南瑞励磁系统NES5100技术说明书概要
NES5100发电机励磁调节器技术说明书
V1.0
前言
本说明书介绍了南瑞集团电气控制分公司的NES5100发电机励磁调节器的功能、特点、硬件及软件配置、工作原理，供工程人员、市场人员以及用户参考，以便对NES5100有较全面的了解。
与本说明书有关的技术文件：
?硬件框图
?软件框图
?配线表
?使用说明书
?界面说明书
NES5100发电机励磁调节器说明书
文件版本：V1.0
南瑞集团电气控制分公司版权所有
目录
略
第一章概述
NES5100发电机励磁调节器是南瑞集团电气控制分公司的第三代励磁调节器，适用于同步发电机各种励磁系统。
NES5100发电机励磁调节器继承了我公司前两代励磁调节器SJ800和SAVR2000的核心技术，借鉴了前两代励磁调节器几十年现场运行经验，参考了IEEE Std 421.5TM-2005励磁系统数学模型，还吸收了目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺。在计算速度、控制周
期、抗电磁干扰、可靠性方面均有极大的进步。
NES51000发电机励磁调节器控制单元采用主频高达180MHz 的32位高性能微处理器为核心的硬件平台，采用积木式多通道冗余结构，并配备网络化的人机交互系统，采用嵌入式实时多任务操作系统，可实现逻辑现场组态。基于上述的硬件平台和软件构架，NES5100具有设计理念超前、可靠性高、操作简单、维护方便、使用灵活、扩展和兼容性高等特点。
1.1 适用范围
煤、天然气、水力、风力、太阳能等┅都可以用来产生电能。通常，上述形式的能量首先变换为机械能，然后通过发电机变换为电能。
电能转换大都使用同步发电机，其输出电压由励磁系统来控制，电能经过输电线路分配到负荷中心。图4-1为电能的产生环节：
水能机械能
电能
图1-1 电能的产生环节
NES5100发电机励磁调节器适用于各种方式的可控硅励磁系统，适用10MW 到1000MW 各种容量机组。典型的励磁方式如下：
1、自并励励磁系统，如图1－2；
2、自复励励磁系统；
3、两机他励可控硅励磁系统；
4、三机励磁系统；
5、无刷励磁系统；
可根据实际工程设计出具体的实际方案。
图1－2 典型自并励励磁系统框图
1.2装置功能
1.2.1 装置的主要功能
配有励磁调节器的并网发电机，可以按简图1-3来表示。图中，同步发电机为被调节对象，励磁调节器根据电网电压调节同步发电机的励磁电流。此时，电网影响闭环调节电路的性能，从这个意义上来说，电网是一个外部的干扰变量。同步发电机与电网的特性在很大程度上是已定的。励磁系统只是校正、优化其全部性能。
被控对象干扰量
NES5000励磁调节器
图1-3 励磁系统调节回路方框图
而NES5100作为励磁调节器的主要目的是精确地控制和调节同步发电机的端电压和无功功率。为了实现这个目的，磁场电压必须快速地对运行条件的变化作出反应，即响应时间不超过几毫秒。为此需要一个快速的控制器，它应当不断地将给定值与反馈值进行比较，在尽可能短的时间内进行调节计算，最终去改变可控硅整流器的触发角度。
另外作为计算机类产品，NES5100还具备实时故障诊断和容错功能、智能调节及辅助分析功能、信息网络化等功能。
1.2.2 基本调节和控制功能
调节规律：PID＋PSS：
?并联PID和串联矫正，通过设置二选一使用
?PSS1A和PSS32A模型，通过设置二选一使用
多种运行控制方式可选：
?恒机端电压闭环方式（AVR，基本配置）
?恒转子电流闭环方式（FCR，基本配置）
?定角度方式（试验）
?恒无功功率运行（选用）
?恒功率因数运行（选用）
独特的多重切换技术，保证各种情况下的切换无冲击，确保机组可靠运行
保证发电机按要求升压、并网、增减无功负荷及逆变停机
保证发电机稳定运行于空载、发电、调相、停机等工况
主备励无扰切换（选用）
余弦移相
1.2.3 限制器功能
为保证运行中的机组安全，保证机组与系统之间的运行稳定性，NES51000配置了完善的限制功能。主要有如下限制器：
转子过流过热限制器
过励延时限制器
欠励瞬时限制器
瞬时强励限制器
1.2.4 保护功能
励磁调节装置为保证机组安全，还具有如下保护功能：
过电压保护（OVP）功能
PT断线防误强励（PTP）功能
防止失磁措施低励切换（UEP）功能
失磁检测可保护（LOE）功能
防止过激磁措施切换（VFT）功能
过激磁保护（VFP）功能
1.2.5 辅助功能
励磁控制软件还具备一些必要的辅助控制功能，以及试验功能。
多种起励升压方式可选：
?快速零起升压控制（ZBC）
?机组软起励控制（SBC）
?自动初值起励升压
可控硅整流装置因为故障而限制功率单元出力控制（RCL）
高起始响应机组的励磁机电压限制器（EVL）
负载阻抗补偿控制（ZCOM），可任意设定正、负调差方式，且调差率大小可选择
系统电压跟踪控制（HVT）
用于水电机组制动用的柔性电制动控制器（FEB）
突然甩负荷限制器（TLL）
励磁电压反馈（ESS）
正弦波扫频
1.2.6 自检自诊断
为了保证励磁系统的运行可靠性，励磁调节装置不间断地检测自身各重要环节的状况，对异常或发生错误的环节进行及时的容错处理，对冗余的系统，闭锁发生异常或错误的通道。具体的自检和自诊断内容有：
电源电压过低、过高、或消失的检测
可控硅同步电压相序及发电机机端电压相序的检测
交流采样检测
可控硅触发脉冲号及数量的检测
控制角度的检测
双机通讯故障的检测
硬件和软件看门狗检测
1.2.7 容错控制
根据调节装置自检的结果，对各种信息进行分析，取得正确的信息维持励磁系统的正常运行。具体有：
机端电压测量容错
定子电流测量容错
转子电流测量容错
发电机频率测量容错
有功功率及无功功率测量容错
起励令及逆变令容错
增减磁信号容错
主断路器信号容错
1.2.8 智能维护和显示系统
图形化界面显示，可根据现场实际系统拓扑结构定制
传递函数显示，便于系统各项试验和仿真
信息网络化，实现远程监控和诊断
逻辑组态技术
在线帮助系统
调节装置配置了录波功能，每组波形记录所有模拟量和所有的开关量20秒内的数值及变位信息，装置内存可存储多组波形，停电不丢失，且记录波形实时上送给后台储存，永不丢失。录波保存有3种形式，分别是：
?故障或异常自动保存：由故障信号和异常信号自动保存，记录在故障或异常发生前10秒和后10秒的波形和异常状态，完全保护故障现场，有利于故障的分析和事故
的追忆；
?手动保存：由人为操作，记录及显示任何一段20秒时间内的数据；
?试验自动保存：由阶跃试验自动保存，记录试验过程的机组参数数据。
故障分析系统
异常情况纪录，包括动作和返回时间，最大可纪录1000条
波形分析
采样示波器模块，该模块以100ms的刷新频率对励磁调节器24个采样通道进行数据采集和图形显示。用户能方便地查看A套或B套调节器的任意通道的采样实时数据。
1.3 装置特点
1.3.1 设计理念超前
几十年励磁实际工程经验：
总结过去现场运行经验，可预见励磁的发展前景，应用到新产品中，使得产品的淘汰周期大大延长
瞬时无功理论：
利用瞬时无功理论提高采样的准确性和判据的可靠性，为调节计算提供准确可靠的数据嵌入式实时多任务操作系统：
使用嵌入式操作系统提高了代码移植性。实时系统具有快速可靠的中断响应，保证了励磁程序的高效率运行。多任务环境允许一个实时应用作为一系列独立任务来运行，各任务有各自的线程和系统资源，合理安排了励磁控制外围程序的运行。这种软件构架保证了系统和励磁控制程序的安全性和可靠性
组态技术：
可根据现场要求进行逻辑组态，使得调试的灵活性大大提高
图形化界面：
可根据现场实际系统的拓扑进行组态，界面直观，便于使用
模块化设计：
程序各功能模块化，接口规范化，方便软件升级
1.3.2 可靠性高
工艺结构设计：
标准19英寸6U机箱结构，所有功能板件均采用了全金属屏蔽技术，大大增强了散热、防尘及抗电磁干扰的水平。前插式的功能板件经过了专门的工业设计和工艺改进，在外观、结构强度、工艺水平等方面都得到显著的提升。采样先进的板件生产技术，成套表贴生产流水线批量生产，质量可靠
电磁兼容设计：
NES5100励磁调节器在整体机柜和局部设计上均考虑到提高装置的电磁兼容能力。针对电磁兼容的多项试验，在接地、滤波、屏蔽、布线、电路设计、EMC器件选用等方面均采取了多种措施和精心设计。着重在电磁干扰的传播途径和装置本身接受方抗扰度能力上多采取措施，提高装置的电磁兼容的能力。
柜体、插箱、板件安全接地，各控制模块功能接地，遵循就近接地原则，使得接地距离尽可能短，减少干扰。地线根据功能划分成数字地、模拟地等，接地方式多样。
除了常规的无源、有源滤波外，还采用了诸如磁阻、扼流器等多种专用EMC器件。
采取三重屏蔽，既可提高抗外部干扰能力，还可减少对外部的干扰。
采用合理的布线方式，综合考虑导线的种类、信号的强弱、导线的长短、导线的屏蔽方式等，减少布线方式对导线电感、电阻、噪声耦合等的影响。
电路设计时充分考虑到信号的噪声，采用各种手段和电路来抑制噪声的传导和干扰。
器件选型时将器件本身的抗干扰的品质考虑在内。
通道冗余设计：
NES5100发电机励磁调节器柜是由两个或多个NES5100控制单元组成，可配置多达6台大功率可控硅整流柜，为发电机组提供励磁。每个控制单元均作为一个独立的调节通道，可独立承担所有的励磁调节任务，互不公用，互不干扰，一套为主，从套跟踪热备用，组成冗余的两通道或多通道系统，保证任一套控制单元发生任意故障时不会影响其它控制单元的正常工作，从而保证系统的可靠运行。
严格的质量保证体系：
南瑞电控公司自1997年通过ISO9001质量体系认证以来，在南瑞集团的统一要求下，建立并完善了一整套严格的质量保证体系，从元器件的选型、部件的生产、装置的安装到整体的调试、验收等，都有专业的质量监控人员全程跟踪和监督，在生产流程上提高装置整体的可靠性。
1.3.3 扩展性和兼容性高
预留可扩展板件：
预留可扩展板件位置，可根据实际需要扩展开关量数量，或脉冲输出。
通讯接口多样化：
可提供RS232、RS485、CAN BUS、以太网、GPS对时等通讯接口。以太网通讯协议参考IEC60870-103规约的通用报文服务，面向对象，可实现报文的自解释。
调节软件标准化：
大量参考长期以来关于励磁调节方面的论文，以IEEE Std 421.5TM-2005励磁系统数学模型为蓝本，结合长期以来我公司现场运行的经验，使得调节软件标准化，可满足多种现场运行以及励磁系统现场试验的要求。
外部接口标准化：
模拟量接口、开关量接口、通讯接口等标准化，充分考虑到前两代产品的升级要求。
1.3.4 操作性强
界面图形化：
专用的人机界面，界面图形化，可显示整套励磁系统的模拟量、数字量等运行信息。操作形象简单，满足新老运行人员的需求。
数据格式多样：
提供数据的三种格式，即实际值、百分值、码值。便于不同使用习惯人员使用。
试验接口简洁：
装置试验接口明确，可满足励磁系统试验的要求，试验界面操作简单，便于试验人员操作。
试验结果录波分析：
提供试验结果的录波功能，并可对试验结果进行简单分析，减少试验人员对数据的处理工作。
1.3.5 维护方便
故障录波：
当装置故障时，可自动触发故障录波功能，为故障的分析提供原始的数据。
故障及复位纪录：
可纪录多达1000条（可增多）的故障以及故障复位纪录，纪录故障、告警、限制等信号的动作和复位时间。
故障专家诊断：
当故障发生时，不仅给出故障的种类，而且可根据检修人员需要，给出该种故障产生的原因以及维护的方法。使得检修人员可根据提示，尽快的解决故障。
故障预警系统：
综合系统内部大量信息，对故障发生的可能性作出判断并预警，在不影响系统正常运行的前提下，对可能发生的故障作出相应的处理。可提前通知检修人员，为系统的长期稳定运行创造条件。
插箱结构一体化：
一体化的插箱设计，插箱可方便整体装卸，每套插箱可独立运行，单套插箱维修方便简单。
第二章主要技术参数
2.1 整柜配置
NES5100发电机励磁调节机柜采用拼装式结构。前门单开，后门双开，前后门均为扑门结构，柜前门为有机玻璃，前后门均配有带锁门把；柜内为立柱加插箱形式，以四根立柱为主体，形成内框架；柜外表采用喷塑工艺，亚光橘纹，可按色卡配色。
柜内配置为：两套或三套互为独立、互为备用的调节控制单元（插箱），每套含有自动和手动控制环节再加独立手动控制环节；显示操作层，可采用彩色液晶显示工控机或显示操作模块；可编程逻辑控制器（选用）。
装置与外部连接的总端子排设再内框架后部两侧，沿后立柱设走线槽。机柜底部开有电缆走线孔，提供用户将现场信号和装置输出信号引入或引出。机柜后部内侧下方，装有两只隔离变压器，用于调节器交流电源隔离。上方设有空气开关，用于投切电源。
正视图和背视图如图2-1和2-2所示。
2.2 机械结构
2.2.1 结构数据
励磁系统介绍
发电部培训专题（发电机的励磁系统）（因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）
我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。 发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行。励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为0.8倍的机端电压值。 我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。每一路整流装置都设有快速熔断器保护。 我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。如图所示：
我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KV A，变比为，接线形式为△/Y5形式，高压侧每相有3组CT ，其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为测量用。低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为备用。高压侧绝缘等级是按照35KV设计的，它设有静态屏蔽装置。 我厂励磁调节器采用的是数字微机型，具有微调节和提高暂态稳定的特性。励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。自动调节器有两个完全相同而且独立的通道，每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。单通道可以完全满足发电机各种工况运行。自动调节器具备以下4种运行方式：机端恒压运行方式、恒励磁电流运行方式、恒无功功率运行方式、恒功率因数运行方式。自动调节器采用风机强制通风。
发电机的励磁系统介绍8页
发电部培训专题（发电机的励磁系统） （因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。 发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行。励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为0.8倍的机端电压值。 我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。每一路整流装置都设有快速熔断器保护。 我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。如图所示： 我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KVA，变比为，接线形式为△/Y5形式，高压侧每相有3组CT ，其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为测量用。低压侧设有三组CT其中两组分别提供给发变组保护A、C柜，另一组为备用。高压侧绝缘等级是按照35KV
设计的，它设有静态屏蔽装置。 我厂励磁调节器采用的是数字微机型，具有微调节和提高暂态稳定的特性。励磁调节器设有过励限制、过励保护、低励限制、电力系统稳定器、过激磁限制、过激磁保护、转子过电压和PT断线保护单元。自动调节器有两个完全相同而且独立的通道，每个通道设有独立的CT、PT稳压电源元件。两个通道可实现自动跟踪和无扰动切换。单通道可以完全满足发电机各种工况运行。自动调节器具备以下4种运行方式：机端恒压运行方式、恒励磁电流运行方式、恒无功功率运行方式、恒功率因数运行方式。自动调节器采用风机强制通风。 起励和灭磁单元：我厂励磁系统起励分为残压起励和直流备用电源起励两种方式。一般起励方式采用残压起励，当可控硅输入电压小于5V时，起励开关会自动合上，采用直流备用电源起励，当电压大于额定电压的10%时，起励开关自动断开，整流桥进入正常运行方式。当可控硅输出电压大于直流蓄电池电压时，起励回路二级管自动截止，防止向蓄电池反充电。励磁系统的起励条件：MK（灭磁开关）在合位；发电机转速大于2700RPM；无分闸和跳闸指令；具备残压起励或起励电源。下图为起励系统的示意图：灭磁装置作用是：在出现事故时，为了保证发电机的安全，迅速将磁场能量释放掉，灭磁装置包括：MK、跨接器、非线性电阻。灭磁装置在任何工况下均能可靠灭磁，强励动作中灭磁时转子过电压值不大于4~6倍的额定励磁励磁电压值。灭磁单元包括：MK、灭磁电阻、转子过电压保护回路。灭磁装置的灭磁功能是靠灭磁开关、跨接器、灭磁电阻来实现的。灭磁开关作用是在任何情况下安全切断励磁电流，在励磁变和磁场绕组之间
励磁系统原理
同步发电机励磁系统 一. 概述 1-1 励磁系统的作用 励磁系统是同步发电机的重要组成部分，是给发电机提供转子直流励磁电流的一种自动装置，在发电机系统中它主要有两个作用： 1）电压控制及无功负荷分配。 在发电机正常运行情况下，自动励磁调节器应能够调节和维持发电机的机端电压（或升压变压器高压侧的母线电压）在给定水平，根据发电机的实际能力，在并网的发电机之间合理分配无功负荷。 2）提高同步发电机并列运行的稳定性；提高电力系统静态稳定和动态稳定极限。 电力系统在运行中随时可能受到各种各样的干扰，引起电力系统的波动，甚至破坏系统的稳定。自动励磁调节器应能够在电力系统受到干扰时提供合适的励磁调节，使电力系统建立新的平衡和稳定状态，使电力系统的静态及动态稳定极限得到提高。 1-2 励磁系统的构成 励磁系统主要由以下部分构成： 1）功率部分：它由功率电源（励磁机或静止整流变压器提供）、功率整流装置（采用直流励磁机的励磁系统无整流装置）组成，是励磁系统向发电机转子提供励磁电流的主要部分。 功率部分的性质决定着励磁系统主接线的型式及使用的主要设备的类型。如：采用直流励磁机的励磁系统不可能使用静止功率整流装置。又如：采用静止它励型式的励磁系统不可能还有直流励磁机。还如：使用静止励磁变压器的励磁系统必然采用静止整流功率装置。 2）自动励磁调节器：自动励磁调节器是励磁系统中的智能装置。励磁装置对发电机电压及无功功率的控制、调节是自动励磁调节器的基本功能。自动励磁调节器性能的好坏，决定着整个励磁系统性能的优劣。但它只能通过控制功率部分才能发挥其作用。
1-3励磁系统的分类 励磁系统的分类有两种分类方式。 其一是按照有无旋转励磁机来分，其二是按照功率电源的取向来分。 按照有无旋转励磁机的分类方式有如下类型： 有刷励磁 旋转励磁方式无刷励磁 混合式励磁方式 二极管整流励磁方式 静止励磁方式可控硅整流励磁方式 混合式整流励磁方式 按照功率电源的取向分类时有如下类型： 自并励 交流侧串联自复励 自励方式交流侧并联自复励 直流流侧串联自复励 自复励直流流侧串联自复励 励磁机供电方式（包括直流励磁机和交流励磁机） 他励方式二极管整流方式 厂用交流电源供电方式可控硅整流方式 其他供电方式 在上述众多的分类中，有许多方式已经被淘汰，有些尽管还在使用，但终究会被淘汰。如交流侧并联自复励方式。还有交流侧串联自复励方式现在已经很少使用。 由于葛洲坝电厂的全部机组都采用了自励静止可控硅整流励磁方式，下面简单介绍他的主要接线方式。 FMK L F LH ZB PT SCR 自动励磁调节器（AVR) 图1-1（a）静止可控硅整流自并励励磁系统接线图 在图1-1（a）的接线中，整流功率柜的阳极电源是经过励磁变压器ZB直接从发电机机端取得的。所谓自励系统就是由发电机直接提供励磁电源。由于励磁变压器是单独并联在发电机机端，并且采用了静止可控硅整流，故图1-1（a）称为静止可控硅整流自并励方式。 由图1-1（a）可以看出，此种方式的接线非常简单，使用的设备也较少，受到用户普遍欢迎，是世界
1-励磁系统中的各种定值及试验
1-励磁系统中的各种定值及试验
励磁系统中的各种定值介绍 一、励磁系统中各种定值的分类 励磁系统中的各种整定值主要是在励磁调节器（AVR）中。本次重点介绍励磁调节器中的定值。 1、发电机的励磁形式一般有直流励磁机系统、三机常规励磁系统、无刷旋转励磁系统、自并励励磁系统等。 （1）自励直流励磁机励磁系统： （2）三机常规励磁系统： （3）无刷旋转励磁系统 （4）自并励励磁系统
2、华北电网各个电厂所用的励磁调节器有吉思GEC系列、南瑞电控SAVR2000系列、NES5100系列、SJ800系列、武汉洪山的HJT系列、ABB公司的UN5000系列、GE公司的EX2100系列、英国R-R的TMR-AVR、日本三菱等。 各个厂家的励磁调节器中的定值数量各不相同。少的几十个（如吉思、南瑞），多的上千个（如ABB、GE）。 3、针对各种励磁调节器中的定值按照使用功能可以分为 （1）控制定值（控制参数） 控制定值包括自动方式控制参数、手动方式控制参数、PSS控制参数、低励限制控制参数、过励限制控制参数、过激磁限制控制参数等 （2）限制动作定值 包括过励限制动作定值、过激磁限制动作定值、低励限制动作定值等 （3）其他定值 包括励磁调节器模拟量测量的零飘修正、幅值修正、励磁方式定义、起励时间设定、调压速度设定、调差率等。
励磁调节器内部的控制参数 励磁调节器作为发电机的一种自动控制装置。在正常运行或限制动作时，用来控制发电机的运行工况不超过正常运行范围的参数。这些参数在运行中，是时刻发挥作用的。控制参数整定的合理，直接影响整个励磁系统的动态特性的好坏及各种限制功能的正常发挥作用。 一、自动方式下的控制参数(电压闭环) 1、自动方式是以机端电压作为控制对象的控制方式，是励磁调节器正常的工作方式。也是调度严格要求必须投入的运行方式。 华北电网调度部门下发的《华北电网发电机励磁系统调度管理规定》中规定： （1）各发电厂机组自动励磁调节装置正常应保持投入状态，其投入、退出和参数更改条件应在运行规程中作出规定，并应得到调度部门和技术监督部门的批准。调度部门要求投入的PSS装置应可靠投入运行。发电机自动励磁调节装置、PSS装置如遇异常退出，应及时向当值调度员备案，事后向技术监督部门汇报。 （2）电厂将励磁系统定值报有关调度部门和技术监督部门审核、批准后执行。运行中如定值或设定参数发生变化，须经有关调度部门和技术监督部门核准方可执行。参数实测后如定值或设定参数发生变化，应说明对已实测参数是否有影响，必要时重新进行参数实测工作。 （3）发电机励磁系统应采用定发电机电压控制方式运行。如果采用其他控制方式需要经过调度部门和技术监督部门的批准。 2、按照经典自动控制原理，一般采用PID控制方式。其中的P代表比例调节控制，I代表积分调节控制，D代表微分调节控制。 一般励磁调节器中的PID控制形式有以下三种方式： （1）并联PID控制方式传递函数
几种常见的励磁系统介绍
发电机的心脏——励磁系统 发电机励磁系统概述励磁系统是同步发电机的重要组成部分，它是供给同步发电机励磁电源的一套系统。励磁系统一般由两部分组成：（如图一所示）一部分用于向发电机的磁场绕组提供直流电流，以建立直流磁场，通常称作励磁功率输出部分（或称励磁功率单元）。另一部分用于在正常运行或发生故障时调节励磁电流，以满足安全运行的需要，通常称作励磁控制部分（或称励磁控制单元或励磁调节器）。在电力系统的运行中，同步发电机的励磁控制系统起着重要的作用，它不仅控制发电机的端电压，而且还控制发电机无功功率、功率因数和电流等参数。在电力系统正常运行的情况下，维持发电机或系统的电压水平；合理分配发电机间的无功负荷；提高电力系统的静态稳定性和动态稳定性，所以对励磁系统必须满足以下要求： 图一 1、常运行时，能按负荷电流和电压的变化调节（自 动或手动）励磁电流，以维持电压在稳定值水平，并能稳定地分配机组间的无功负荷。 2、应有足够的功率输出，在电力系统发生故障，电压降低时，能迅速地将发电机地励磁电流加大至最大值（即顶值），以实现发动机安全、稳定运行。 3、励磁装置本身应无失灵区，以利于提高系统静态稳定，并且动作应迅速，工作要可靠，调节过程要稳定。我热电分厂现共有三期工程，5台同步发电机采用了3种励磁方式: 1、图二为一期两台QFG-6-2型发电机的励磁系统方框图。 图二
2、图三为二期两台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图。 图三 3、图四为三期一台QF2-12-2型发电机的励磁系统方框图 图四 一、三种发电机励磁系统的组成 一期是交流励磁机旋转整流器的励磁系统，即无刷励磁系统。如图二所示，它的副励磁机是永磁发电机，其磁极是旋转的，电枢是静止的，而交流励磁机正好相反，其电枢、硅整流元件、发电机的励磁绕组都在同一轴上旋转，不需任何滑环与电刷等接触元件，这就实现了无刷励磁。二期是自励直流励磁机励磁系统。如图三所示，发电机转子绕组由专用的直流励磁机DE供电，调整励磁机磁场电阻Rc可改变励磁机励磁电流中的IRC从而达到调整发电机转子电流的目的。三期采用的是静止励磁系统。这类励磁系统不用励磁机，由机端励磁变压器供给整流器电源，经三相全控整流桥控制发电机的励磁电流。 二、励磁电流的产生及输出
励磁系统原理
发电机励磁系统原理 一.励磁系统 1.励磁系统基本原理 同步发电机励磁电源一般采用直流电，励磁系统的作用主要就是供给发电机转子绕组的直流电源。同步发电机励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成。励磁功率单元包括整流装置及其交流电源，它向发电机的励磁绕组提供直流励磁功率；励磁调节器，感受发电机电压及运行工况的变化，自动地调节励磁功率单元输出励磁电流的大小，以满足系统运行要求。整个励磁自动控制系统是由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成的一个反馈控制系统。 励磁系统大致可分为直流励磁机励磁系统和交流励磁机励磁系统以及自并励励磁(静止半导体励磁)系统。 2.励磁系统的任务 1). 正常运行条件下，供给发电机励磁电流。 2). 根据发电机所带负荷的情况调整励磁电流，维持发电机机端电压。 3). 使并列运行的各同步发电机所带的无功功率得到稳定而合理的分配。 4). 增加并网运行发电机的阻尼转矩，以提高电力系统动态稳定性及输电线路的有功传输能力。 5). 电力系统发生短路故障造成发电机机端电压严重下降时，强行励磁，将励磁电压迅速提升到足 够的顶值，以提高系统的暂态稳定性。 6). 发电机突然解列、甩负荷时，强行减磁，将励磁电流迅速降到安全值，以防止发电机电压过高。 7). 发电机内部发生短路故障时，快速灭磁，将励磁电流迅速减到零值，经减小故障损坏程度。 8). 不同的运行工况下，根据要求对发电机实行过励限制和欠励限制，以保证发电机机组的安全稳 定运行。 3.励磁系统的励磁方式. 1).直流励磁机励磁系统 直流励磁机是用于供给发电机励磁的直流发电机，过去机组容量不大，采用由直流发电机组成的励磁系统，励磁机与发电机同轴旋转，由于直流励磁机具有电刷和整流子等接触部件，需定期更换电刷和换向器，特别是当其容量随发电机容量而增大时换向问题很难解决，一般只在单机容量100MW以下的机组上采用。 直流励磁机通常采用自并励式，是利用励磁机电枢旋转切割剩磁来实现建压的，电枢绕组内的电势电流是交变的，借助换向装置将电枢内的交流电变成直流电。发电机端电压的调节是通过调整磁场变阻器来改变励磁机励磁电流从而达到手动调整发电机转子电流的目的。一般采用KFD-3型相复励自动励磁调节装置，复励电流是随发电机定子电流而改变的，由机端电流互感器经复励变整流桥及调节电阻供给，励磁机励磁电流由励磁机经变阻器供给的自励电流和复励装置供给的复励电流，能起强励作用，其增值受电流互感器、复励变及励磁机磁路饱和限制，不能完全代替继电强励装置。当发电机电压降至额定电压的80%-85%时，通过短接磁场变阻器将励磁机励磁电压增至额定值的 1.8～2倍，实现强励。 2).交流励磁机励磁系统 他励旋转二极管励磁系统，由交流励磁机和自动励磁调节装置组成。海龙#1、2机组采用单相永磁机，频率为400Hz，转子用永久磁铁形成磁场，其磁极是旋转的，电枢是静止的。主励磁机频率为150Hz，其励磁绕组静止，电枢旋转，经旋转二极管整流后的励磁电流通过电枢空心轴直接引入发电机励磁绕组，取代了滑环与电刷等接触元件，所以称为无刷励磁。 3).自并励（静止半导体）励磁系统 从发电机出口经励磁变压器取得交流电源，经励磁调节器整流调节，经碳刷引入供给发电机转子绕组励磁电流的方式称为自并励磁系统，也是静止半导体励磁系统的一种。 二. 玖龙励磁系统
励磁系统
我厂发电机采用机端自并激静止可控硅有刷励磁系统,由励磁变、双通道励磁调节器、可控硅整流装置、灭磁装置、起励装置和转子过压保护装置等组成。在汽机房0米层分为五个柜布置，由两个可控硅励磁功率柜、一个励磁控制柜、一个灭磁柜和一个进线柜组成。励磁变压器单独布置在汽机房0米层，采用三相干式变压器，励磁系统的起励电源采用交流380V厂用电源和220V直流电源起励。 一|、自动电压励磁调节器（A VR） 励磁调节器是武汉洪山电工科技有限公司于2000年开发研制的新一代HWJT-08DS微机励磁调节器，HWJT-08DS双通道微机励磁调节器采用的是双通道互为热备用方式——双通道并联运行方式。该方式的最大特点是：在正常运行的方式下，双通道同时输出。出现某通道故障，控制系统通过其自身的软、硬件诊断系统（WATCHDOG）及相互通讯，自动地将故障通道退出。该方式的优点在于从根本上避免了主/备方式下的切换及判断所带来的一系列问题，系统的可靠性要高。 1、HWJT-08DS具备如下功能： 1）具备自诊断功能和检验调试各功能用的软件及接口； 2）具有串行口与发电厂计算机监控系统连接，接受控制和调节指令，提供励磁系统状态和量值； 3）具有试验录波、故障录波及事件顺序记录功能。 4）智能化检测与操作功能： ?功率检测：系统设有功率检测功能，该功能主要用于检测系统主要功率器件的温度，实时显示；当温度高于设定值时，自动启动冷却风 扇，并发报警信号； ?过流检测：实时检测并显示功率元件的电流；当出现过流时，自动跳该回路的出口开关，切除故障点，并发报警信号； ?脉冲检测：实时检测调节器的脉冲输出状况，一但出现脉冲丢失情况，发报警信号； ?调节器工作电源监视：正常运行时，调节器同时由厂用交直供电，一旦出现电源消失现象（或输入、输出越限），立即发报警信号；
发电机的励磁系统
发电机原理及构造——发电机的励磁系统 众所周知，同步发电机要用直流电流励磁。在以往的他励式同步发电机中，其直流电流是有附设的直流励磁机供给。直流励磁机是一种带机械换向器的旋转电枢式交流发电机。其多相闭合电枢绕组切割定子磁场产生了多相交流电，由于机械换向器和电刷组成的整流系统的整流作用，在电刷上获得了直流电，再通过另一套电刷，滑块系统将获得的直流输送到同步发电机的转子，励磁绕组去励磁，因此直流励磁机的换向器原则上是一个整流器，显然可以用一组硅二节管取代，而功率半导体器件的发展提供了这个条件。将半导体元件与发电机的轴固结在一起转动，则可取消换向器、滑块等滑动接触部分、利用二极管换成直流电流。直流送给转子励磁、绕组励磁。这就是无刷系统。 下面我们以典型的几种不同发电机励磁系统，介绍它的工作原理。 一、相复励励磁原理 左图为常用的电抗移相相复励励磁系统线路图。由线形电抗器DK把电枢绕组抽头电压移相约90°、和电流互感器LH提供的电压几何叠加，经过桥式整流器ZL整流，供给发电机励磁绕组。负载时由电流互感器LH供给所需的复励电流，进行电流补偿，由线形电抗器DK 移相进行相位补偿。 二、三次谐波原理 左图为三次谐波原理图，对一般发电机来源，我们需要的是工频正弦波，称为基波，比基波高的正弦波都称为谐波、其中三次谐波的含量最大，在谐波发电机定子槽中，安放有主绕组和谐波励磁绕组（s1、s2），而这个绕组之间没有电的联系。谐波绕组将绕组中150HZ谐波感应出来，经过ZL桥式整流器整流，送到主发电机转子绕组LE中进行励磁。 三、可控硅直接励磁原理 由左图可以看出，可控硅直接励磁是采用可控硅整流器直接将发电机输出的任一相一部分能量，经整流后送入励磁绕组去的励磁方式，它是由自动电压调节器（A VR），控制可控硅的导通角来调节励磁电流大小而维持发电机端电压的稳定。 四、无刷励磁原理 无刷励磁主要用于西门子、斯坦福、利莱等无刷发电机。它是利用交流励磁机，其定子上的剩磁或永久磁铁（带永磁机）建立电压，该交流电压经旋转整流起整流后，送入主发电机的励磁绕组，使发电机建压。自动电压调节器（A VR）能根据输出电压的微小偏差迅速地减小或增加励磁电流，维持发电机的所设定电压近似不变。 中小型三相同步发电机的技术发展概况 一．概述 中小型同步发电机是中小型电机的主要产品之一，广泛应用于小型水电站、船舶电站、移动电站、固定电站、应急备用电站、正弦波试验电源、变频电源、计算机电源及新能源――风力发电、地热发电、潮汐发电、余热发电等。它对边（疆）老（区）贫（穷）地区实现电气化，提高该地区经济发展水平和人民的生活水平有着重要的作用，中小型发电机在船舶、现代电气化火车内燃机车等运输设备中也是一个关键设备。移动电站对国防设施、工程建设、海上石油平台、陆上电驱动石油钻机、野外勘探等也是不可缺少的关键装备之一。应急备用电站在突发事件中的防灾、救护保障人民的生命和财产的安全有着不可替代的作用。开发绿色能源、可再生能源、减少大气二氧化碳的含量，小水电、风力发电、地热发电和余热发电是重要的组成部分。 我国小型同步发电机的第一代产品是1956年电工局在上海组织的统一设计并于1957年完
风力发电机励磁系统的原理图及说明
一．风力发电机励磁系统的原理图及说明 1．概述 东汽FD70B1.5MW双馈风力发电机组系统图如上所示。在风速 3.5m/s （1000rpm）~13m/s（1800rpm）下，发电机组励磁系统采用阿尔斯通的双馈变 频器控制（它采用有位置传感器和定子矢量控制），因此它具有励磁调压和调频 1的功能；风机的变浆系统（0~90°）调节输入的风能量或机械原动能量，做为 调频2功能。系统管理计算机协调变浆系统和变频器控制风力发电机组的正常发 电运行。 2．运行原理 变频器是为异步发电机转子回路提供变频、可逆双向励磁功率。在1000rpm~1499.99rpm，变频器向转子机械次同步的发电机输入滑差功率，频率正调实时叠加在转子上形成1500 rpm同步旋转磁场；在1500rpm，变频器向转子机械同步发电机输入直流功率，频率零调实时叠加在转子上形成1500 rpm同步旋转磁场；在1500.01rpm~1800rpm，超同步发电机通过转子机械向变频器输出 滑差功率，频率负调实时叠加在转子上形成1500 rpm同步旋转磁场。风力发电机组可运行在电力系统频率51.5Hz~47.5Hz范围内。在电力系统电压690V±10%和功率因数0.95(超前)~0.95(滞后)下，满负荷运行。变频器可单独做为无功补偿 器运行（选项A），容量可达300kvar。 变频器转子回路机械侧MRP额定电压424V，额定电流372A，网侧NRP额定电压690V，额定电流305A,通过接触器与电网联网。变频器开关频率为 3KHz~6KHz，输出(入)转子频率为+17Hz~-17Hz。风机风轮转速大于 3.5m/s后(对 应于发电机转子为1000rpm)，持续一定时间，变频器网侧NRP及机械侧MRP 相继投入运行，转子绕组投励、调频、建立额定电压，经检测差压、差频、相序 正确后，定子回路空气开关并网。在发电机转子1000 rpm ~1800 rpm，变频器定子矢量控制技术，通过电机的d-q电磁场旋转实时的数学模型，及电机位置编码器、机组出口电压电流频率反馈值，根据风机各种运行条件下的限值范围内所给 定值，跟踪输出量运行。同时在风速过大过小(长时间大于1800 rpm或小于1000 rpm) 、电网异常等采取停机。 风机从并网运行模式到停机有三种不同的关闭程序，分别为：紧急停机、快速停机和正常关闭。 紧急停机（制动程序200）——风轮叶片以每秒15°的速度旋转到91°的位置。变桨控制驱动装置由后备蓄电池供电。转子刹车执行制动。 电网故障——在电网故障时执行快速停机Ⅱa程序。在这种情况下，安全链、变 浆控制、控制计算机和液压阀的电源全部由后备蓄电池提供。当到达停机位时， 变桨控制机构也停止。电网故障持续6s后，后备蓄电池耗尽，安全链中断。跟紧 急停机刹车制动有相同的效果。控制计算机进入睡眠状态，但是它的内存还是能保存在关闭期间的所有错误，因为它有后备蓄电池提供一年的支持。