现）为双通道提供了同步相位测量功能。

4、 数字信号处理部分
　　算法固定，但需要与频率同步，计算量大。PAC控制器ADAM-5550KW采用IEC61131-3标准编程，其结构化文本（STD语言，类似Pascal语言）可以方便实现数字信号处理部分实现交流信号的同步采样，FFT 变换和有功无功计算等励磁调节计算、逻辑控制、PSS及各种励磁限制功能均能由软件实现,还可以实现多种调节规律的选择切换。

5、 脉冲形成
　　脉冲形成模块ADAM-5081S集同步检测、脉冲形成等功能与一体。模块具有6 通道同步输入（即6路脉冲形成功能），脉冲产生使用实时的控制信号产生脉冲，在任意一相同步断线的情况下可以自动恢复同步信号，保证系统的正常运行。

　　脉冲形成模块ADAM-5081S还具有脉冲丢失监测功能；若有脉冲丢失，主机立即进行相应处理（切换热备并报警提示）。

6、 功率柜：
　　每个功率柜和灭磁柜具有独立的PAC控制器，实现对功率整流和灭磁开关及过压保护的控制和监测。通过网络和调节柜进行数据通信。

7、 监视界面
　　调节柜上的HMI人机界面可以采用研华的15”触摸屏电脑TPC-1570H，采用嵌入式操作系统Wince5.0，具有开机快、运行稳定等特点，可以对系统的运行状态进行监视；可以在线修改系统的运行参数；可以发出命令，控制调节器完成各种试验功能，方便现场试验。两个网口，通过交换机和调节柜、功率柜和灭磁柜中的PAC控制器ADAM-5550KW通过Modbus/TCP协议进行数据通信。

　　正常运行时显示励磁系统的一些常规测量数据,如机组