发电机PLC型励磁装置的研制与应用.doc

《发电机PLC型励磁装置的研制与应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、发电机PLC型励磁装置的研制与应用程远楚武汉大学动力工程系摘要：关键词：发电机PLC励磁1．引言随着电力系统的发展，对发电机的励磁系统提出了更高的要求，一方面，要求励磁系统高度可靠，另一方面，要求励磁控制器能根据系统需要提供适当的稳定控制信号。为解决系统的稳定性问题，各种新的控制理论和方法被提了出来，并进行了大量的试验研究。此外，随着计算机技术的发展和实现复杂控制规律的需要，以及随着计算机监控系统的推广及水电厂无人值班、少人值守的实施，微机型励磁装置得到了广泛的采用[1]。目前国内的主流产品是基于单片机或DSP的微机型励磁控制装置[2]。国

2、内微机励磁调节器的硬软件均由励磁生产厂家和科研单位自行设计，造成系统模式、硬件体系、软件结构、通讯规约的各不相同，功能的扩展、联网能力、产品的互换性和维护性较差。并且由于硬件为自行设计生产，产品的工艺质量和设计的完善性不能保障，不同厂家生产的微机励磁装置可靠性差异较大。而可编程序控制器（PLC）由于其按复杂工业现场长期运行的标准设计，由专业化生产厂家生产，具有先进的生产工艺流程和严格的质量保证体系，抗干扰能力强、可靠性高，在工业控制领域和电力系统顺序控制中得到了大量应用[3]。本文介绍有关基于PLC的发电机励磁装置的研制与应用实践。2．系统

3、方案可编程控制器主要是为顺序控制而设计的，其模入、模出速度较慢，而励磁调节器恰恰有大量的模拟量需要处理，这将影响PLC励磁装置的响应速度。因此限制了PLC在励磁系统中的应用。如何利用市面上可购置的PLC通过巧妙的系统设计，配置专门的特殊接口电路，提高PLC励磁系统的响应速度及解决余弦移相和频率自动修正问题，以满足发电机励磁控制的需要是本项目研究中需要解决的问题。其系统原理框图如图1所示。图1　基于PLC的发电机励磁控制装置原理框图来自发电机的电压、电流等信号经调理后送入高速AD以采集发电机及励磁系统的状态信息，而开关量输入信号直接接PLC主

4、机。PLC控制器根据采集的发电机的状态信息，经控制计算后将控制输出送高速DA模块，将控制输出转换为模拟量送至移相触发模块，产生相应的控制触发脉冲至晶闸管整流桥，以达到调节整流输出的目的。采用触摸屏作为人机界面，使状态与信号显示直观，参数设置方便可靠，信息查询灵活方便。3．特殊功能模块的研制3．1测频测相模块研制为解决机组频率测量及发电机有功功率与无功功率的测量，研制了适合PLC的专用测频测相模块，它将发电机的电压信号转换为方波，并由CPLD电路与平滑滤波电路一起将方波的频率转换为对应的电压信号送至高速AD模块；此外，来自发电机的定子电流信号

5、也转换为方波，并由CPLD电路测量其与电压方波信号的相位差，经平滑滤波电路后送至高速AD模块以测量发电机的功率因数角。解决了发电机频率与功率因数角的高精度测量问题。在测得发电机功率因数角后，可计算出发电机功率因数，再与测量的发电机电压信号与电流信号值进行数学计算，即可得到发电机的有功率与无功功率值。从而取消了功率变送器，简化了系统结构。3．2移相触发模块研制对移相触发，很多整流电源系统中采用了市面上可购置的移相触发模块。但市售的用于相控整流电源的移相触发模块，用于发电机励磁时存在两个致命的缺陷：一是该类模块采用锯齿波移相，属线性移相方式，即

6、控制角与控制电压间为线性关系，因整流桥的输出电压与控制角间为余弦函数，从而导致整流桥的输出与控制电压间为非线性关系，整个励磁系统的放大倍数在不同的工况下不一致，空载时大，并网时小，为兼顾励磁系统的空载稳定性，整机放大倍数不能取得较大，从而影响了励磁系统的动态性能；二是该类模块是适用于工频的，当频率发生变化而控制电压不变时，若频率升高或降低时，整流桥输出电压会发生变化，使励磁系统不易稳定，当频率偏离50HZ较远时，会出现触发模块工作不正常，从而导致突甩负荷时发电机过电压或电压不稳定（对水电机组，甩全负荷时频率最高值可达75Hz以上）。为此，研

7、制了高分辨率宽频率范围专用晶闸管触发模块。移相触发模块采用专用数字芯片构成，其原理性结构框图如图2所示。图2移相触发模块的原理性结构框图该移相触发模块分辨率高，使用频率信号范围宽，能在25－80Hz频率范围内正常工作，满足了水电机组的运行要求。并采用余弦移相技术，以保证励磁系统在全工域内具有相同的放大倍数。此外具有晶闸管阳极电压自动修正和整流电源频率自动校正功能。4．实施效果根据图1的方案，可采用Siemens公司的高性能PLC控制器S7－300进行实现。此外，为满足中小型发电机组励磁的需要，所研制模块与技术可方便地应用到低档PLC中，构成

8、低成本PLC励磁控制器。其中，基于S7-300PLC的发电机励磁装置已在白水峪等电站投入运行，基于S7-200的发电机励磁装置在红庙等电站投入运行。2008年2月，湖北省电力试验