河北南網(wǎng)微機勵磁調節器的運行現狀及發(fā)展論文
摘要：文章論述了近十年來(lái)河北省南部電網(wǎng)發(fā)電機微機勵磁調節器的發(fā)展和應用情況，以及微機勵磁裝置的特點(diǎn)和今后的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：勵磁調節器 計算機控制 勵磁系統
1概述 隨著(zhù)河北省南部電網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)河北南網(wǎng))容量的逐步擴大，單機容量的提高，對電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性、可靠性、安全性的要求越來(lái)越高。電網(wǎng)中存在很多對系統運行有重大影響的設備，發(fā)電機勵磁系統就是其中之一。其主要環(huán)節自動(dòng)勵磁調節器的性能不僅影響著(zhù)發(fā)電機的安全穩定運行，而且對電網(wǎng)的穩定也起著(zhù)重要作用。
發(fā)電機勵磁系統的主要作用如下：維持發(fā)電機端電壓；控制并列運行機組無(wú)功功率的分配；提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩定性，包括提高系統的靜態(tài)穩定性、動(dòng)態(tài)穩定性和暫態(tài)穩定性；提高繼電保護動(dòng)作的靈敏度；快速滅磁。
河北南網(wǎng)的勵磁調節器經(jīng)歷了磁放大原理調節器、開(kāi)關(guān)式調節器、晶體管分立元件調節器等發(fā)展過(guò)程。20世紀80年代末期開(kāi)始,河北南網(wǎng)開(kāi)始發(fā)展微機勵磁調節器,十幾年間,控制核心從單板機到單片機以及數字信號處理器（DSP）,發(fā)展十分迅速。最早投運的是馬頭發(fā)電總廠(chǎng)，它的控制核心為單板機。單板機在工業(yè)控制上具有結構簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但也存在穩定性和兼容性較差的缺點(diǎn),處在試驗階段。90年代后，單片機在工業(yè)控制上的應用日益廣泛，以單片機為控制核心的微機勵磁調節器在河北南網(wǎng)也開(kāi)始陸續投運。
2河北南網(wǎng)微機勵磁調節器的發(fā)展 1993年，邯鄲熱電廠(chǎng)＃3機投運了型號為HWJT－01S型微機勵磁調節器，該裝置投入運行后，調節穩定，維護量極少，受到現場(chǎng)檢修和運行人員的歡迎。在此基礎上，1994年，首次在河北南網(wǎng)大型發(fā)電機組邢臺發(fā)電廠(chǎng)＃9機上投運了微機勵磁調節器，型號為HWJT－08B型,它采用INTEL公司的準16位嵌入式微處理器8098作為控制核心，硬件采用了大規模集成電路，軟件使用模塊化設計。投運后，運行安全可靠，基本處于免維護狀態(tài)，運行操作也比原模擬調節器簡(jiǎn)單，可以說(shuō)是一個(gè)成功的嘗試。
在#9機微機勵磁調節器安全運行3 a之后，河北南網(wǎng)的微機勵磁調節器進(jìn)入快速發(fā)展階段，這期間，有老機組更新改造，也有基建新投運機組直接配套微機勵磁調節器。河北南網(wǎng)投運的微機勵磁調節器共14套，在大、中型機組的勵磁調節器中占66.61％，具體情況見(jiàn)表1。
從上述情況分析，大型發(fā)電機組使用微機勵磁調節器已是大勢所趨。就河北南網(wǎng)而言，近十年的運行經(jīng)驗證明了與傳統調節器相比，微機勵磁優(yōu)勢明顯，代表了發(fā)電機自動(dòng)勵磁控制系統的發(fā)展方向。
3微機勵磁調節器的特點(diǎn)
3.1硬件簡(jiǎn)單 模擬調節器的各功能環(huán)節一般由各插件實(shí)現，各插件通過(guò)電路組合完成諸如PID調節、 反時(shí)限等控制功能，參數的調節也是通過(guò)電位器進(jìn)行調整，誤差較大；而微機調節器則通過(guò)軟件實(shí)現各功能，硬件部分是大規模集成電路，一塊電路板就能實(shí)現，也有的調節器主要控制環(huán)節和限制保護環(huán)節分別使用各自的硬件。這樣，一方面減小了裝置的體積，另一方面簡(jiǎn)化了連接電路，提高了硬件的可靠性。
3.2軟件功能豐富 現代工業(yè)控制軟件多采用模塊化設計，調節器也不例外。采用模塊化的優(yōu)點(diǎn)在于軟件組合靈活，安全性高，便于在線(xiàn)修改和升級；另外，一些在模擬電路中實(shí)現起來(lái)比較復雜和困難的.功能，利用軟件可以簡(jiǎn)便而可靠地實(shí)現，例如反時(shí)限功能、欠勵磁限制、PSS功能等。隨著(zhù)電力系統的飛速發(fā)展，出于對電網(wǎng)安全運行的考慮，大容量的電網(wǎng)對PSS功能的需求日漸緊迫。因為PSS環(huán)節具有一個(gè)雙超前滯后功能，若采用模擬電路，元件多，電路復雜，調整困難，參數難以準確實(shí)現；而采用軟件則可以方便實(shí)現，并且算法精確，測量數據準確，輸出參數便于調節，功能投切容易實(shí)現，現場(chǎng)試驗也比較方便。例如邯峰發(fā)電廠(chǎng)2臺機組的PSS功能試驗都順利完成。有些調節器還采用先進(jìn)模糊PSS運算方法，功能更加完善。
3.3系統容易實(shí)現冗余 微機勵磁調節器硬件簡(jiǎn)單，體積小，軟件可以復制，這為實(shí)現冗余配置提供了便利條件。雙通道（邯峰發(fā)電廠(chǎng)等）冗余甚至3通道冗余（上安電廠(chǎng)#3、#4機）配置的微機調節器體積不大于單通道模擬調節器。采用冗余配置，便于在運行過(guò)程中在線(xiàn)修改參數或更換故障元件，可以提高系統的可靠性。冗余裝置之間可進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，保障切換時(shí)的平穩。
3.4易與全廠(chǎng)的計算機控制系統通訊和聯(lián)網(wǎng) 現代大型電廠(chǎng)多采用分散控制系統（DCS），微機勵磁調節器可以采用不同的方式如串口、光纜等接入DCS系統，除了進(jìn)行就地操作之外，還可以通過(guò)DCS的操作界面進(jìn)行勵磁參數的調節，并將勵磁系統的運行參數、裝置狀況等信息上傳至DCS系統，便于記錄和分析。這也代表了現代化大型發(fā)電廠(chǎng)自動(dòng)控制系統的發(fā)展方向。
3.5運行可靠，維護簡(jiǎn)便 進(jìn)行檢查工作時(shí)，軟件部分進(jìn)行自檢即可，硬件部分主要進(jìn)行清潔工作，因此維護量很少。
4河北南網(wǎng)微機勵磁調節器的發(fā)展趨勢 計算機技術(shù)的飛速發(fā)展帶來(lái)了工業(yè)控制技術(shù)的不斷更新，電力系統自動(dòng)控制裝置也不例外，就河北南網(wǎng)的微機勵磁調節器而言，其發(fā)展趨勢可以從控制理論和裝置結構兩方面來(lái)分析。
關(guān)于控制理論，早期的微機勵磁調節器主要應用經(jīng)典控制論進(jìn)行計算和編程，但是隨著(zhù)現代控制理論的發(fā)展和不斷完善，現代控制論在工業(yè)中的應用日益廣泛。許多勵磁工作者提出了非線(xiàn)性控制論，最優(yōu)勵磁控制論，模糊控制論等新的思路和理論，并將它們應用到產(chǎn)品中。河北南網(wǎng)大多數采用PID+PSS的設計思想，也有采用非線(xiàn)性最優(yōu)勵磁控制（NEOC）的設計思想。例如邢臺發(fā)電廠(chǎng)#7機的SAVR-2000調節器就引入了現代控制理論，優(yōu)化了控制參數， 2002年6月改造后投產(chǎn)的馬頭發(fā)電廠(chǎng)#7機的GEC-1型調節器就是應用全數字非線(xiàn)性控制論的調節裝置。在現階段，對于同一單機——無(wú)窮大系統而言，PID+PSS方式比NEOC的適應性更好，維持發(fā)電機端電壓能力更強。
微機勵磁裝置的主要部件是控制核心，這是隨著(zhù)微機技術(shù)的發(fā)展而不斷更新的，由單板機向單片機過(guò)渡，單片機也經(jīng)歷了準16位、16位、32位等，現在的趨勢是使用DSP，即數字信號處理器。它可以把數字信號處理中的一些理論和算法實(shí)時(shí)實(shí)現，已逐步進(jìn)入控制器市場(chǎng)。DSP代表了今后的發(fā)展趨勢，因為它集成度高，是微電子學(xué)、數字信號處理技術(shù)和計算技術(shù)的綜合成果，它具有哈佛結構，并含有硬件乘法器，這些特點(diǎn)使DSP的運算及處理速度大大提高。近年來(lái)DSP已經(jīng)可以支持高級語(yǔ)言，并有了支持DSP的實(shí)時(shí)操作系統。事實(shí)證明，以DSP為控制核心的產(chǎn)品性能有明顯提高。
河北南網(wǎng)的微機勵磁調節器的生產(chǎn)廠(chǎng)家分布較廣，從裝置性能來(lái)說(shuō)，基本都能滿(mǎn)足運行要求，并且裝置的性能呈提高趨勢。根據上述分析，河北南網(wǎng)的微機勵磁調節器的發(fā)展方向應該是：
a. 控制理論多樣化現代新興的控制理論應與經(jīng)典控制論有機結合，提高控制水平，為軟件的升級優(yōu)化提供可靠的理論依據。
b. 裝置的控制核心不斷升級隨計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷提高硬件水平，高性能的硬件同時(shí)可以簡(jiǎn)化編程，從而提高調節器的可靠性。
c. 調節器的其它硬件向大規模集成化發(fā)展，減小裝置體積，提高可靠性。
此外，SJ-800、SAVR-2000、SC-8002、GEC-1等型號調節器都具有自檢功能和試驗功能，可以進(jìn)行錄波并配有分析軟件�，F場(chǎng)試驗后，可以將裝置錄取的波形與外接錄波設備錄取的結果進(jìn)行對比，裝置的上述附加功能也將成為微機勵磁裝置的一大發(fā)展趨勢。
參考文獻：
�。�1］周雙喜，李丹.同步發(fā)電機數字式勵磁調節器［M］.北京：中國電力出版社，1995.
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