微机励磁调节器软件原理资料
第7讲微机励磁调节器硬件原理
MBD202： Ⅰ.核心控制作用（DSP）； Ⅱ.实现A/D采样（MAX125）； Ⅲ.实现A、B套双机通讯； Ⅳ.watchdog看门狗监视； Ⅴ.由FPGA实现以下功能： 产生脉冲;实现A/B切换逻辑;测频（UF、UT）， 脉冲回读检测;软件故障及watchdog动作输出。
MBD203： Ⅰ.开关量输入； Ⅱ.开关量输出； Ⅲ.与工控机通讯； Ⅳ.+5V、±12V电源检测。 MBD204： Ⅰ.脉冲放大输出； Ⅱ.脉冲切换； Ⅲ.开入（状态/主从）、开出（主从信号）； Ⅳ.脉冲回读；Ⅴ.硬件强行置主输出脉冲功能。
脉冲放大板 MBD204
开关量 MBD203
主机板 MBD202
模拟量 MBD201
电源板 MBD207 MBD206 MBD205
脉冲输出 脉冲回读
串口1（与上位机通讯） 串口2（与工控机通讯）
16路开出 16路开入
核心控制 产生脉冲
定子电压：Ua,Ub,Uc 定子电流：Ia,Ib,Ic 转子电流：ILa,ILb,ILc
MBD206：产生五路24V电源，分别用于： a、脉冲电源； b、脉冲检测电源； c、开入（1）； d、开入（2）； e、输出继电器电源。
MBD205：产生+5V，±12V电源，提供主机工作系 统电源。
MBD201： Ⅰ、将IF,IL通过星格CT(5A/2mA)转变成2mA信号； Ⅱ、将UF1、UF2、US、UT、IF、IL转为低电压信号； Ⅲ、产生UF、UT三相过零方波。
1、硬件资源及其特点
(1) 通道配置： 双微机双自动通道配置； 从电源、输入到脉冲输出各环节均完全独立； 每一自动通道中设有手动控制环节； 通道间相互备用，相互跟踪，主套故障时
无扰切换至从通道。
微机励磁调节器
PEX-3000微机励磁调节器技术说明书南京鹏智电气设备有限公司二零零三年七月概 述PEX-3000微机励磁调节器装置是以MCU、DSP为内核构成的系统芯片（SoC）为核心，配以超大规模现场可编程芯片而构成的新型励磁调节器。
它不仅具有早期的微机型励磁调节器的全部调节、控制、限制、保护和容错等功能，而且在运算速度、硬件集成度、抗电磁干扰以及可靠性等方面有了极大的进步。
该系统中，调节算法、励磁控制和限制保护等功能由嵌入式、模块化软件实现，交流信号、直流信号等经高速AD采样并经DSP计算实现采集，另外该系统能根据不同的应用对象，通过对采用的可编程芯片进行现场编程和配置，满足不同的系统配置的需要，具有极大的灵活性和适应性。
该系统可广泛应用于水轮发电机组自并励、火力发电机组三机或自并励系统的可控硅励磁控制，也可应用于带直流励磁机或交流励磁机的开关式励磁控制，是一种通用性极强的励磁调节装置。
本说明书将从PEX-3000微机励磁调节装置的功能、特点、软硬件配置、基本工作原理等几个方面介绍，以便用户对本产品有一较全面的了解。
第一章 装置的特点及适用范围§1-1 主要特点采用了现场网络技术和智能化的设计思想，改变了传统励磁系统结构和数据信息交互方式，大大简化了励磁设备之间的连接，增大了数据和信号的传递，节省了联接电缆，使设备可靠性得到提高，维护更加容易。
1) 调节控制及限制保护功能完备，调试维护手段丰富。
2)由于控制和信息的传递由网络系统通过通信网互联而实现，与传统的双通道励磁系统结构相比，其控制系统是一个开放的系统，接口和规约是标准和通一的，信息是透明的，能实现励磁系统与计算机监控系统的通信。
3)A、B两套系统之间采用通信网络联结，系统结构简单，可靠性高。
双通道控制系统间的通信更全面而真实，系统的冗余度和可靠性更高。
4)采用交、直流双重供电系统及进口工业电源，提高供电可靠性。
5)印制板采用多层表面贴装工艺，硬件实现了真正的模块化，即插即用，随时升级。
自并励微机励磁调节器基本工作原理
励磁电流百科名片励磁电流励磁电流就是同步电机转子中流过的电流（有了这个电流，使转子相当于一个电磁铁，有N 极和S极），在正常运行时，这个电流是由外部加在转子上的直流电压产生的。
以前这个直流电压是由直流电动机供给，现在大多是由可控硅整流后供给。
我们通常把可控硅整流系统称为励磁装置.目录[隐藏]励磁电流的调节自并励微机励磁调节器基本工作原理CPU控制模块数据采集模块显示模块通信模块微机励磁调节器软件设计[编辑本段]励磁电流的调节在同步发电机的控制系统中，励磁调节器是其中的重要组成部分。
当发电机单机运行时，励磁调节器通过调整发电机的励磁电流来调整发电机的端电压，当电力系统中有多台发电机并联运行时，励磁调节器通过调整励磁电流来合理分配并联运行发电机组间的无功功率，从而提高电力系统的静态和动态稳定性。
因此，国内外相关专业人士一直致力于励磁调节器的研究。
励磁调节器的发展也由机械式到电磁式，再发展到今天的数字式。
目前，数字式励磁调节器的主导产品是以微型计算机为核心构成的，但其造价高，需要较高技术支持，在一些小型机组上推广有一定难度。
由此，出现了以MCS-51单片机为核心的励磁调节器[1][2]。
MCS-51单片机内部资源较少使得外围电路复杂，从而影响了整个励磁控制系统的精确性、快速性和稳定性。
本文提出了一种基于PIC16F877的同步发电机自并励微机励磁调节器的设计方法。
PIC16F877是美国Microchip公司生产的PIC16F87X系列芯片中功能最为齐全的微控制器。
它可以实现在线调试和在线编程，内部带有8路10位A/ D 转换器，8KХ14位FLASH程序存储器,368Х8位RAM,256Х8位的EEPROM,14个中断源和3个定时/ 计数器,片内集成多达15个外围设备模块，因此外围电路大大简化，成本降低。
[编辑本段]自并励微机励磁调节器基本工作原理图1为自并励励磁系统的原理接线图。
发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变压器LB降压，可控硅整流器KZL整流后给发电机励磁。
微机励磁调节器监控软件的设计
线程的串口通信软件开发 工具 ， 它提供 了许 多基 于 Ａ Ｉ Ｐ
函数的命令集用于处理串口通信 。Ｐ ｏ ｍ用法简单 、 Ｃｍ 可 靠性高 ， 且程序的可移植性强、 利用效率高 。
为复杂 的低层次通信程序 。
本文在 Ｖｓａ Ｂ ｓ ． ｉ ｌ ａｉ ６ ０环境下 编写 上位 机与下 ｕ ｃ
位机之间的通信程序 ， 在与 串 口进行数据 传送 时调用 的是支持串 口通信 的 Ｐ ｏ ｍ 串口通信函数集 。 Ｃｍ
Ｐ ｏ ｍ 串 口通信库适 用于任何 Ｃ Ｍ端 口通信并 Ｃｍ Ｏ
０ 引言
在同步发 电机正常 运行或 事故运行 中， 同步 发 电
方式不尽相同 ， 中串行通信 中最 常见 的有 Ｒ － ２和 其 Ｓ２ ３
Ｒ 一８ 通信方式 ， Ｓ４５ 两者使用特点不同 ， 所使用 的范 围也
不同。串行通信具有连接简单 、 使用灵活方便 和数据传
机 的励磁 控制 系 统起 着 十分 重 要 的作 用
。 由于
递可靠等优点 ， 在工业 监控 、 数据采集 和实时控制系统
中得到了广泛应用 。ＷＤ ． 电力系统综合 自动化试 ＴⅢ型
验 台与上位机相 连的有 Ａ Ｂ Ｃ Ｄ四台设备 ， 、、 、 这四台设
Ｗｉｄｗ ｎｏ ｓ对系统底层 操作 采取 了屏蔽 的策 略 ， 不允 许 用户对硬件 ＩＯ口进行 直接操 作 ， ／ 只能通过调 用 Ａ Ｉ Ｐ 函数进行 串行通信。利用 Ａ Ｉ Ｐ 编写 串 口通信程序较为 复杂 ， 编写人员需要掌握 大量 的通信知识 ， 其优点是使 可实现的功能更丰富 ， 应用面更广泛 ， 更适合 于编写较
励磁调节器软件功能说明
EXC9000用户手册第3章调节器软件功能说明广州电器科学研究院广州擎天电气控制实业有限公司目录1．调节功能 (5)1.1 给定值调节与运行方式 (5)1.2 自动电压调节器和励磁电流调节器 (5)1.3 电力系统稳定器（PSS） (7)1.4 调节器工作模式 (9)1.4.1 发电模式 (9)1.4.2 电制动模式 (10)1.4.3 恒控制角模式 (11)1.4.4 短路干燥模式 (12)1.5 有功和无功功率补偿 (12)1.6 调差 (12)1.7 叠加的无功功率或功率因数控制 (13)1.8 软起励控制 (13)1.9 通道间的跟踪 (14)2．限制功能 (15)2.1 强励限制和过励限制 (15)2.2 欠励限制 (16)2.3 定子电流限制 (17)2.5 低频 (19)3. 故障检测及判断 (19)3.1 同步故障 (19)3.2 低励磁电流 (20)3.3 励磁变副边CT故障 (20)3.4 PT故障 (20)3.5 调节器故障 (21)4．防错功能 (21)4.1 检测容错 (21)4.2 控制容错 (22)5. 其它功能 (22)5.1 R631信号 (22)5.2 R632信号 (22)5.3 开机令输出 (22)5.4 复位 (23)5.5 通道跟踪 (23)5.6 内部跟踪 (23)5.8 恒Q控制 (24)5.9 恒PF控制 (24)5.10 人工操作增减磁 (24)6. 调节器逻辑流程图 (26)6.1 开机流程 (26)6.2 停机流程 (27)6.3 主CPU程序及中断服务流程 (28)6.4 DSP采样程序及中断服务流程 (29)6.5 通道切换流程 (29)6.6 通道跟踪流程 (30)6.7 系统电压跟踪流程 (30)1．调节功能1.1 给定值调节与运行方式利用开关量输入命令或者通过串行通讯，可控制励磁调节器给定值的增、减和预置。
给定值设有上限和下限。
给定值的调节速度可按国标的要求通过软件设定。
励磁调节器工作原理
励磁调节器工作原理
励磁调节器是一种用于调节电力系统中发电机励磁电流的装置，其主要作用是控制发电机的输出电压和无功功率。
励磁调节器的工作原理如下：
1. 励磁调节器通过检测发电机的输出电压，并与设定值进行比较。
如果输出电压低于设定值，调节器会增加励磁电流以提高发电机的输出电压。
2. 调节器可以通过控制电流稳定器来调整励磁电流。
电流稳定器是一个基于数学模型的控制器，可以根据输入的误差信号来调节励磁电流。
3. 调节器还可以通过检测发电机的无功功率来控制励磁电流。
当无功功率超过设定值时，调节器会增加励磁电流以降低无功功率。
4. 励磁调节器通常还具有保护功能，可以在发生故障或异常情况时切断励磁电流，以保护发电机和电力系统的安全运行。
总之，励磁调节器通过对发电机的励磁电流进行调节，可以实现对发电机输出电压和无功功率的控制，从而确保电力系统的稳定运行。
PSS原理及其作用
电力系统稳定器(PSS)PSS原理及其作用为了既能利用高放大倍数的励磁调节器又能避免其负阻尼效应，人们对传统励磁系统进行了改进。
对一个可能引起负阻尼的励磁调节器，向其中注入某些附加控制信号，使之可以提供正的阻尼，平息振荡，这就是PSS最基本的原理。
PSS 作为一种附加励磁控制环节，即在励磁电压调节器中，通过引入附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服励磁调节器引起的负阻尼，控制量可以采用电功率偏差（△P）、机端电压频率偏差（△f）、过剩功率（△Pm）、和发电机轴速度偏差（△w）以及它们的组合等。
它不仅可以补偿励磁调节器的负阻尼，而且可以增加正阻尼，使发电机有效提高遏制系统低频振荡能力。
2 低频振荡产生原因分析及危害性电力系统低频振荡在国内外均有发生，通常出现在远距离、重负荷输电线路上，或者互联系统的弱联络线上，在采用快速响应高放大倍数励磁系统的条件下更容易出现。
随着电力电子技术的快速发展，快速励磁调节器的时间常数大为减少，这有效地改善了电压调节特性，提高了系统的暂态稳定水平。
但由于自动励磁调节器产生的附加阻尼为负值，抵消了系统本身所固有的正阻尼，使系统的总阻尼减少或成为负值，以至系统在扰动作用后的功率振荡长久不能平息，甚至导致自发的低频振荡，低频振荡的频率一般在0.2-2Hz之间。
低频振荡会引起联络线过流跳闸或系统与系统或机组与系统之间的失步而解列，严重威胁电力系统的稳定。
解决低频振荡问题成为电网安全稳定运行的重要课题之一。
PSS的构成和传递函数早期的PSS由分立元件构成，在微机式励磁调节器中PSS由软件构成，我厂3#、4#机组均是哈尔滨电机厂生产的三机无刷励磁发电机组,型号为QFSN-600-2YH，励磁调节器采用英国ROLLS-ROYCE(简称R-R)公司的数字式励磁调节器，PSS完全由软件构成，其PSS输入信号采用发电机电功率即△P，其结构如图1：。
微机励磁调节器
微机励磁调节器本身由微型计算机（或微处理器）、外围硬件及系统软件和应用软件等组成。
图2-36为微机励磁调节器硬件框图。
图中虚线框内为微型计算机。
ADA接口板中的A/D转换电路用来采集有关的模拟量并将其变为数字量，送人微型计算机进行计算和处理。
某些数字量可经D/A转换电路变为模拟量送出。
I/O接口板可输入、输出数字／开关量信号。
ADA接口板及I/O接口板是CPU主机板必需的外围部件，除这些外还需要其他一些外围硬件。
图2-36中所示的可控整流桥KZ是受微机励磁调节器控制的励磁功率单元。
与模拟式半导体励磁调节器的构成相似，微机励磁调节器由图2-37所示的几个基本部分组成，虚线框的功能由微型计算机实现。
微机励磁调节器的工作原理可由图2-35、图2 36和2-37看出。
A/D转换电路对被调节量（如机端电压）定时采样，送人CPU后按调节规律计算出控制量。
如沿用模拟触发器，则将控制量经D/A转换电路输出控制电压，作用于模拟式移相触发器，发出触发脉冲。
如采用数字触发器，则直接将这些控制量转换为控制角，由并行口送出控制角为a的触发脉冲经脉冲放大后，触发相应的晶闸管，形成闭环控制的微机励磁调节器系统。
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（3）开机升压方式 励磁开机有三种开机方式可供选用： a) 手动零起升压 b) 自动软起励升压 c) 自动给定值起励升压
（4）调差 调差系数可任意设定为正、负或零，且调差 率大小可在±15%之间选择。
UF 负调差 零调差 正调差 Q
3、 限制和保护
调节器限制和保护功能包括如下： （1） 欠励瞬时限制：限制进相无功值不低于整定值
0
P
QC
QCG
欠励限制曲线
（2） 过励延时限制：限制滞相无功值不高于整定值
QL QLG
0 过励限制曲线
P
（3） 强励反时限制：限制转子电流不高于整定值
t 90 70 50 30 100 1.1 1.3 1.51.7 1.9 2.1 Ifd
强励限制曲线
（4） V/F限制：限制机端电压与发电机频率之比不高于 整定值
微机励磁调节器软件原理
南京南瑞集团公司 国电自动化研究院
7、监控响应试验录波
±15%阶跃响应试验录波
±5%阶跃响应试验录波
逆变灭磁试验录波
自动升压试验录波
自动升压试验录波
软起励升压试验录波
切换试验录波
模拟PT断线试验录波
PSS未投入负载阶跃响应试验录波
PSS投入时负载阶跃响应试验录波
负载时突甩负荷试验录波
中断入口 限制标志 堆栈
Y
N
电压调节计算 及限制判断 限制控制程序
油开关 N
空载逆变 条件满足？
Y
N
控制输出
Y
逆变灭磁
退中断
2、调节和控制功能 （1）调节规律： PID控制方式+PSS 采用完整的PID调节控制规律 电力系统稳定（PSS）是内嵌式数字PSS
Δ Pe
TrS 1+TrS
Kpss1
1+T1S 1+T2S
1+T3S 1+T4S
Upss
Upss
UG
+
UF
+
Kp+Ki/S+Kd*S
Vf
+ +
G(S)
-
（2） 运行控制方式： a) 恒机端电压闭环方式：维持机端电压恒定运行； b) 恒转子电流闭环方式：维持发电机转子电流恒定； c) 恒无功闭环方式（选用）； d) 恒定触发角运行（选用）； e) 恒功率因数运行（选用）； f) 系统电压跟踪方式（选用）。
微机励磁调节器软件原理
刘国华
南瑞集团公司电气控制分公司
1、励磁调节器软件系统 （1）主程序： 系统初始化 开机条件判别及开机前设置 开中断 故障检测设置 终端显示和微机命令接口
系统初始化
开机条件判别 及开机前设置
开中断
故障检测 和检测设置
终端显示
人机接口命令
（2）控制调节程序 控制计算 限制流程 自检自诊断 容错控制 录波记忆
5、容错控制
SAVR-2000可自动识别调节器模拟量测量的错误和开关 量状态的错误，切换调节器控制模式并报警，避免由 此引发的振荡或其它灾难性后果。 （1） 发电机频率测量容错 （2） 开机令及停机令容错 （3） 增、减磁信号容错 （4） 负荷开关信号容错
6、录波和记忆功能
调节器能够对运行中的数据进行手动或自动录波，对 曾经发生的异常事件记录。录波有以下几种启动方式： 手动录波； 试验自动录波； 故障或异常自动录波。 录波功能能够记录所有模拟量和所有的开关量，在故 障发生前后各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。
UFG1 UFG2 逆变 B A
0
45
47
50
f(Hz)
V/F限制曲线
（5） 空载过压限制：空载时过电压达整定值时逆变灭磁。 （6） PT断线保护功能：调节器PT断线时，输出故障切换信 号，同时转电流闭环。 （7） 可控硅整流柜快速熔断器熔断、停风、部分柜切除时 的励磁电流限制。
4、自检自诊断
调节器具有电源、硬件、软件三大类自检功能，并能自 动对这些故障进行判断、指示和处理(切换等)。 （1） 电源电压过低、过高、或消失的检测 （2） PT断线的检测 （3）可控硅同步电压信号及发电机机端电压相序的检测 （4）可控硅脉冲丢失的检测 （5）控制角的检测 （6）双机通讯故障的检测 （7）硬件和软件看门狗（Watch Dog）