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1、第一章發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展及現(xiàn)狀§1-1 勵(lì)磁主回路的發(fā)展動(dòng)態(tài)在上世紀(jì)60年代以前,同步發(fā)電機(jī)基本上都是采用同軸直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁方式,由于當(dāng)時(shí)發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不大,輸電線路不長(zhǎng),因此基本上能滿足當(dāng)時(shí)的要求,但直流勵(lì)磁機(jī)維護(hù)困難,炭刷易產(chǎn)生火花,換向器易于磨損,隨著發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大,勵(lì)磁容量也相應(yīng)增大,當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)單機(jī)容量達(dá)10萬(wàn)千瓦,勵(lì)磁機(jī)容量已近500千瓦,而同軸的轉(zhuǎn)速為每分鐘3000轉(zhuǎn)的直流電機(jī),受限于換向的極限容量?jī)H為500千瓦。當(dāng)時(shí)大容量發(fā)電機(jī)或是用齒輪減速后驅(qū)動(dòng)直流勵(lì)磁機(jī),或是用帶大飛輪的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)發(fā)電機(jī)供勵(lì)磁。后來(lái),隨著硅整流元件出現(xiàn),直流勵(lì)磁機(jī)逐步被同軸交流勵(lì)磁機(jī)
2、和整流器代替,交流勵(lì)磁機(jī)的容量基本上不受限制。在1960年代,當(dāng)時(shí)的第一機(jī)械工業(yè)部委托電器科學(xué)研究院,組織了汽輪發(fā)電機(jī)三機(jī)交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)的全國(guó)統(tǒng)一設(shè)計(jì)。這種方式在大型汽輪發(fā)電機(jī)上一直延用至今。為減小時(shí)間常數(shù),交流勵(lì)磁機(jī)通常采用頻率100-250周,中頻付勵(lì)磁機(jī)用350-500周,早期中頻付勵(lì)磁機(jī)采用感應(yīng)子式,轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組,近年來(lái)已逐步被永磁發(fā)電機(jī)所代替。1960年代初,可控硅元件剛出現(xiàn),電流、電壓定額較低,所以他勵(lì)式可控硅靜止勵(lì)磁用得較少??煽毓柚饕迷谌龣C(jī)交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)主勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁控制上。應(yīng)該指出1960年代末期天津電氣傳動(dòng)設(shè)計(jì)研究所,在發(fā)展我國(guó)各種主回路勵(lì)磁方式上,起了很大作用,例如
3、在1969年率先研制,并在天津第一發(fā)電廠4#機(jī)25MW汽輪發(fā)電機(jī)上,投運(yùn)了直流側(cè)電流相加的自復(fù)勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng),并勵(lì)部分用的是三相半控整流橋。串聯(lián)部分用的是三相二極管整流橋。1971年投運(yùn)了由天傳所設(shè)計(jì),上海華通開關(guān)廠、上海整流器廠、上海電機(jī)廠參與生產(chǎn)的富春江2#機(jī)60MW發(fā)電機(jī)的自復(fù)勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng),容量為當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最大。并勵(lì)的功率部分用的是三相半控整流橋,限于當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)元件的水平,富春江水電廠的可控橋臂是由(700V,200A可控硅元件4串6并組成。此外天傳所還為長(zhǎng)辦試驗(yàn)電站陸水電站8800KW發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)了他勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng),可控硅整流橋用三相全控橋,整流橋每臂SCR 2串5并,于72年投
4、運(yùn)。后來(lái)這種方案天傳所還用在南椏河、漁子溪水電廠二臺(tái)4萬(wàn)KW發(fā)電機(jī)上。與此同時(shí),在參照河北省崗南水電站從日本進(jìn)口的10MW抽水蓄能發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的基礎(chǔ)上,還設(shè)計(jì)出了可控相復(fù)勵(lì)的勵(lì)磁系統(tǒng),在湖北省一臺(tái)10MW調(diào)相機(jī)上運(yùn)行。整流器是不可控的,是靠改變相復(fù)勵(lì)變壓器電壓繞組上的電壓來(lái)調(diào)節(jié),后者由飽和電抗器L控制,本方案可靠性高,缺點(diǎn)是相復(fù)勵(lì)變壓器,飽和電抗器體積大。動(dòng)態(tài)響應(yīng)差。 圖1-1 可控相復(fù)勵(lì)1970年代中期,天傳所還為河南安陽(yáng)發(fā)電廠一臺(tái)10萬(wàn)KW汽輪發(fā)電機(jī)研制了無(wú)刷勵(lì)磁裝置,同時(shí)還參加了從英國(guó)Brush公司引進(jìn)的一臺(tái)23MW燃汽輪發(fā)電機(jī)的無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)的仿制。同一時(shí)期,為給葛洲壩電站勵(lì)磁方案進(jìn)行中間
5、試驗(yàn),天傳所(東方電機(jī)廠參加在湖南省花木橋電站進(jìn)了交流側(cè)電壓相加的自復(fù)勵(lì)磁系統(tǒng)的研制。在中小型發(fā)電機(jī)上,天傳所還推出了雙繞組電抗分流勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng),國(guó)內(nèi)還開發(fā)過(guò)諧波勵(lì)磁系統(tǒng),最大的一臺(tái)是用在河北邯鄲馬頭電廠#25MW汽輪發(fā)電機(jī)上。 圖1-2 諧波勵(lì)磁系統(tǒng)大型發(fā)電機(jī)定子電壓高,諧波繞組和主繞組絕緣困難,制造工藝復(fù)雜。諧波勵(lì)磁只適用中小電機(jī)?,F(xiàn)在美國(guó)GE公司生產(chǎn)的P棒勵(lì)磁系統(tǒng)也是在發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)安放附加繞組(不是諧波繞組,作為勵(lì)磁供電電源。1970年代中期,南京熱電廠進(jìn)口了一臺(tái)125MW意大利制造的汽輪發(fā)電機(jī),采用他勵(lì)可控硅勵(lì)磁,勵(lì)磁機(jī)本身用不可控相復(fù)勵(lì),意專家來(lái)調(diào)試,曾遇困難,不穩(wěn)定,最后由我國(guó)的
6、技術(shù)人員調(diào)試成功,在此期間,富春江水電廠從法國(guó)進(jìn)口了5#、6#機(jī),勵(lì)磁為自復(fù)勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng),其自勵(lì)部分和復(fù)勵(lì)部分的直流側(cè)電壓串聯(lián)相加,這種方式比較特殊。應(yīng)指出,1960年代在大容量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁研究方面我國(guó)受到蘇聯(lián)影響,在新安江九號(hào)機(jī)10萬(wàn)KW水冷發(fā)電機(jī)上,也是采用了交流側(cè)相加的自復(fù)勵(lì)系統(tǒng)。這時(shí)串聯(lián)變壓器原邊的電流要在付邊轉(zhuǎn)換為電壓,變壓器鐵心中要嵌入空氣隙,導(dǎo)致串聯(lián)變壓器體積龐大,鑒于當(dāng)時(shí)可控硅容量無(wú)法滿足要求,整流器采用了汞弧整流器,后者有玻殼的和鐵殼的。(當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)斯大林格勒到古比雪夫的長(zhǎng)距離輸電也是用汞弧整流器。國(guó)內(nèi)電車供電電源當(dāng)時(shí)也是用汞弧整流器(缺點(diǎn)是對(duì)環(huán)境有污染整流得到的。此方案由哈爾濱電
7、機(jī)廠和東北的中試所和設(shè)計(jì)院等研制成。 圖1-3 直流側(cè)電壓串聯(lián)相加的自復(fù)勵(lì)(法國(guó)方案發(fā)電機(jī)自并勵(lì)方案,在國(guó)內(nèi)電力部門受舊觀念束縛,長(zhǎng)期認(rèn)為自并勵(lì)不可靠,無(wú)強(qiáng)勵(lì)能力,故障時(shí)無(wú)足夠短路電流,不能保障繼電保護(hù)正確動(dòng)作,在這方面清華大學(xué)等曾進(jìn)行了卓有成效的研究,并且指出自并勵(lì)的優(yōu)點(diǎn),動(dòng)態(tài)響應(yīng)快,適當(dāng)提高強(qiáng)勵(lì)倍數(shù)等,它的缺點(diǎn)是可克服的。國(guó)內(nèi)例如河北工學(xué)院電工廠,在福建省池潭水電廠50MW機(jī)組上成功地進(jìn)行了自并勵(lì)試驗(yàn),從國(guó)外進(jìn)口的天津大港發(fā)電廠320MW意大利火電機(jī)組,從日本進(jìn)口的唐山陡河火電廠發(fā)電機(jī)用自并激。由于自并激勵(lì)磁的一系列優(yōu)點(diǎn),已逐步為國(guó)人所接受。因此后來(lái)國(guó)內(nèi)許多水電廠如白山、龍羊峽、巖灘、隔河
8、巖等單機(jī)300MW以上電站也普遍采用自并激,三峽勵(lì)磁也不用葛洲壩的自復(fù)勵(lì)方案。由于國(guó)外許多廠家將自并勵(lì)作為汽輪發(fā)電機(jī)主要?jiǎng)?lì)磁方案,我國(guó)電力部門也逐步將自并勵(lì)采用到汽輪發(fā)電機(jī)上去,如1991年遼寧清河發(fā)電廠一臺(tái)210MW汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)改造,就采用了自并勵(lì)。當(dāng)然一般火電廠均建于城市市區(qū)或近郊,靠近負(fù)荷中心,沒(méi)有輸電穩(wěn)定問(wèn)題,使用三機(jī)交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)是沒(méi)什么問(wèn)題,但機(jī)組往往存在振動(dòng)、廠房長(zhǎng)投資大的問(wèn)題。通常建設(shè)在煤礦的坑口發(fā)電廠,往往要遠(yuǎn)距離輸電,這時(shí)是應(yīng)該選用快速響應(yīng)的自并勵(lì)系統(tǒng)。除了自并勵(lì)外,無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng)因不用電刷,無(wú)火花,可用于防爆環(huán)境。沒(méi)有炭刷粉未污染發(fā)電機(jī)端部絕緣,有利于延長(zhǎng)使用壽命,
9、沒(méi)有電刷也有可能做到免維護(hù),適用于無(wú)人電站。§1-2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)展動(dòng)態(tài)最初的同步發(fā)電機(jī)大都用同軸直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁,后者有用自并勵(lì)的,用于中小容量發(fā)電機(jī),大容量發(fā)電機(jī)大多帶直流付勵(lì)磁機(jī),早期的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器(常稱為自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器AVR實(shí)際上只有2個(gè)功能,即通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)電阻來(lái)達(dá)到發(fā)電機(jī)電壓恒定,和調(diào)差(使發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行下合理分配無(wú)功。對(duì)較大型的發(fā)電機(jī)還備有繼電強(qiáng)勵(lì)和繼電強(qiáng)減功能。亦即當(dāng)機(jī)端電壓下降較大時(shí),利用低電壓繼電器短路磁場(chǎng)繞組內(nèi)串接的某個(gè)電阻,從而達(dá)到強(qiáng)勵(lì)的目的,反之當(dāng)機(jī)端電壓突然上升時(shí),用電壓繼電器把一定電阻串入勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)中達(dá)到強(qiáng)行減磁的作用。國(guó)內(nèi)在1950年代進(jìn)口西方國(guó)家
10、的AVR主要有3類:A炭阻式;B銀針式;C磁盤式; (亦稱擺勵(lì)接觸式。這些都屬于機(jī)電式直接動(dòng)作的調(diào)壓器,它們的電壓敏感元件直接通過(guò)機(jī)械機(jī)構(gòu)操作勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)電阻。1、銀針式調(diào)壓器:西屋公司銀針式調(diào)壓器的原理線路圖示于圖1-4。它的電磁鐵線圈由發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)PT 及整流器供電,當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓變化時(shí),銜鐵運(yùn)動(dòng),推動(dòng)杠桿,使電阻的銀鈕接通或開斷,從而改變勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)回路的電阻,并通過(guò)由電流互感器CT供電的補(bǔ)償電阻,來(lái)自動(dòng)分配并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)間的無(wú)功負(fù)荷。勵(lì)磁機(jī)輸出經(jīng)穩(wěn)定變壓器,輸出穩(wěn)定信號(hào)到調(diào)節(jié)電路。 圖1-4 銀針式調(diào)壓器原理圖及銀針觸點(diǎn)2、炭阻式調(diào)壓器炭阻式調(diào)壓器的原理圖示于圖1-5。發(fā)電機(jī)電壓經(jīng)PT接入
11、磁電式敏感元件的動(dòng)線圈,當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓變化時(shí),動(dòng)線圈受到電磁力的作用而上下運(yùn)動(dòng),通過(guò)動(dòng)臂的動(dòng)作調(diào)節(jié)炭刷片的松緊程度,從而改變串聯(lián)于勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路中變阻器的電阻值,藉此調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓。此外,亦通過(guò)電流互感器CT供電的電阻,來(lái)自動(dòng)分配并聯(lián)發(fā)電機(jī)間的無(wú)功負(fù)荷。勵(lì)磁機(jī)輸出經(jīng)穩(wěn)定變壓器,輸出穩(wěn)定信號(hào)到調(diào)節(jié)電路。 圖1-5 炭阻式調(diào)壓器原理圖及實(shí)物圖3、盤式(擺動(dòng)接觸式調(diào)壓器磁盤式調(diào)壓器亦用于控制串聯(lián)于直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁回路上的電阻,來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓。圖1-6是它的原理圖。發(fā)電機(jī)電壓通過(guò)電壓互感器PT向分相電動(dòng)機(jī)定子或螺管線圈供電,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或螺管線圈的銜鐵,通過(guò)轉(zhuǎn)軸或動(dòng)臂操作變阻器的嵌有弧形炭刷的扇形片,使它
12、在固定的弧形接觸軌道上擺動(dòng),把接觸軌道銅塊間所接電阻抽出或接入,這樣便改變了勵(lì)磁機(jī)的磁場(chǎng)電阻。調(diào)壓器也裝有CT供電的補(bǔ)償電阻,起調(diào)差作用。 圖1-6 磁盤式調(diào)壓器原理圖及磁盤接觸擺在國(guó)內(nèi)上海華通開關(guān)廠生產(chǎn)過(guò)炭阻調(diào)節(jié)器,供用戶選用。此外1950年代學(xué)習(xí)蘇聯(lián),引進(jìn)了蘇式的以磁性元件為主的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,主要2大類型,電流復(fù)勵(lì)加電磁式校正器方式和相復(fù)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器方式。前者國(guó)產(chǎn)型號(hào)QF-D、SF-D,Q為汽輪發(fā)電機(jī),S為水輪發(fā)電機(jī),F指復(fù)勵(lì),D指電磁式電壓校正器,這類調(diào)節(jié)器在發(fā)電機(jī)空載時(shí),利用直流勵(lì)磁機(jī)自并勵(lì)作用,調(diào)節(jié)其磁場(chǎng)電阻使其達(dá)到空載額定電壓,發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷后,利用機(jī)端電流互感器反饋的復(fù)勵(lì)電流,整流后補(bǔ)
13、償發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng),由于電流復(fù)勵(lì)沒(méi)有相位補(bǔ)償?shù)淖饔?要保證發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)精度需要用電壓校正器,這種情況下勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁繞組往往還設(shè)計(jì)有1到2個(gè)附加繞組(單支或雙支校正器,電壓校正器輸出加到附加繞組中來(lái)調(diào)節(jié)勵(lì)磁,以達(dá)到所需調(diào)壓精度。相復(fù)勵(lì)調(diào)節(jié)器采用了相復(fù)勵(lì)變壓器,使得勵(lì)磁電流,不僅與定子電壓,電流有關(guān),并且還和兩者之間相位,即負(fù)載功率因數(shù)有關(guān)。這樣在發(fā)電機(jī)定子電壓,電流一定而負(fù)載功率因數(shù)改變時(shí),調(diào)節(jié)器也能滿足發(fā)電機(jī)所需勵(lì)磁。為保證有較高的調(diào)節(jié)精度,往往也可裝電壓校正器,國(guó)內(nèi)型號(hào)有稱為KFD(主要廠家:等。這類上海華通開關(guān)廠、河北工學(xué)院電工廠、哈爾濱宏偉開關(guān)廠它相當(dāng)于蘇聯(lián)YBK- m3勵(lì)磁系統(tǒng)直流勵(lì)
14、磁機(jī)維護(hù)困難,調(diào)節(jié)器時(shí)間響應(yīng)長(zhǎng)達(dá)1-5秒,動(dòng)態(tài)性能差,空載起勵(lì)發(fā)電機(jī)電壓超調(diào)量大,頻率特性差,但勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行基本穩(wěn)定,整流器件由硒片改為硅元件后,維護(hù)工作量較小。 圖1-7 帶電壓校正的相復(fù)勵(lì) 在同一時(shí)期,西方國(guó)家采用電機(jī)擴(kuò)大機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié),由于電機(jī)擴(kuò)大機(jī)放大倍數(shù)可達(dá)百倍甚至千倍,對(duì)勵(lì)磁控制信號(hào)功率要求十分小。圖1-8,圖1-9 為美國(guó)通用電氣公司生產(chǎn)的帶直流勵(lì)磁機(jī)和交流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng),調(diào)節(jié)器功率元圖 1-8 美國(guó)GE公司生產(chǎn)的直流機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)件為電機(jī)擴(kuò)大機(jī)。 圖1-9 美國(guó)GE公司生產(chǎn)的交流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)1950年代,蘇聯(lián)為解決斯大林格勒和古比雪夫上千公里的遠(yuǎn)距離輸電,用直流勵(lì)磁機(jī)無(wú)法解決,提
15、出了用汞弧整流器整流電流,直接向發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)供電的離子勵(lì)磁系統(tǒng),調(diào)節(jié)器方面在KFD基礎(chǔ)增加了端電壓、頻率的一階、二階微分U,U”,f,f”等所謂強(qiáng)力調(diào)節(jié)器,國(guó)產(chǎn)新安江9號(hào)機(jī)離子勵(lì)磁也是這種背景下的產(chǎn)品。隨著晶體管元件出現(xiàn),60年代可控硅出現(xiàn),我國(guó)可控硅元件是61-62年由一機(jī)部電器科學(xué)研究院率先研制出,后轉(zhuǎn)給北京椿樹整流器廠(當(dāng)時(shí)為弄堂工廠生產(chǎn)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器開始向固態(tài)型轉(zhuǎn)變,出現(xiàn)了以晶體管為主,用電阻、電容等分立元件組成的半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,功率元件開始采用可控硅,比起磁性勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和電機(jī)擴(kuò)大機(jī)等來(lái),固態(tài)調(diào)節(jié)器動(dòng)作速度快,如果設(shè)計(jì)正常,理論上講也可以是半永久性的。國(guó)內(nèi)從1970年代開始轉(zhuǎn)入研制這類調(diào)
16、節(jié)器,但是由于文革期間,研制廠家紛雜,缺乏勵(lì)磁系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),加上當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)元器件質(zhì)量不過(guò)關(guān),各廠自行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品,制造工藝不良,功能不全,不經(jīng)過(guò)工業(yè)試驗(yàn),正式鑒定,便投入生產(chǎn),因此可靠性差,故障頻繁。應(yīng)當(dāng)提到當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)一機(jī)部廣州電器科學(xué)研究所生產(chǎn)的調(diào)節(jié)器質(zhì)量較好。采用了半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器后,由于電子線路的靈活性,勵(lì)磁調(diào)節(jié)器逐漸增添了許多附加功能,使其逐步完善。隨著線性集成電路和數(shù)字集成電路出現(xiàn),進(jìn)一步改善了半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,原來(lái)要用6-8個(gè)晶體管組成的直流運(yùn)算放大器常至少要占一個(gè)印刷電路板,有了集成運(yùn)算放大器,一個(gè)芯片上集成2-4個(gè)運(yùn)放。1970年代后期,天津大港發(fā)電廠從意大利進(jìn)口的320MW火電機(jī)組
17、的自并激勵(lì)磁系統(tǒng),其勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是典型的集成電路組成調(diào)節(jié)器,其勵(lì)磁功能已相當(dāng)完善,但所用的印刷電路板多達(dá)68塊,國(guó)外的工藝能保證這種調(diào)節(jié)器能正常工作。80年代我國(guó)從西屋公司引進(jìn)的模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,適合于三機(jī)交流整流勵(lì)磁系統(tǒng)或無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng),西屋的WTA調(diào)節(jié)器功能也較完善,但有約40多塊印刷電路板,國(guó)內(nèi)仿制后,有時(shí)運(yùn)行就不穩(wěn)定,這與所選用的元件,是否經(jīng)嚴(yán)格老化篩選,以及加工工藝和質(zhì)量有關(guān)。1970年代末期,清華大學(xué)與天津電傳所合作研究開發(fā)了模擬式最優(yōu)勵(lì)磁控制調(diào)節(jié)器,1980年代中期在碧口水電站10萬(wàn)KW帶直流勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)上運(yùn)行,效果并不理想,模擬式調(diào)節(jié)器無(wú)計(jì)算能力,運(yùn)行中參數(shù)無(wú)法調(diào)整,另外經(jīng)過(guò)直
18、流勵(lì)磁機(jī),無(wú)法發(fā)揮勵(lì)磁最優(yōu)控制的優(yōu)點(diǎn),因此沒(méi)有發(fā)展前途。在利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行勵(lì)磁方面的研究,最早要推加拿大和蘇聯(lián)兩國(guó)曾聯(lián)合研究和研制,當(dāng)時(shí)用小型機(jī)MINICOMPUTER進(jìn)行研究,并且在試驗(yàn)室中對(duì)小發(fā)電機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)。那時(shí)計(jì)算機(jī)在電廠的應(yīng)用,主要承擔(dān),監(jiān)視,數(shù)據(jù)記錄,報(bào)警,打印制表等。那時(shí)計(jì)算機(jī)體積龐大,價(jià)格昂貴,只有出現(xiàn)了微型計(jì)算機(jī),才有可能實(shí)際使用,1979年底電力部南京自動(dòng)化研究所自控室,籌建了勵(lì)磁組,經(jīng)過(guò)蘊(yùn)釀?dòng)懻?決定不搞模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,直接自主開發(fā)微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,報(bào)請(qǐng)部科技司,80年電力部下達(dá)了微機(jī)勵(lì)磁的七五攻關(guān)項(xiàng)目。南瑞電氣控制公司經(jīng)多年攻關(guān),于1984年7月研制出第一臺(tái)工業(yè)樣機(jī),經(jīng)
19、所內(nèi)長(zhǎng)達(dá)半年的試驗(yàn),編制各種調(diào)節(jié)限制軟件,于1985春節(jié)前運(yùn)至池潭電站,用在2#機(jī),5萬(wàn)千瓦發(fā)電機(jī),4月上旬開始現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試,經(jīng)過(guò)一系列試驗(yàn),于4月27日通過(guò)72小時(shí)運(yùn)行考驗(yàn)。正式投入運(yùn)行。這使我國(guó)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁發(fā)展轉(zhuǎn)入新的一頁(yè),在世界上也是屬于領(lǐng)先地位,并得到了在北京參加IFAC”電廠和電力系統(tǒng)控制”國(guó)際會(huì)議主席、美國(guó)電廠和電力系統(tǒng)控制權(quán)威Tomas.E.Dyliacco教授的贊揚(yáng)。隨后,華中理工大學(xué)與東方電機(jī)廠合作生產(chǎn)了微機(jī)-模擬雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,88年在漁子溪電廠1號(hào)機(jī)試驗(yàn),采用了最優(yōu)控制算法。與南瑞電氣控制公司微機(jī)勵(lì)磁不同的,觸發(fā)部分仍用模擬式的,而用的Z80單板機(jī)不是工業(yè)專用機(jī)。微機(jī)的作用只
20、是起著模擬調(diào)節(jié)器的綜合放大等功用,此外微機(jī)一模擬雙通道,增加用戶維護(hù)困難,既要維護(hù)模擬式又要維護(hù)微機(jī)部分。由于微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器比起模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)有許多優(yōu)點(diǎn),從上世紀(jì)90年代開始,國(guó)內(nèi)也有許多單位競(jìng)相研制,但經(jīng)過(guò)十多年的競(jìng)爭(zhēng)淘汰,有實(shí)力的研制單位已不多,現(xiàn)列述如下:1南瑞集團(tuán)電氣控制公司其前身為電力部南京自動(dòng)化研究所,系微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器首創(chuàng)者,1985年4月在池潭水電廠#2號(hào)50MW發(fā)電機(jī)可控硅勵(lì)磁上投運(yùn)成功后,經(jīng)電力部鑒定,被評(píng)為1986年部科技進(jìn)步一等獎(jiǎng),1987年被國(guó)家科委評(píng)為國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。但新生事物,難以得到業(yè)界承認(rèn),直到1988年池潭電廠要求將其#1號(hào)機(jī)50MW也改用微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)
21、器,才有第二臺(tái)的投入,為提高運(yùn)行可靠性,該調(diào)節(jié)器由原有單自動(dòng)及單手動(dòng)通道,改制為雙自動(dòng)控制通道。后來(lái)葛洲壩水電廠對(duì)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也有興趣,提出要借用一臺(tái)試運(yùn)行,考慮到該廠的重要性,同意借一臺(tái)給二江分廠。據(jù)了解在隨后的一次事故中,廠內(nèi)許多機(jī)組因低勵(lì)限制失效而跳閘,而微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器所在發(fā)電機(jī)事故后,仍繼續(xù)運(yùn)行,此后,葛洲壩二江電廠又訂購(gòu)了兩臺(tái)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。1991年龍羊峽水電廠320MW發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置,故障頻繁,廠內(nèi)職工獎(jiǎng)金罰沒(méi),為此該廠派員外出調(diào)查,了解到微機(jī)勵(lì)磁運(yùn)行較好,到南瑞電氣控制公司訂購(gòu)了一臺(tái),于1992年投運(yùn),結(jié)果良好,過(guò)了大半年后,決定將該廠另外三臺(tái)320MW發(fā)電機(jī)也改用微機(jī)勵(lì)磁。
22、1992年科研體制改制,電氣控制公司成立,隨著龍羊峽電廠微機(jī)勵(lì)磁成功運(yùn)行,得到了業(yè)界的承認(rèn),電控公司業(yè)務(wù)量大增。1994年新建的鐵岺火電廠因勵(lì)磁裝置運(yùn)行不穩(wěn)定,擬采用微機(jī)勵(lì)磁,廠內(nèi)雖有不同意見,最后決定采用微機(jī)勵(lì)磁,消息傳出,徐州發(fā)電廠因勵(lì)磁運(yùn)行不好,要求先給該廠的2臺(tái)200MW發(fā)電機(jī)供貨。至此電控公司在水電和火電方面應(yīng)用局面被打開。該所微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器型號(hào)最初為WLT-1后改為SJ-800,進(jìn)入新世紀(jì)升級(jí)換代后,采用DSP和FPGA等后改為SAVR-2000,截止2004年3月底已投運(yùn)的發(fā)電機(jī)約650臺(tái),水電機(jī)組最大為320MW,火電機(jī)組為600MW及800MW.2廣州電器科學(xué)研究所該所197
23、0年代中生產(chǎn)勵(lì)磁裝置,開始主要面對(duì)中小用戶,質(zhì)量較好,1992年開始研制數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,當(dāng)年12月在新豐江水電廠85MW機(jī)組投運(yùn)。還搞過(guò)模擬-微機(jī)混合勵(lì)磁系統(tǒng)?,F(xiàn)在在水電廠勵(lì)磁中,己擠身于大機(jī)組勵(lì)磁投標(biāo)者的行列,成為南瑞集團(tuán)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。其微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器型號(hào)為L(zhǎng)TW-6200,30年來(lái)已為數(shù)百座電站提供了上千臺(tái)勵(lì)磁裝置,多數(shù)是用于中小型發(fā)電機(jī)。此外該所還與ABB結(jié)為合作伙伴。3河北工學(xué)院電工廠該廠生產(chǎn)勵(lì)磁裝置有很長(zhǎng)的歷史,原來(lái)主要生產(chǎn)磁性元件為主的調(diào)節(jié)器和模擬式勵(lì)磁裝置,1987年南京自動(dòng)化研究所向該廠轉(zhuǎn)讓了微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器技術(shù),該廠為遼寧清河發(fā)電廠200MW發(fā)電機(jī)研制了第一臺(tái)微機(jī)勵(lì)磁裝置。近年來(lái)
24、獨(dú)立開發(fā)了適用于中小型同步電機(jī)的DWLZ 型,和中大型同步發(fā)電機(jī)的WLZ型的雙通道微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。4武漢洪山電工研究所早先專業(yè)生產(chǎn)模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,性能基本穩(wěn)定,有不少用戶,近年來(lái)開發(fā)了新的一代TDWLT-01的微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng),目前它向市場(chǎng)提供的模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器型號(hào)為HJT-071S,數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器型號(hào)為5C800。5能達(dá)公司葛洲壩水電廠在微機(jī)勵(lì)磁運(yùn)行成功的基礎(chǔ)上,成立了能達(dá)公司,也研制了微機(jī)勵(lì)磁裝置,首先用于更新本廠的老勵(lì)磁設(shè)備,進(jìn)而參加了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),其勵(lì)磁裝置型號(hào)為MEC-31B。6清華同方清華大學(xué)勵(lì)磁裝置先是和”國(guó)電南自”合作生產(chǎn),后因后者退出市場(chǎng),改由清華同方生產(chǎn),其微機(jī)勵(lì)磁裝置型號(hào)為G
25、EC-1,特點(diǎn)是在控制策略方面采用了非線性最優(yōu)。但實(shí)際上仍是用PID作為基本的控制規(guī)律,其它三種,PSS,線性最優(yōu)LOEC,非線性最優(yōu)NOEC,可以選作為附加分量,加入調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中。由于依靠了清華大學(xué)品牌效應(yīng),發(fā)展態(tài)勢(shì)比較強(qiáng)勁,已成為有力的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)者。7主機(jī)廠勵(lì)磁車間東方電機(jī)廠和哈爾濱電機(jī)廠勵(lì)磁車間,原來(lái)勵(lì)磁產(chǎn)品質(zhì)量不過(guò)硬,雖具有成套供應(yīng)的優(yōu)勢(shì),但它們的勵(lì)磁產(chǎn)品,仍逃不過(guò)被改造的命運(yùn),后來(lái)東方電機(jī)廠引進(jìn)了ABB公司的微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及元件組裝,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了自主開發(fā),研制了型號(hào)為DWLS-2C的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,推入了市場(chǎng)。哈爾濱電機(jī)廠近日也推出HWLT-4微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,使用不多,正在進(jìn)一步打入市
26、場(chǎng)。8一些老牌勵(lì)磁研發(fā)單位,如機(jī)電部自動(dòng)化研究所,天津電氣傳動(dòng)研究所等,過(guò)去曾有過(guò)輝煌業(yè)績(jī),但受制于老體制,已基本被逐出市場(chǎng)。§1-3國(guó)外勵(lì)磁發(fā)展動(dòng)態(tài)國(guó)外在進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制勵(lì)磁研究,早在1960年代末期就已開始,用的是小型計(jì)算機(jī),大都是在一些大學(xué)和研究單位進(jìn)行,在理論上對(duì)控制方法規(guī)律進(jìn)行了研究,有的還在試驗(yàn)室的小的模型發(fā)電機(jī)上進(jìn)行了試驗(yàn),70年代加拿大和蘇聯(lián)對(duì)計(jì)算機(jī)(當(dāng)時(shí)稱數(shù)字式自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器DAVR勵(lì)磁進(jìn)行了聯(lián)合研究,但是真正用于現(xiàn)場(chǎng)是在微型計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后才有可能。應(yīng)該指出,南瑞電氣控制公司第一臺(tái)WLT-1微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在1985年投運(yùn)時(shí),通過(guò)國(guó)際專利聯(lián)網(wǎng)查詢,以及1986年葛洲壩電站
27、勵(lì)磁招標(biāo)會(huì)議,向國(guó)外公司詢價(jià)時(shí),沒(méi)有哪個(gè)能提供微機(jī)型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。實(shí)際上國(guó)外微機(jī)勵(lì)磁的應(yīng)用,也只是在80年代中葉后興起的,如日本東芝公司于1989年7月在日本的東北電力(株,八戶火力發(fā)電所3號(hào)機(jī)上開始投運(yùn)雙微機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,加拿大通用電氣公司CGE于90年5月已開發(fā)出微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。又如瑞士ABB公司利用廠用微機(jī)系統(tǒng)開發(fā)了UNITROL-D型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,很快就停止生產(chǎn)模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。95年又推出了新的一代微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器UNITROL-F,及UNITROL-P。1、瑞士ABB公司,大約是1989年開發(fā)出UNITROL-D的數(shù)字式 電壓調(diào)節(jié)器,是多微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,一共用了六個(gè)CPU,
28、1個(gè)CPU完成自動(dòng)調(diào)節(jié)和脈沖形成,1個(gè)CPU完成手動(dòng)調(diào)節(jié)和脈沖形成,(自動(dòng)及手動(dòng)雙通道,1個(gè)CPU完成自適應(yīng)電力系統(tǒng)穩(wěn)定器,1個(gè)CPU完成勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)功能,1個(gè)CPU完成順控,另1個(gè)CPU完成監(jiān)視功能。在50周波下每秒300次中斷。采用了直接交流采樣。圖1-10為UNITROL-D調(diào)節(jié)器的外外貌圖,它還具有一個(gè)小終端,通過(guò)它可以用來(lái)修改調(diào)節(jié)器各項(xiàng)參數(shù)及各個(gè)量的上、下限值。華能上海石洞口第二電廠從瑞士引進(jìn)的60萬(wàn)千瓦汽輪發(fā)電機(jī),就是使用了這種勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,瑞士ABB 圖1-10 UNITROL-D調(diào)節(jié)器公司H.Herzog先生在93年曾來(lái)南京自動(dòng)化研究院訪問(wèn),探討雙方合作可能性,95年該公司又派人
29、員前來(lái),介紹了該公司新開發(fā)的適用于中小發(fā)電機(jī)的UNITROL-F和大型發(fā)電機(jī)的UNITROL-P的新一代微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,其特點(diǎn)是硬件進(jìn)一步減少。例如UNITROL-P是由雙微機(jī)組成的雙自動(dòng)控制通道,每個(gè)通道只有3塊電路板組成,1塊是微機(jī)板,1塊是模擬量,數(shù)字量輸入/輸出板,另1塊是脈沖放大板,和南瑞電氣控制公司的SJ-800類似。由于微處理器的快速發(fā)展,其計(jì)算處理能力不斷加大,利用1個(gè)CPU處理所有勵(lì)磁調(diào)節(jié)功能是完全可能,這樣大量任務(wù)轉(zhuǎn)移到軟件中,減少硬件,使調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、明確,并不會(huì)降低其可靠性。新世紀(jì)瑞士ABB公司進(jìn)一步推出了UNITROL-5000的微機(jī)勵(lì)磁系列,增加了多種調(diào)試手段,完
30、善了通訊功能,增加了可控硅整流橋動(dòng)態(tài)和智能化均流方法等。圖1-11 瑞士ABB公司 UNITROL-P 勵(lì)磁系統(tǒng)方塊圖 2、美國(guó)通用(GE公司近年來(lái)從該公司進(jìn)口的火電機(jī)組上,配用了該公司生產(chǎn)的GENEREX-PSS勵(lì)磁系統(tǒng),國(guó)內(nèi)常稱為P棒電壓源勵(lì)磁系統(tǒng),即在發(fā)電機(jī)定子槽內(nèi)另嵌一組勵(lì)磁專用的線棒,但其輸出仍要接至整流變壓器上。究其原因是發(fā)電機(jī)短路時(shí),P棒有一定電流復(fù)勵(lì)磁能力,對(duì)維持故障時(shí)機(jī)端電壓有利,該系統(tǒng)功率電路有的還采用三相半控可控硅整流橋,比較落后,無(wú)法采用逆 圖1-12 美國(guó)GE公司GENEREX-PSS勵(lì)磁系統(tǒng)變滅磁,在半控橋丟脈沖的情況和續(xù)流管管壓降因老化而升高時(shí),常會(huì)產(chǎn)生某相可控硅
31、和其它兩相二極管持續(xù)導(dǎo)通的誤強(qiáng)勵(lì)情況,國(guó)內(nèi)早期的可控硅勵(lì)磁曾多次遇到這類問(wèn)題。進(jìn)口的客戶必須引起注意。該公司的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器型號(hào)為EX2000有手動(dòng)和自動(dòng)控制通道,它的一個(gè)特點(diǎn)是,有一個(gè)基于微處理器的智能操作員站,上有按鈕,信號(hào)燈,診斷顯示,儀表的數(shù)碼顯示,所有操作、遠(yuǎn)方通訊和透平控制系統(tǒng)聯(lián)系等都集中在此。3、英國(guó)羅-羅(Rolls-Royce公司:1991年研制了全數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,1996年升級(jí)到第二代,用了DSP,型號(hào)為(TMR即三通道冗余,圖1-13 表示了它的原理框圖。每通道自動(dòng)(以端電壓為調(diào)節(jié)量手動(dòng)(以勵(lì)磁電源為調(diào)節(jié)量方式可用軟件設(shè)置,自動(dòng)用PID調(diào)節(jié),手動(dòng)用PI調(diào)節(jié),控制算法每3
32、.3ms即60°電角度進(jìn)行一次,滅磁用磁場(chǎng)開關(guān),也可加非線性電阻。國(guó)內(nèi)張家口發(fā)電廠和上安電廠300MW火電機(jī)組有用,洪山電工所為其組裝。 圖1-13 羅羅公司的三模塊冗余(TMR調(diào)節(jié)器示意圖4、日本三菱電氣公司。從1984年開始研制數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,稱為D-AVR,截止2000年1月已生產(chǎn)80套, CPU采用Intel公司奔騰(586,型號(hào)為MEC5000,有單通道和雙通道型,圖1- 14 為其雙通道電路圖。 圖1-14 三菱公司雙通道微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)配置表 1 中表示了該系統(tǒng)運(yùn)行可靠性,只有工作通道和備用通道供電電源同時(shí)故障,或脈沖同時(shí)消失,才導(dǎo)致停機(jī)。表1 調(diào)節(jié)系統(tǒng)同時(shí)發(fā)生兩個(gè)故障時(shí)
33、,對(duì)系統(tǒng)的影響。 AVR繼續(xù)運(yùn)行失磁停機(jī)手動(dòng)運(yùn)行5、加拿大通用電氣(CGE公司隔河巖水電廠,4臺(tái)300MW機(jī)組采用CGE生產(chǎn)的SILCO型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自并勵(lì)系統(tǒng)。由兩臺(tái)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器組成雙通道系統(tǒng)。CPU用Intel公司80C188,時(shí)鐘頻8MHZ 每個(gè)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由9種印刷電路組成,特點(diǎn)是有2塊帶CPU的板,一作為調(diào)節(jié)用,另一作為順控用。聯(lián)接個(gè)人計(jì)算機(jī)IBM-PC后,可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的軟件模塊修改,投入或切除等。并可在調(diào)試時(shí)修改PID調(diào)節(jié)參數(shù),用的是直接數(shù)字觸發(fā)。勵(lì)磁系統(tǒng)的特點(diǎn)是采用了冗余設(shè)計(jì),運(yùn)行過(guò)程中單臺(tái)裝置故障一般不影響正常運(yùn)行。勵(lì)磁系統(tǒng)還包括了電氣制動(dòng)功能,起勵(lì)變壓器和制動(dòng)變壓器公用。隔
34、河巖1,2號(hào)是93年6,11月投入運(yùn)行,現(xiàn)在4臺(tái)機(jī)全都運(yùn)行。據(jù)從現(xiàn)場(chǎng)了解,除了整流變壓器發(fā)熱外,勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行良好。6、意大利ANSALDO(ASG公司 圖1-15 利港發(fā)電廠意大利ASG的雙通道勵(lì)磁調(diào)節(jié)器原理利港發(fā)電廠1#號(hào)機(jī)350MW發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是意大利生產(chǎn)的,于1992年底投入運(yùn)行,主結(jié)線為自并勵(lì),調(diào)節(jié)裝置由調(diào)節(jié)器和移相器組成見圖1-15,調(diào)節(jié)器為雙自動(dòng)控制通道。每個(gè)通道有三個(gè)CPU插件,CPU R,CPU T,CPU V,用的Motorola的16/32,68010, 10MHZ,VME96位總數(shù)。CPUR為主機(jī)負(fù)責(zé)調(diào)差,PID調(diào)節(jié),欠勵(lì),過(guò)勵(lì)限制及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS功能,CPU
35、 V負(fù)責(zé)人機(jī)接口,參數(shù)整定,顯示等,CPU T負(fù)責(zé)交流采樣U、I、P、Q頻率f等計(jì)算及數(shù)字濾波等。此外調(diào)節(jié)器還具有開關(guān)量輸入/輸出、模擬量輸入/輸出四個(gè)插件與外部聯(lián)系用。應(yīng)該指出調(diào)節(jié)器的控制信號(hào),仍通過(guò)D/A轉(zhuǎn)成模擬的控制信號(hào)Vcon,輸出到移相器產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,因此不屬直接數(shù)字觸發(fā)移相器。CPU是采用16位單片機(jī), 8096BH,12MHZ,即圖中Dconc。除此外還有9通道模擬插件DANIA以及脈沖發(fā)生器DESPB。DINIA輸入信號(hào)有7:RST三相3個(gè)同步信號(hào)、勵(lì)磁電壓UL、電流IL、由調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)Vcon,及跨接器的電流信號(hào)。DESPB輸出6相觸發(fā)脈沖外,還有1路脈沖用于啟動(dòng)跨接
36、器的。這個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的另一個(gè)重要的特點(diǎn)是完全取消了勵(lì)磁回路的滅磁開關(guān)。綜合以上來(lái)看,勵(lì)磁發(fā)展動(dòng)態(tài)可初步歸結(jié)為:1采用微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的趨勢(shì)是肯定的,微機(jī)勵(lì)磁也由簡(jiǎn)單地代替綜合放大器作用,擴(kuò)大到直接數(shù)字觸發(fā)等功能,由于微機(jī)處理器及CPU功能愈來(lái)愈強(qiáng),執(zhí)行時(shí)間愈來(lái)愈快,使硬件簡(jiǎn)化,一個(gè)通道調(diào)節(jié)器用多個(gè)CPU不是方向。其中包括取消模擬式變送器硬件,而采用直接交流采樣。為了加強(qiáng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性,許多廠家都采用從變送器,微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器,及其供電的穩(wěn)壓電源,到可控硅整流器,都用雙通道冗余,使得工作通道故障時(shí),自動(dòng)切到備用通道,避免了發(fā)電機(jī)的因勵(lì)磁故障停機(jī)。此外,附加的勵(lì)磁系統(tǒng)智能調(diào)試功能,采集的電氣量及
37、調(diào)節(jié)參數(shù)顯示和修正等人機(jī)會(huì)話界面,以及事件記錄,故障自檢和自診斷也被廣泛采用,使得勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行比過(guò)去更為便利。2 對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)來(lái)講,為加快停機(jī)速度,只用機(jī)械方式制動(dòng),是不夠的,因存在著許多缺點(diǎn),而應(yīng)該采用電氣制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)配合工作。電氣制動(dòng)要求定子短路電流為定值,這時(shí)可利勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的恒勵(lì)磁電流控制功能來(lái)完成,因此有趨勢(shì)將水輪發(fā)電機(jī)的電氣制動(dòng)功能包括進(jìn)勵(lì)磁系統(tǒng)來(lái)。3取消機(jī)械式滅磁開關(guān)的趨勢(shì)滅磁開關(guān)主要的作用是:在發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)迅速切除發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,與一般開關(guān)不同之處,發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組電感很大,因而發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)繞組中貯存著大量能量,需要利用開關(guān)迅速釋放,才能達(dá)到滅磁效果。圖1- 16 表示了現(xiàn)在
38、常用的滅磁方式: (a (b (c (d圖1-16 常用的幾種滅磁方式(a滅磁開關(guān)MZK由2個(gè)常開1常閉觸頭組成,正常運(yùn)行時(shí)常開觸點(diǎn)接通,常閉斷開,要滅磁,常閉觸點(diǎn)先接通,勵(lì)磁電流增加一條能通過(guò)滅磁電阻R的通路,然后常開觸頭斷開,常開觸頭斷開時(shí),靠拉弧也消耗部分能量,但磁場(chǎng)主要能量消耗在滅磁電阻R上。(b利用DM2滅磁開關(guān)拉弧。當(dāng)DM2開關(guān)拉開時(shí),勵(lì)磁電流因有磁場(chǎng)電感,有保持不變趨勢(shì),當(dāng)開關(guān)拉開時(shí),在開關(guān)2端感應(yīng)出很高電勢(shì),使開關(guān)2端產(chǎn)生電弧,在磁場(chǎng)作用下,電弧被吹進(jìn)滅弧柵中,在滅磁過(guò)程中能量消耗在電弧的燃燒上,但這時(shí)勵(lì)磁電源仍在供應(yīng)能量。另外開關(guān)電弧滅磁能量大小無(wú)法調(diào)整。會(huì)發(fā)生燒毀開關(guān)的情況
39、。(c利用DM4雙斷口空氣開關(guān)加非線性電阻FR,二極管D滅磁。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行,由于D及非線性電阻飽和電壓較高而不通。當(dāng)故障發(fā)生后,雙斷口開關(guān)DM4跳開時(shí),由于轉(zhuǎn)子電感作用下,勵(lì)磁組2端感應(yīng)出反向高電壓,使勵(lì)磁電流通過(guò)非線性電阻及二極管D,把主要磁場(chǎng)能量消耗在非線性電阻FR上。非線性電阻可按其所吸收的能量,任意組合比較靈活。(d三相交流開關(guān)滅磁,近來(lái)國(guó)外的一些汽輪發(fā)電機(jī)上,采用交流開關(guān)滅磁,省去龐大而昂貴的直流滅磁開關(guān),如圖1-16 D所示,交流開關(guān)分閘前,切除可控硅脈沖,這時(shí)整流橋陽(yáng)極組和陰極組各有一元件流過(guò)電流,分閘后,觸頭間產(chǎn)生交流電弧電壓Us,要能克服交流線壓UL后,仍大于非線性電阻FR
40、的動(dòng)作電壓時(shí),才能導(dǎo)致成功滅磁。隨著大功率電力電子元件,如大功率晶閘管的出現(xiàn),靜止固態(tài)開關(guān)必將最終代替機(jī)械開關(guān)。前者動(dòng)作時(shí)間快,維護(hù)工作量小,后者動(dòng)作慢,不宜頻繁操作,觸頭易燒壞,維護(hù)工作量大。當(dāng)然使用靜止固態(tài)開關(guān)的前提,是其可靠性大于機(jī)械開關(guān),圖1-17 為意大利公司為利港電廠勵(lì)磁裝置提供的固態(tài)開關(guān)的滅磁和轉(zhuǎn)子側(cè)過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置。 圖1-17 利港電廠意大利發(fā)電機(jī)固體滅磁及過(guò)電壓保護(hù)綜合裝置CBP ,CBN是正,反向跨接器(Crowbar的晶閘管開關(guān),RES為滅磁電阻。當(dāng)來(lái)正向過(guò)電壓時(shí)(勵(lì)磁繞組上+,下-,正向電壓經(jīng)二極管D6,4層觸發(fā)二極管BOD1,D7,D8,如過(guò)電壓足夠高,BOD1導(dǎo)
41、通,使正向電壓加在CBN控制極上,使CBN可控硅導(dǎo)通,達(dá)到限制正向過(guò)電壓的目的。在CBN導(dǎo)通瞬間,通過(guò)邏輯信號(hào)去使整流器逆變,以保證CBN自動(dòng)關(guān)斷,然后恢復(fù)整流器正常工作。當(dāng)反向過(guò)電壓來(lái)時(shí)(勵(lì)磁繞組下+,上-,加在D4,BOD1,D5,D3的電壓使BOD1導(dǎo)通,觸發(fā)CBP,使過(guò)電壓能量消耗在滅磁電阻上。這并不影響整流柜器正常工作。系統(tǒng)正常滅磁,由移相器來(lái)脈沖傳送到脈沖變壓器CN,CN副邊輸出脈沖經(jīng)D9觸發(fā)CBP,釋放發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子能量到滅磁電阻RES。系統(tǒng)正常滅磁,也可使SDE繼電器失電,SDE接點(diǎn)斷開K1,繼電器失電,其常閉觸點(diǎn)接通,如這時(shí)有正電壓(*經(jīng)D1,K1加到BOD2上,BOD2的電壓動(dòng)
42、作值一般較低,如BOD2動(dòng)作,則有正脈沖加至CBP,使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子滅磁。* 注意:這2種情況下滅磁命令發(fā)出前,令整流橋先處于逆變狀態(tài),有正電壓出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子繞組下端。具體滅磁時(shí)序如下,停機(jī)令到后,立即逆變滅磁,約20ms,CBP跨接器接通,這時(shí),逆變滅磁和跨接器同時(shí)滅磁。30ms后,切脈沖電源后,完全由跨接器滅磁。 t圖1-18 固體開關(guān)滅磁時(shí)序圖4 勵(lì)磁主接線方式不論是汽輪發(fā)電機(jī)還是水輪發(fā)電機(jī),國(guó)外許多公司勵(lì)磁,均采用自并勵(lì)方式。因無(wú)旋轉(zhuǎn)部分,維護(hù)方便,對(duì)水電廠取消同軸勵(lì)磁機(jī),可降低廠房高度,節(jié)省投資,另外自并勵(lì)磁系統(tǒng),動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良,有利于長(zhǎng)距離輸電穩(wěn)定。對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)而言,用自并激,可減小發(fā)電機(jī)長(zhǎng)
43、度,有利于減小振動(dòng),縮短廠房長(zhǎng)度,節(jié)省投資。另一方式是無(wú)刷勵(lì)磁系統(tǒng),也是國(guó)外采用較多。無(wú)刷系統(tǒng)取消了炭刷,有利于發(fā)電機(jī)端部繞組絕緣,不受污染,簡(jiǎn)化了維護(hù),特別對(duì)大型發(fā)電機(jī),對(duì)石化等防爆地點(diǎn),以及無(wú)人控制電站,無(wú)刷勵(lì)磁方式也比較理想。俄羅斯汽輪發(fā)電機(jī)系列包括500MW,800MW選用的他勵(lì)靜止式可控硅勵(lì)磁,比起靜止自并勵(lì)來(lái),快速旋轉(zhuǎn)的交流勵(lì)磁機(jī)和靜止的整流變壓器比,體積小,重量輕,并且他勵(lì),動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能也不比自并勵(lì)差。國(guó)內(nèi)發(fā)電機(jī)上微機(jī)勵(lì)磁總的應(yīng)用情況缺乏調(diào)查,現(xiàn)在僅以華北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)查結(jié)果來(lái)看,截止到2002-6月/20日,100MW以上發(fā)電機(jī)總共129臺(tái),用數(shù)字調(diào)節(jié)器為71臺(tái),國(guó)產(chǎn)共53臺(tái)
44、,南瑞電控26臺(tái),清華同方17臺(tái),武漢紅山10臺(tái),占全部數(shù)字調(diào)節(jié)器的74.6%,進(jìn)口的R-R公司10臺(tái),法國(guó)ALSTOM 2臺(tái),ABB 4臺(tái),日本三菱2臺(tái),共計(jì)18臺(tái)。廣州電器科學(xué)研究所等的裝置在華南及其它地區(qū)有使用。華北的例子沒(méi)有普遍性。第二章勵(lì)磁控制系統(tǒng)§2-1勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主要任務(wù)1、維持發(fā)電機(jī)或其他控制點(diǎn)(例如發(fā)電廠高壓側(cè)母線的電壓在給定水平維持電壓水平是勵(lì)磁控制系統(tǒng)的最主要的任務(wù),有以下3個(gè)主要原因:第一,保證電力系統(tǒng)運(yùn)行設(shè)備的安全。電力系統(tǒng)中的運(yùn)行設(shè)備都有其額定運(yùn)行電壓和最高運(yùn)行電壓。保持發(fā)電機(jī)端電壓在容許水平上,是保證發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行的基本條件之一,這就要求
45、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)不但能夠在靜態(tài)下,而且能在大擾動(dòng)后的穩(wěn)態(tài)下保證發(fā)電機(jī)電壓在給定的容許水平上。發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程規(guī)定,大型同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓不得高于額定值的110%。第二,保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。發(fā)電機(jī)在額定值附近運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的。如果發(fā)電機(jī)電壓下降,則輸出相同的功率所需的定子電流將增加,從而使損耗增加。規(guī)程規(guī)定大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓不得低于額定值的90%;當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓低于95%時(shí),發(fā)電機(jī)應(yīng)限負(fù)荷運(yùn)行。其他電力設(shè)備也有此問(wèn)題。第三,提高維持發(fā)電機(jī)電壓能力的要求和提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定的要求在許多方面是一致的。勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定和暫態(tài)穩(wěn)定的改善,都有顯著的作用,而且是最為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)而有效的措施。2、控
46、制并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率合理分配并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組無(wú)功功率合理分配與發(fā)電機(jī)端電壓的調(diào)差率有關(guān)。發(fā)電機(jī)端電壓的調(diào)差率有三種調(diào)差特性:無(wú)調(diào)差、負(fù)調(diào)差和正調(diào)差。兩臺(tái)或多臺(tái)有差調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí),按調(diào)差率大小分配無(wú)功功率。調(diào)差率小的分配的無(wú)功多,調(diào)差率大的分配到的無(wú)功少。如果發(fā)電機(jī)變壓器單元在高壓側(cè)并聯(lián),因?yàn)樽儔浩饔休^大的電抗,如果采用無(wú)差特性,經(jīng)變壓器到高壓側(cè)后,該單元就成了有差調(diào)節(jié)了。若變壓器電抗較大,為使高壓母線電壓穩(wěn)定,就要使高壓母線上的調(diào)差率不至太大,這時(shí)發(fā)電機(jī)可采用負(fù)調(diào)差特性,其作用是部分補(bǔ)償無(wú)功電流在主變壓器上形成的電壓降落,這也稱為負(fù)荷補(bǔ)償。調(diào)差特性由自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器中附加的調(diào)差環(huán)節(jié)整定。與
47、大系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的機(jī)組,調(diào)差率Ku 在土(3%10%之間調(diào)整。3、 提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性1勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)靜態(tài)穩(wěn)定的影響對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī),其功角特性為:Eq d Sin X EqUs P = 式中Eq 一發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì);Us 一受端電網(wǎng)電壓;Xd 一發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)間的總電抗。當(dāng)無(wú)勵(lì)磁調(diào)節(jié)時(shí), Eq=常數(shù),相應(yīng)功角特性如圖2-1(a所示。此曲線亦稱內(nèi)功率特性曲線。靜態(tài)穩(wěn)定功率極限等于P M =d X EqUs 。對(duì)應(yīng)的功角為900。 圖2-1 發(fā)電機(jī)內(nèi)、外功率特性曲線及端電壓和內(nèi)電勢(shì)變化圖(a Eq 恒定, (b當(dāng)Eq 恒定,Eq 及U 的變化;(c Eq 恒定, (d當(dāng)Eq 恒定,Eq 及U 的變化;(e
48、U 恒定, (f當(dāng)U 恒定,Eq 及Eq 的變化如果發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中可自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁,則此時(shí)Eq 為變值,相應(yīng)的傳輸功率可得到顯著的提高。假定自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)是無(wú)慣性的,并假定在負(fù)載變化時(shí)可保持發(fā)電機(jī)的暫態(tài)電勢(shì) Eq'近似為常數(shù),由于隨負(fù)載變化時(shí),內(nèi)電勢(shì)Eq 亦隨勵(lì)磁調(diào)節(jié)而變化,此時(shí)的功率特性己不是一條正弦曲線,而是由一組Eq 等于不同恒定值的正弦曲線族上相應(yīng)工作點(diǎn)所組成, 如圖2-1(c中曲線所示。為區(qū)別Eq 等于恒定值時(shí)的內(nèi)功率特性曲線,當(dāng)Eq 隨負(fù)載而變化的功率特性曲線稱之為外功率特性曲線。另由圖2-1(d可看出,如維持Eq'近似不變,則隨著負(fù)載增加,Eq 是上升的。靜態(tài)穩(wěn)定功率
49、極限理論值P M =d X qUs E '',具體數(shù)值取決于微動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的條件。對(duì)應(yīng)的功角大于900。如果勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具有更良好的性能和更高的電壓放大倍數(shù),在負(fù)載變化中可維持發(fā)電機(jī)的電壓U 為恒定值,此時(shí)的外功率特性曲線將具有更高的斜率,如圖2-1(e中所示的外功率特性曲線。靜態(tài)穩(wěn)定功率極限理論值P M =X UUs ,具體數(shù)值也取決于微動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的條件。對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子功角更大于900。同步電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定能力提高后,相應(yīng)系統(tǒng)傳輸功率的能力也得到提高。理論分析研究結(jié)果表明:勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓放大倍數(shù)Kou 與勵(lì)磁系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)Te 以及轉(zhuǎn)子功角間具有圖2-2所示的關(guān)系。由此圖可看出:在同一轉(zhuǎn)子
50、功角條件下,隨時(shí)間常數(shù)Te 的增加,為保證發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行所允許的電壓放大系數(shù)是增加的;在同一時(shí)間常數(shù)Te 條件下,隨轉(zhuǎn)子功角的增加所允許的電壓放大系數(shù)是減少的。由此引起了如圖2-1 (c和圖2-1(e所示的功率振蕩情況。 圖2-2 極限放大倍數(shù)(陰影部分為穩(wěn)定工作區(qū)2勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)暫態(tài)穩(wěn)定的影響現(xiàn)以圖2-3(a所示的線路為例,討論在短路故障下功率特性的變化。在圖2-3(b中曲線1表示雙回路供電時(shí)的功率特性曲線,其幅值等于:=X EqUs Pm 其中X =Xd+X T +Xe/2。 圖2-3 在短路故障下,功率特性曲線的變化(a 單機(jī)元限大母線系統(tǒng); (b短路故障下,功率特性曲線的變化曲線2表示
51、切除短路故障線路后的功率特性曲線。由于線路阻抗由Xe/2增加到Xe,使功率特性曲線的幅值減小到'X EqUs ,其中X =Xd+X T +Xe 。曲線3表示故障中的功率特性曲線。如果發(fā)電機(jī)初始工作點(diǎn)在功率特性曲線1的a 點(diǎn),短路后工作點(diǎn)將由功率特性曲線3所決定。在故障瞬間,由于慣性的影響,轉(zhuǎn)速維持不變,功率角仍為0,工作點(diǎn)由a 移至b 。其后,因輸出電磁功率減小,轉(zhuǎn)子開始加速,功率角開始增加。當(dāng)達(dá)到1時(shí)故障切除,功率特性為曲線2,工作點(diǎn)由c 移到e 點(diǎn)。由于慣性的影響,轉(zhuǎn)子沿功率特性曲線2繼續(xù)加速到f 點(diǎn),對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子功率角為 2。經(jīng)過(guò)反復(fù)的振蕩,最后穩(wěn)定在工作點(diǎn) g 處。同前所述,暫態(tài)
52、穩(wěn)定性決定于加速面積abed 是否小于或等于減速面積dfed 。 顯然,當(dāng)故障切除較慢時(shí), 1將增大,加速面積abed 將增大。如果減速面積小于加速面積,將進(jìn)一步加速,失去暫態(tài)穩(wěn)定性。提高暫態(tài)穩(wěn)定性有兩種方法,減小加速面積或增大減速面積。減小加速面積的有效措施之一是加快故障切除時(shí)間,而增加減速面積的有效措施是在提高勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓響應(yīng)比的同時(shí),提高強(qiáng)行勵(lì)磁電壓倍數(shù),使故障切除后的發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)Eq 迅速上升,增加功率輸出,以達(dá)到增加減速面積的目的。相應(yīng)變化如圖2-4所示。p po圖2-4 功率特性曲線由圖2-4可看出,正常時(shí),發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)在功率特性曲線1的a處;當(dāng)發(fā)生短路事故時(shí),相應(yīng)功率特性曲
53、線為曲線3。如在此時(shí)提供強(qiáng)行勵(lì)磁以迅速提高發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢(shì)Eq,使功率特性曲線由bc段增加到bc'段,由此在故障切除前減少了加速面積 (由abcd減少到abcd。在=c時(shí)故障切除后亦能增加減速面積(由曲線2的dehg增加到dehg。如面積de'hg等于面積deff,則可使轉(zhuǎn)子功角最大值由m降到m,明顯地提高了暫態(tài)穩(wěn)定性。顯然,勵(lì)磁頂值電壓越高,電壓響應(yīng)比越快,勵(lì)磁調(diào)節(jié)對(duì)改善暫態(tài)穩(wěn)定的效果越明顯。但是,考慮到發(fā)電機(jī)絕緣的強(qiáng)度,強(qiáng)勵(lì)頂值電壓以(79倍為宜,于此基值取為發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電壓。3勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的影響電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性問(wèn)題,可以理解為電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩的阻尼問(wèn)題。勵(lì)磁控
54、制系統(tǒng)中的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)作用,是造成電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩阻尼變?nèi)?甚至變負(fù)的最重要的原因之一。在定的運(yùn)行方式及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)下,電壓調(diào)節(jié)作用在維持發(fā)電機(jī)電壓恒定的同時(shí),特產(chǎn)生負(fù)的阻尼作用。在正常實(shí)用的范圍內(nèi),勵(lì)磁電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)阻尼作用會(huì)隨著開環(huán)增益的增大而加強(qiáng)。因此提高電壓調(diào)節(jié)精度的要求和提高動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的要求是不相容的。解決電壓調(diào)節(jié)精度和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性之間矛盾的有效措施,是在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中增加其它控制信號(hào)。這種控制信號(hào)可以提供正的阻尼作用,使整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)提供的阻尼是正的,而使動(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限的水平達(dá)到和超過(guò)靜態(tài)穩(wěn)定的水平。這種控制信號(hào)不影響電壓調(diào)節(jié)通道的電壓調(diào)節(jié)功能和維持發(fā)電機(jī)端電壓水平的能力,不改變其主
55、要控制的地位,因此,稱為附加勵(lì)磁控制。§2-2勵(lì)磁控制系統(tǒng)的一些調(diào)節(jié)和控制算法1、PID調(diào)節(jié)及其算法按偏差的比例、積分和微分進(jìn)行控制的PID調(diào)節(jié)器, 是連續(xù)系統(tǒng)控制中技術(shù)成熟、應(yīng)用最為廣泛的一種調(diào)節(jié)器。比例調(diào)節(jié)可以減小控制系統(tǒng)慣性時(shí)間常數(shù),但相對(duì)穩(wěn)定性降低,而且不能消除穩(wěn)態(tài)誤差;積分調(diào)節(jié)可以消除穩(wěn)態(tài)誤差;微分調(diào)節(jié)可以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,相應(yīng)可以增加比例調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中,應(yīng)用電壓偏差PID調(diào)節(jié)可以達(dá)到: 1穩(wěn)態(tài)時(shí)有較大的放大倍數(shù),使機(jī)端電壓接近恒定, 調(diào)節(jié)精度達(dá)0.1%以內(nèi),從而有較大的小干擾穩(wěn)定極限; 2暫態(tài)時(shí)有較小的放大倍數(shù),以避免超調(diào)和振蕩。1.1 并聯(lián)PID 調(diào)
56、節(jié):(理想PID 調(diào)節(jié) 輸入輸出之間微分方程為:+=t dtt de Kd dt t e Ki t e Kp t Y 0( (1(0+=t dt t de Td dt t e Ti t e Kp Uc Ug t e -=(式中:Y(t一一控制輸出;e(t一一機(jī)端電壓偏差信號(hào);Ug 一一電壓給定值;Uc 一一電壓測(cè)量值,與機(jī)端電壓成比例;Kp -一-比例系數(shù)用于提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度,以減少靜態(tài)偏差;Ti 一一積分時(shí)間常數(shù)用于消除靜態(tài)誤差;Td 一一微分時(shí)間常數(shù)用于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。 連續(xù)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為:S S E Kd SS E Ki S E Kp S Y +=(1( (1(1(S S E
57、Td SS E Ti S E Kp += 對(duì)于計(jì)算機(jī)控制,必須將上式離散化,用差分方程代替微分方程。采用梯形積分來(lái)逼近積分,采用后向差分來(lái)逼近微分,可得PID 數(shù)字控制算法:離散系統(tǒng)全量式差分方程為:(0T KT e KT e TKd T JT e Ki KT e Kp KT Y K J -+= (0T KT e KT e TTd JT e Ti T KT e Kp K J -+= T 一一采樣周期。離散系統(tǒng)增量式差分方程為:(T KT e KT e T Kd T KT e Ki KT e Kp KT Y -+= (T KT e KT e TTd KT e Ti T KT e Kp -+= 微
58、機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中PID 程序設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到調(diào)節(jié)死區(qū)、積分溢出和微分限幅。1.2 串聯(lián)PID 調(diào)節(jié):在模擬電路控制中無(wú)法采用理想PID 控制,而代之以下述串聯(lián)式 PID 。輸入輸出在頻域中的傳遞函數(shù)表達(dá)式為:sTb s Tc s Tb s Tc Kp s E s Y s Gc +=21211111( 上式以波德圖表示的幅頻特性如圖2-5。 圖2-5 標(biāo)準(zhǔn)PID濾波器的幅頻特性Kp 表示直流增益,用于確定調(diào)節(jié)器的調(diào)壓精度,經(jīng)過(guò)積分帶寬控制時(shí)間常數(shù)Tb1、積分時(shí)間常數(shù)Tc1確定的積分區(qū)段,在中頻區(qū)表現(xiàn)為暫態(tài)增益降低的比例增益Kr,以提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性,Tc1可取發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路時(shí)間常數(shù),Tb1約為Tc1的510倍;通過(guò)微分時(shí)間常數(shù)Tc2和微分帶寬控制時(shí)間常
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