贝加莱 PCC 在黑河象山水电厂励磁装置技改中的应用

前言
        黑河象山水电厂共装机三台型号为SF6000-16/3250水轮发电机，容量均为6000KW。其励磁装置采用常规磁装调节器。
       为了提高电厂的综合自动化水平，提高机组运行的稳定性和可靠性，黑河象山水电厂和南宁瑞能自控技术有限公司合作，于2001年10月对3# 发电机的励磁装置进行技术改造。技改工作的主内容是取消原来的常规调节器，采用PCC 微机励磁调节器。
       3# 发电机励磁装置的技改工作顺利完成，设备运行良好，于是在2002年6月我们又以相同的方式完成了1#、2#机励磁装置的技改工作。投运后，我们两家单位会同黑龙江省电科院，对励磁系统进了一系列试验，包括起励、并网、甩负荷、零起升压、跟踪网压、进相等等，结果各项技术指标符合国家有关规范，令人满意。
       技改后，三台电机组的微机励磁装置使用至今，一直运行良好。总的来说，PCC微机励磁调节器体现出稳定性好、可靠性高、结构简单，操作方便的特点。因此，象山水电厂PCC微机励磁装置的技改工作获得成功。

1  可编程计算机控制器PCC 介绍
      可编程计算机控制器PCC作为一个全新的概念，是奥地利贝加莱自动化公司于1994年在工控界提出的。它将工业控制计算机（IPC）与常规可编程控制器PLC的特点结合起来。无论是从内部的硬件功能，还是从外部的编程、开发环境的简便而言，它都比常规可编程控制器PLC有较大进步。
1.1 PCC 的硬件和软件具有如下特点：
      CPU的速度起着决定性的作用。PCC 的CPU运算速度很快，例如2010 型的每条指令执行时间为0.125us。而且，要提高整个系统的速度就要考虑CPU 模块的多处器结构。PCC 的CPU 模块上有三个处理器，它们各司其职，协调工作，即互相独立，又互相关联，从而使CPU的资源得到了合理使用，同时最大限度地提高了整个系统的速度。
1.2 定性的多任务分时操作系统
      多任务分时操作系统来源于大型计算机，如UNIX机。它可以将整个操作界面分成数个分别具有不同优先权高的任务等级，有着较短的巡回扫描周期，而且每个任务等级可包括多个具体任务，在这些任务中间可再细分优先权的高低。这样整个控制系统便得了优化，具有较好的实时性。这对要求响应快的闭环控制系统是一个有力的工具。
1.3 编程语言高级化
      梯形图和指令表这两种编程方式是比较常见和传统的。除此以外，PCC还提供了高级语言（VC、VB 语言）以方便编程，方便描述一个复杂的程序和构思。这样一来，编程效率提高，新产品的研制周期大大缩短。
1.4 较大的程序存储空间
      能较高的系统分析计算能力当然要求有足够的程序存储空间，同时足够的存储空间是系统具备较强的数据处理能力的先决条件。应用程序存储空间的大小在某种意义说明了其硬件系统的先进程度。PCC有足够的程序存储空间供用户下载任务程序。

2  全可编程微机的PCC励磁调节器
2.1 励磁系统是发电机的自动控制系统
      它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。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。因此，具有优良的调节品质、丰富而实用的附加功能等特点，而在工业领域增减励信号中得到广泛应用。可编程计算机控制器PCC 的MTBF（平均故障间隔时间）大于50万小时。具有如此高的可靠性，工业上称为“无故障设备”。
我们采用PCC 作为励磁调节器的硬件，与现代控制理论相结合而设计的PCC微机励磁装置，采用模块化的硬件及软件结构，极大的提高了励磁系统的性能、稳定性、可靠性、智能化程度。PCC 励磁调节器原理框图如下：

2.2 软件（应用程序）
      除励磁调节器的硬件PCC 模块外，其软件也采用模块化。共有电压调节模块、功率因数调节模块、甩负荷模块、零起升压模块、跟踪网压模块等等，用户可以通过不同的模块组合以实行不同的运行要求，而不需要更改硬件配置。这样，功能的增减和程序的优化等工作变得轻松易行。整个励磁系统调节的软件流程图如下：

3   技术总结
3.1 PCC 微机励磁装置软、硬件均采用模块化结构，功能齐全，操作简便，工作可靠，调节平衡。特别是电压调节，功率因数调节，零起升压，跟踪网压等软件模块，使得整套励磁装置的自动化程度高，智能化程度高，可以满足无人职守电站的要求，体现了计算机控制的优越性。
3.2 采用PCC 作为调节器硬件， 其故障间隔时间（MTBF）大于50万小时，因而励磁系统的可靠性极高。而且，由于PCC的运算速度很快，满足了励磁系统反应快速的要求，各项技术指标均符合国家标准。
由于PCC 本身即专为工业控制所设计，因此整套励磁装置抗干扰的能力很强，不存在其他种类的微机（如单片微机等）易受电磁干扰的问题，对使用环境没有特殊要求，安装方便，使用面较广。
3.3 控制方式采用一种非线性理论：现代智能筛控制策略，励磁装置即可以按照用户指定的调节方式工作；在异常情况下，或者运行工况突然改变时（如机组突然甩负荷），它由会自动转入合理的控制方式运行。因此，整套励磁装置体现出很高的智能性。

4  结束语
总之，由黑河象山水电厂和南宁瑞能自控技术有限公司合作完成的励磁技改项目，经过一年多的运行考验，证明取得了成功。PCC微机励磁装置，不仅在成套机组的配套中应用良好，在老机组的技术改造中效果不错，也值得推广。

参考文献
［1］ 樊俊等.同步电机半导本励磁原理及应用，电力工业出版社，（1981）"
［2］ 林忠岳. 电力电子变换技术，重庆大学出版社，（1991）"