河北南網微機勵磁調節器的執行現狀及發展論文
河北南網微機勵磁調節器的執行現狀及發展論文
摘要：文章論述了近十年來河北省南部電網發電機微機勵磁調節器的發展和應用情況，以及微機勵磁裝置的特點和今後的發展趨勢。
關鍵詞：勵磁調節器 計算機控制 勵磁系統
1概述 隨著河北省南部電網(以下簡稱河北南網)容量的逐步擴大，單機容量的提高，對電網執行的經濟性、可靠性、安全性的要求越來越高。電網中存在很多對系統執行有重大影響的裝置，發電機勵磁系統就是其中之一。其主要環節自動勵磁調節器的效能不僅影響著發電機的安全穩定執行，而且對電網的穩定也起著重要作用。
發電機勵磁系統的主要作用如下：維持發電機端電壓；控制並列執行機組無功功率的分配；提高同步發電機並聯執行的穩定性，包括提高系統的靜態穩定性、動態穩定性和暫態穩定性；提高繼電保護動作的靈敏度；快速滅磁。
河北南網的勵磁調節器經歷了磁放大原理調節器、開關式調節器、電晶體分立元件調節器等發展過程。20世紀80年代末期開始,河北南網開始發展微機勵磁調節器,十幾年間,控制核心從單板機到微控制器以及數字訊號處理器（DSP）,發展十分迅速。最早投運的是馬頭髮電總廠，它的控制核心為單板機。單板機在工業控制上具有結構簡單的優點，但也存在穩定性和相容性較差的缺點,處在試驗階段。90年代後，微控制器在工業控制上的應用日益廣泛，以微控制器為控制核心的微機勵磁調節器在河北南網也開始陸續投運。
2河北南網微機勵磁調節器的發展 1993年，邯鄲熱電廠＃3機投運了型號為HWJT－01S型微機勵磁調節器，該裝置投入執行後，調節穩定，維護量極少，受到現場檢修和執行人員的歡迎。在此基礎上，1994年，首次在河北南網大型發電機組邢臺發電廠＃9機上投運了微機勵磁調節器，型號為HWJT－08B型,它採用INTEL公司的準16位嵌入式微處理器8098作為控制核心，硬體採用了大規模積體電路，軟體使用模組化設計。投運後，執行安全可靠，基本處於免維護狀態，執行操作也比原模擬調節器簡單，可以說是一個成功的嘗試。
在#9機微機勵磁調節器安全執行3 a之後，河北南網的微機勵磁調節器進入快速發展階段，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佔66.61％，具體情況見表1。
從上述情況分析，大型發電機組使用微機勵磁調節器已是大勢所趨。就河北南網而言，近十年的執行經驗證明了與傳統調節器相比，微機勵磁優勢明顯，代表了發電機自動勵磁控制系統的發展方向。
3微機勵磁調節器的特點
3.1硬體簡單 模擬調節器的各功能環節一般由各外掛實現，各外掛透過電路組合完成諸如PID調節、 反時限等控制功能，引數的調節也是透過電位器進行調整，誤差較大；而微機調節器則透過軟體實現各功能，硬體部分是大規模積體電路，一塊電路板就能實現，也有的調節器主要控制環節和限制保護環節分別使用各自的硬體。這樣，一方面減小了裝置的體積，另一方面簡化了連線電路，提高了硬體的可靠性。
3.2軟體功能豐富 現代工業控制軟體多采用模組化設計，調節器也不例外。採用模組化的優點在於軟體組合靈活，安全性高，便於線上修改和升級；另外，一些在類比電路中實現起來比較複雜和困難的.功能，利用軟體可以簡便而可靠地實現，例如反時限功能、欠勵磁限制、PSS功能等。隨著電力系統的飛速發展，出於對電網安全執行的考慮，大容量的電網對PSS功能的需求日漸緊迫。因為PSS環節具有一個雙超前滯後功能，若採用類比電路，元件多，電路複雜，調整困難，引數難以準確實現；而採用軟體則可以方便實現，並且演算法精確，測量資料準確，輸出引數便於調節，功能投切容易實現，現場試驗也比較方便。例如邯峰發電廠2臺機組的PSS功能試驗都順利完成。有些調節器還採用先進模糊PSS運算方法，功能更加完善。
3.3系統容易實現冗餘 微機勵磁調節器硬體簡單，體積小，軟體可以複製，這為實現冗餘配置提供了便利條件。雙通道（邯峰發電廠等）冗餘甚至3通道冗餘（上安電廠#3、#4機）配置的微機調節器體積不大於單通道模擬調節器。採用冗餘配置，便於在執行過程中線上修改引數或更換故障元件，可以提高系統的可靠性。冗餘裝置之間可進行實時通訊，保障切換時的平穩。
3.4易與全廠的計算機控制系統通訊和聯網 現代大型電廠多采用分散控制系統（DCS），微機勵磁調節器可以採用不同的方式如串列埠、光纜等接入DCS系統，除了進行就地操作之外，還可以透過DCS的操作介面進行勵磁引數的調節，並將勵磁系統的執行引數、裝置狀況等資訊上傳至DCS系統，便於記錄和分析。這也代表了現代化大型發電廠自動控制系統的發展方向。
3.5執行可靠，維護簡便 進行檢查工作時，軟體部分進行自檢即可，硬體部分主要進行清潔工作，因此維護量很少。
4河北南網微機勵磁調節器的發展趨勢 計算機技術的飛速發展帶來了工業控制技術的不斷更新，電力系統自動控制裝置也不例外，就河北南網的微機勵磁調節器而言，其發展趨勢可以從控制理論和裝置結構兩方面來分析。
關於控制理論，早期的微機勵磁調節器主要應用經典控制論進行計算和程式設計，但是隨著現代控制理論的發展和不斷完善，現代控制論在工業中的應用日益廣泛。許多勵磁工作者提出了非線性控制論，最優勵磁控制論，模糊控制論等新的思路和理論，並將它們應用到產品中。河北南網大多數採用PID+PSS的設計思想，也有采用非線性最優勵磁控制（NEOC）的設計思想。例如邢臺發電廠#7機的SAVR-2000調節器就引入了現代控制理論，優化了控制引數， 2002年6月改造後投產的馬頭髮電廠#7機的GEC-1型調節器就是應用全數字非線性控制論的調節裝置。在現階段，對於同一單機——無窮大系統而言，PID+PSS方式比NEOC的適應性更好，維持發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，這是隨著微機技術的發展而不斷更新的，由單板機向微控制器過渡，微控制器也經歷了準16位、16位、32位等，現在的趨勢是使用DSP，即數字訊號處理器。它可以把數字訊號處理中的一些理論和演算法實時實現，已逐步進入控制器市場。DSP代表了今後的發展趨勢，因為它整合度高，是微電子學、數字訊號處理技術和計算技術的綜合成果，它具有哈佛結構，並含有硬體乘法器，這些特點使DSP的運算及處理速度大大提高。近年來DSP已經可以支援高階語言，並有了支援DSP的實時作業系統。事實證明，以DSP為控制核心的產品效能有明顯提高。
河北南網的微機勵磁調節器的生產廠家分佈較廣，從裝置效能來說，基本都能滿足執行要求，並且裝置的效能呈提高趨勢。根據上述分析，河北南網的微機勵磁調節器的發展方向應該是：
a. 控制理論多樣化現代新興的控制理論應與經典控制論有機結合，提高控制水平，為軟體的升級最佳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的發展而不斷提高硬體水平，高效能的硬體同時可以簡化程式設計，從而提高調節器的可靠性。
c. 調節器的其它硬體向大規模整合化發展，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，可以進行錄波並配有分析軟體。現場試驗後，可以將裝置錄取的波形與外接錄波裝置錄取的結果進行對比，裝置的上述附加功能也將成為微機勵磁裝置的一大發展趨勢。
參考文獻：
［1］周雙喜，李丹.同步發電機數字式勵磁調節器［M］.北京：中國電力出版社，1995.