IEAC勵(lì)磁調(diào)節(jié)技術(shù)說明書

1、IAEC-2000型智能自適應(yīng) 微機(jī)勵(lì)磁控制器技術(shù)說明書 宜昌市能達(dá)通用電氣公司 葛洲壩水力發(fā)電廠自動(dòng)化研究所 華 中 科 技 大 學(xué) 二零零三年一月二十日 目錄 第一章 裝置概述1 1.1 裝置特點(diǎn)1 1.2 主要?jiǎng)?lì)磁功能配置3 1.3 輔助勵(lì)磁功能配置4 1.4 主要技術(shù)指標(biāo)5 1.5 適用范圍5 1.6 使用環(huán)境9 第二章勵(lì)磁控制原理10 2.1 發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的作用11 2.2 勵(lì)磁反饋控制原理11 2.3 微機(jī)勵(lì)磁控制關(guān)鍵技術(shù)12 2.4 勵(lì)磁控制規(guī)律14 2.4.1 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器15 2.4.2線性最優(yōu)勵(lì)磁控制LOEC21 2.4.3自適應(yīng)最優(yōu)勵(lì)磁控制22 第三章功能說明30

2、 3.1 三種起勵(lì)方式30 3.2 五種運(yùn)行方式31 3.3 控制方式在線轉(zhuǎn)換33 3.4 勵(lì)磁限制33 3.5 勵(lì)磁保護(hù)35 3.6 自動(dòng)跟蹤35 3.7 在線機(jī)切換36 3.8 試驗(yàn)功能36 3.9 控制參數(shù)調(diào)整37 3.10 逆變滅磁38 第四章軟件簡介39 4.1軟件組成及編程語言39 4.2軟件流程圖39 第一章裝置概述 IAEC-2000型智能自適應(yīng)微機(jī)勵(lì)磁控制器由能達(dá)通用電氣公司與華中科技大學(xué)聯(lián)合研制。 是依靠華中科技大學(xué)豐富的理論知識、葛洲壩電廠運(yùn)行維護(hù)人員多年的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和能達(dá)通用 電氣公司多年的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)總結(jié)開發(fā)出來的新一代發(fā)電機(jī)智能微機(jī)勵(lì)磁控制器。本控制器 適應(yīng)電力系統(tǒng)朝

3、大機(jī)組、大電網(wǎng)方向發(fā)展的需要，采用智能自適應(yīng)最優(yōu)勵(lì)磁控制規(guī)律，能為 電力系統(tǒng)提供良好的阻尼，滿足電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的要求。本控制器以“功能完備、可 靠性高、檢修維護(hù)方便、操作簡單直觀”為設(shè)計(jì)思想，不但具有常規(guī)模擬式勵(lì)磁控制器的全 部調(diào)節(jié)、控制功能，而且具備常規(guī)控制器沒有的許多控制、保護(hù)、限制、邏輯判斷、自診斷、 容錯(cuò)、在線整定、參數(shù)顯示、與現(xiàn)地LCU通訊和開關(guān)量的調(diào)節(jié)、現(xiàn)場調(diào)試試驗(yàn)等強(qiáng)大功能， 是大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器的理想選擇。 本控制器硬件由管理機(jī)、工控機(jī)、測量單元、邏輯控制單元和電源單元組成。管理機(jī)采 用研華平板PC,完成人機(jī)接口、可視化圖形顯示、各種參數(shù)設(shè)置、事件記錄、與優(yōu)化維

4、護(hù)系 統(tǒng)及監(jiān)控系統(tǒng)的通訊等。工控機(jī)硬件采用具有高抗干擾、高抗振動(dòng)、4U高度模板的DSP產(chǎn)品, 該產(chǎn)品由專業(yè)工控機(jī)廠家按惡劣的工業(yè)現(xiàn)場條件特別設(shè)計(jì)，硬件設(shè)計(jì)合理，配置簡單清晰， 按勵(lì)磁控制系統(tǒng)的要求雙重化，可滿足各種容量發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制的要求。測量單元、邏輯控 制單元、及電源單元全部采用印制電路板由能達(dá)通用電氣公司針對工控機(jī)系統(tǒng)自主設(shè)計(jì)，采 用母板機(jī)箱結(jié)構(gòu)，具有接線簡單可靠的優(yōu)點(diǎn)。管理機(jī)可與勵(lì)磁調(diào)節(jié)雙通道進(jìn)行信息交換，從 而實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和記錄，也可作為一個(gè)子站與電廠（站）主計(jì)算機(jī)管理系 統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁設(shè)備自動(dòng)化管理。 勵(lì)磁控制器按國際標(biāo)準(zhǔn)柜設(shè)計(jì)，其外圍接口符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。如

5、交流信號輸入、開關(guān) 量信號輸入、裝置直流電源、交流電源、異常信號輸出、RS485、RS232、CAN現(xiàn)場總線以及 以太通訊接口等皆符合現(xiàn)場常規(guī)要求。對于新建工程，有典型設(shè)計(jì)圖紙可以套用；而對于改 造工程，也可根據(jù)實(shí)際情況重新設(shè)計(jì)。 本說明書將詳述IAEC-2000型智能自適應(yīng)微機(jī)勵(lì)磁控制器的原理、控制理論和軟件說明， 其硬件構(gòu)成、軟件流程和調(diào)試維護(hù)方法詳見智能自適應(yīng)微機(jī)勵(lì)磁控制器使用說明書。 1.1裝置特點(diǎn) 1.1.1控制部分采用數(shù)字信號處理器 DSP 裝置采用利用DSP數(shù)字信號處理器超強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力，吸收大量的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，并應(yīng)用 許多成熟的勵(lì)磁原理及算法實(shí)現(xiàn)要求的勵(lì)磁控制，極大的提高了勵(lì)磁控

6、制的快速性、可靠性 和準(zhǔn)確性，使得整機(jī)性能指標(biāo)達(dá)到最佳。 DSP高速數(shù)據(jù)信號處理器的應(yīng)用使得將最新、最先進(jìn)和復(fù)雜的算法用于勵(lì)磁控制成為現(xiàn) 實(shí)。 1.1.2裝置采用智能自適應(yīng)勵(lì)磁控制規(guī)律 智能自適應(yīng)控制器的特點(diǎn)是能修正自己的特性以適應(yīng)被控對象的動(dòng)特性的變化。其研究 的對象是具有一定程度的不確定性的系統(tǒng)；這種“不確定性”是指其描述的被控對象及其環(huán) 境的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)正 是一個(gè)具有一定的不確定性因素的系統(tǒng)，因?yàn)榕c之緊密聯(lián)系的電力系統(tǒng)是不斷發(fā)展和變化的 系統(tǒng)。 自適應(yīng)控制與最優(yōu)控制或非線性控制一樣，也是一種基于數(shù)學(xué)模型的控制方法，所不同 的是

7、自適應(yīng)控制所依據(jù)的關(guān)于模型和擾動(dòng)的先驗(yàn)知識可在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中不斷提取有關(guān)模 型的信息，使模型逐漸完善，并最終達(dá)到一致。 智能自適應(yīng)控制器的原理簡圖如圖 1-1所示： 圖1-1智能自適應(yīng)控制器原理簡圖 其中參數(shù)辨識器完成智能性功能。它根據(jù)被控對象的輸入輸出數(shù)據(jù)，對模型的參數(shù)進(jìn)行 在線辨識，使模型變得愈來愈準(zhǔn)確，并自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的變化，從這個(gè)意義上來說，控制系統(tǒng) 具有自適應(yīng)能力。 控制器則根據(jù)辨識出的參數(shù)，按給定的性能指標(biāo)，對被控制對象進(jìn)行智能控制。 1.1.3裝置采用4U高度硬件平臺 裝置硬件平臺選用的是針對惡劣工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的高檔TMS320C32DSP工控機(jī)系統(tǒng)，其體 系結(jié)構(gòu)比STD工控機(jī)有很

8、大的改善與提高，抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，操作安全。 1.1.4裝置全部采用機(jī)箱插件形式、母板連接結(jié)構(gòu)，歐式插件 機(jī)箱插件結(jié)構(gòu)形式具有檢修維護(hù)方便的特點(diǎn)，自定義母板連接具有接線簡單的優(yōu)點(diǎn)，歐 式插接具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。因此裝置整體性能極高。 1.1.5具有集調(diào)試、試驗(yàn)、故障錄波多功能的管理系統(tǒng) 管理機(jī)采用高度可靠、觸摸式研華工業(yè)級平板PC作為人機(jī)交互接口，波形、狀態(tài)顯示清 晰，在運(yùn)行中可隨時(shí)查閱各種運(yùn)行狀態(tài)值、控制變量，控制及限制參數(shù)。故障錄波功能能記 錄故障前10秒及故障后50秒的運(yùn)行參數(shù)，便于事后分析與診斷。 1.1.6其它 （1）參數(shù)值均采用浮點(diǎn)十進(jìn)制，菜單式操作簡單、快捷、直觀，精度

9、高、范圍廣。 （2）采用頻率跟蹤技術(shù)，使得采樣精度高。 （3）單柜設(shè)有一個(gè) RS485串口、一個(gè)CAN總線接口或一個(gè)以太網(wǎng)口，可以與電廠（站）系 統(tǒng)相連；柜內(nèi)控制機(jī)與管理機(jī)之間采用RS232通訊。雙機(jī)之間、雙機(jī)與集成控制維護(hù)系 統(tǒng)之間采用CAN網(wǎng)絡(luò)通訊，這為勵(lì)磁裝置集散管理，實(shí)現(xiàn)綜合自動(dòng)化創(chuàng)造了硬、軟條件。 （4）交、直流電源互為熱備用，電源模塊的任一弱電回路丟失均可告警，并送至RTU或中央 控制室。 1.2主要?jiǎng)?lì)磁功能配置 勵(lì)磁控制器除具有常規(guī)勵(lì)磁控制器的一般功能（正常的勵(lì)磁調(diào)節(jié)、手自動(dòng)開/停機(jī)、）外, 還應(yīng)具備以下功能： 1.2.1 四種可選勵(lì)磁控制方式： 121.1 1.2.1.2 1.

10、2.1.3 1.2.1.4 PID控制； PID+PSS 控制； 線性最優(yōu)控制； 智能自適應(yīng)控制。 1.2.2 五種運(yùn)行方式： 1.2.2.1 1.2.2.2 恒機(jī)端電壓運(yùn)行方式（正常運(yùn)行方式）； 恒勵(lì)磁電流運(yùn)行方式（用于定子短路試驗(yàn)、轉(zhuǎn)子干燥、線路充電、限電流運(yùn)行、電壓 回路異常等工況）； 1.2.2.3 1.2.2.4 1.2.2.5 恒無功功率運(yùn)行方式； 恒功率因數(shù)運(yùn)行方式（特殊要求時(shí)使用）； 恒觸發(fā)角運(yùn)行方式（調(diào)試或他勵(lì)）。 1.2.3 二種起勵(lì)方式： 1.2.3.1 1.2.3.2 設(shè)定機(jī)端電壓起勵(lì)； 設(shè)定轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流起勵(lì)（用于零起升壓轉(zhuǎn)子干燥、定子短路等工況）； 1.2.3.3 跟

11、蹤母線電壓起勵(lì)（用于快速并網(wǎng)）。 1.2.4 五種勵(lì)磁限制功能： 1.2.4.1 瞬時(shí)/延時(shí)過勵(lì)磁電流限制（強(qiáng)勵(lì)限制）； 1.2.4.2 1.2.4.3 1.2.4.4 1.2.4.5 無功過載限制（過勵(lì)限制）； 欠勵(lì)限制； 空載V/F限制； 功率柜故障勵(lì)磁電流限制。 1.2.5 勵(lì)磁保護(hù)功能： 1.2.5.1 1.2.5.2 1.2.5.3 空載過壓保護(hù)； PT斷線保護(hù)； 同步回路斷線保護(hù)。 1.3輔助勵(lì)磁功能配置 1.3.1勵(lì)磁系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試功能： 1.3.1.1 彩色液晶觸摸顯示屏； 1.3.1.2 中英文可選菜單操作； 1.3.1.3 設(shè)置用戶口令在線修改、整定各種勵(lì)磁限制參數(shù)，并設(shè)掉電

12、保護(hù)； 1.3.1.4 勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)圖實(shí)時(shí)顯示； 1.3.1.5 電氣參數(shù)動(dòng)態(tài)曲線顯示； 1.3.1.6 狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)顯示； 1.3.1.7 故障狀態(tài)顯示； 1.3.1.8 各種靜特性試驗(yàn)； 1.3.1.9 運(yùn)行方式切換、控制方式切換、主/從通道切換； 1.3.1.10起勵(lì)試驗(yàn)，并根據(jù)錄波圖完成數(shù)據(jù)處理； 1.3.1.11空載擾動(dòng)試驗(yàn)，并根據(jù)錄波圖完成數(shù)據(jù)處理； 1.3.1.12系統(tǒng)穩(wěn)定試驗(yàn)，并根據(jù)錄波圖完成數(shù)據(jù)處理； 1.3.1.13人工錄波功能，根據(jù)操作人員發(fā)出的錄波命令錄波； 1.3.1.14自動(dòng)錄波功能，起勵(lì)、階躍及PSS試驗(yàn)自動(dòng)錄波； 1.3.1.15離線能用PC機(jī)在Win

13、dows環(huán)境處理試驗(yàn)、錄波數(shù)據(jù)。 1.3.2故障錄波功能： 保存故障前后各設(shè)備的帶時(shí)間的狀態(tài)及波形（共計(jì)1分鐘），并能顯示、保存和處理設(shè) 備的狀態(tài)及波形。 1.3.3在線檢測與故障診斷及處理功能： 微機(jī)系統(tǒng)自身具有自我診斷能力。軟件時(shí)刻對 CPU、A/D芯片、計(jì)數(shù)器、通訊、脈沖輸 出、微機(jī)工作電源等進(jìn)行在線診斷，可以提前發(fā)現(xiàn)問題。發(fā)現(xiàn)故障立即由軟件輸出、硬件自 動(dòng)切換。 控制器內(nèi)部各功能模板及各組成單元故障，出現(xiàn)故障后自動(dòng)切換運(yùn)行通道或轉(zhuǎn)運(yùn)行方式， 通訊故障能報(bào)警但不影響控制器的正常運(yùn)行。同時(shí)具有與電站優(yōu)化維護(hù)系統(tǒng)通訊接口，通訊 接口采用CANBUS。 1.3.4與監(jiān)控系統(tǒng)通訊的雙向接口功能：

14、 柜內(nèi)各系統(tǒng)間采用 RS232通訊，對外設(shè)有 CAN總線（工控機(jī)）或RS485（管理機(jī)）串行通訊 或以太網(wǎng)（管理機(jī)）接口，上傳控制器的各種數(shù)據(jù)及故障檢測、預(yù)警、維護(hù)管理報(bào)告；接收 上位機(jī)下傳的各種控制命令（開/停機(jī)、運(yùn)行方式、控制方式及方式切換等）。 14主要技術(shù)指標(biāo) 1.4.1 可控硅控制角分辨率：0.001 _14 1.4.2 A/D轉(zhuǎn)換分辨率：2 1.4.3 可控硅控制角移相范圍：8150可調(diào) 1.4.4 發(fā)電機(jī)端電壓靜差率：0.1% 1.4.5 發(fā)電機(jī)調(diào)壓精度：0.2% 1.4.6 機(jī)端電壓手動(dòng)調(diào)節(jié)速度：0.5%0.7% Vgn/s 1.4.7 機(jī)端電壓手動(dòng)調(diào)節(jié)范圍： 空載：10% 1

15、15% Vgn ; 負(fù)載：70% 110% Vgn ; 1.4.8 調(diào)差率：-30%+30%可調(diào)； 1.4.9 發(fā)電機(jī)頻率適應(yīng)范圍：35Hz80Hz; 1.4.10甩發(fā)電機(jī)額定有功、無功負(fù)荷，發(fā)電機(jī)定子電壓超調(diào)量不大于其額定電壓的15%，振 蕩不超過3次，調(diào)節(jié)時(shí)間不大于5s； 1.4.11 10%vgn階躍響應(yīng)：發(fā)電機(jī)定子電壓超調(diào)量不大于階躍量的30%，振蕩不超過3次， 調(diào)節(jié)時(shí)間不大于3s。 1.4.12電源適應(yīng)性：當(dāng)供電電源在-30% +50%范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)裝置可以可靠運(yùn)行。 1.4.13 功率消耗：小于 300W 1.5適用范圍 IAEC-2000型微機(jī)勵(lì)磁控制器適用于所有采用可控硅勵(lì)磁的發(fā)

16、電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。各種典型勵(lì) 磁系統(tǒng)接線圖分示如下。 1.5.1自勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)： 自勵(lì)方式包括自并勵(lì)和自復(fù)勵(lì)方式，自復(fù)勵(lì)方式又可為分交流側(cè)串聯(lián)、直流側(cè)并聯(lián)自復(fù) 勵(lì)等。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)為固有高起始響應(yīng)系統(tǒng)，具有快速響應(yīng)的性能。自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的典 型接線如圖1-2所示。 CT1 圖1-2自并勵(lì)可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)典型接線圖 FMK 圖1-4直流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)方式 1.5.2帶直流勵(lì)磁機(jī)的可控硅勵(lì)磁方式 這種勵(lì)磁方式包括直流勵(lì)磁機(jī)采用可控硅自勵(lì)和采用連續(xù)性控硅勵(lì)磁方式。 CT IAEC-2000 IIL J Vd 圖1-5直流勵(lì)磁機(jī)采用可控硅自勵(lì) 圖1-6直流勵(lì)磁機(jī)采用連續(xù)型可控硅勵(lì)磁 1.5.3他勵(lì)方式 式。 此

17、方式包括交流勵(lì)磁機(jī)帶靜止硅整流器方式、交流勵(lì)磁機(jī)帶靜止可控硅方式和無刷磁方 圖1-7他勵(lì)靜止硅整流器勵(lì)磁方式 1.6使用環(huán)境 1.6.1 使用地點(diǎn)的海撥高度不大于2500米。 1.6.2 環(huán)境溫度為-2040 C。 1.6.3 環(huán)境相對濕度w 90%。 1.6.4 裝置周圍環(huán)境應(yīng)保持干燥、清潔、通風(fēng)良好，無爆炸、腐蝕性氣體，所含導(dǎo)電塵埃的 濃度不應(yīng)使絕緣水平降低到允許值以下。 第二章 勵(lì)磁控制原理 勵(lì)磁控制系統(tǒng)是同步發(fā)電機(jī)的重要組成部分，直接控制同步發(fā)電機(jī)磁場電流，從而控制 同步發(fā)電機(jī)的電勢，所以它還間接控制發(fā)電機(jī)的端電壓、無功功率、功率因素和電流等參量。 由于大型機(jī)組的這些參量直接影響系統(tǒng)的

18、運(yùn)行狀態(tài)，因此在某種程度上也可以說，勵(lì)磁控制 器也控制著系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，特別是系統(tǒng)的穩(wěn)定與勵(lì)磁控制方式密切相關(guān)。 發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁控制器、可控硅整流單元、滅磁及過電壓保護(hù)單元、 起勵(lì)單元和勵(lì)磁變壓器等 5部分組成。這5部分以一定的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，構(gòu)成一 個(gè)性能滿足一定要求的勵(lì)磁系統(tǒng)，其相互聯(lián)接關(guān)系如圖2-1所示。 圖2-1 勵(lì)磁系統(tǒng)組成單元及相互聯(lián)接關(guān)系 SCRD1 wf IAEC-2000型智能 自適應(yīng)微機(jī)勵(lì)磁控制器 圖2-2他勵(lì)靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖 其中勵(lì)磁控制器是勵(lì)磁控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)電壓調(diào)節(jié)、無功功率分配和系統(tǒng)穩(wěn)定功能 的核心部分；勵(lì)磁變壓器經(jīng)電壓變換

19、，為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的功率單元提供功率電源；可 控硅整流器是由AVR控制，保證發(fā)電機(jī)各種工況運(yùn)行的功率部分；起勵(lì)單元為發(fā)電機(jī)提供初 始勵(lì)磁；滅磁及過電壓保護(hù)是在發(fā)電機(jī)及其系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下快速切除故障的保護(hù)單元， 滅磁控制由發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置完成。 圖2-2為他勵(lì)靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng) （三機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)）的原理接線圖。G1為發(fā)電機(jī)，G2為 交流勵(lì)磁機(jī)，G3為交流副勵(lì)磁機(jī)。IAEC勵(lì)磁控制器根據(jù)發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的變化改變可控硅 的控制角，以改變G2的勵(lì)磁電流和輸出電壓，而 G1的勵(lì)磁電流由G2的輸出經(jīng)硅整流裝 置D1整流后通過滑環(huán)引入，從而起到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)G1勵(lì)磁電流的作用。 2.1發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的

20、作用 1.6.5 在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)： （1）維持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓在給定水平； （2）合理分配并聯(lián)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的無功功率； （3）提高發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)極限和輸電線路的功率傳輸能力。 1.6.6 在暫態(tài)過程中（大干擾時(shí)）： （1）抑制發(fā)電機(jī)切負(fù)荷時(shí)的電壓升高。 （2）提高與之相聯(lián)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性。 2.2勵(lì)磁反饋控制原理 如圖2-3所示，勵(lì)磁控制系統(tǒng)是一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其反饋控制通過以下過程來實(shí)現(xiàn)： 首先勵(lì)磁控制器的測量單元檢測PT輸入信號從而獲得發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓Vt，然后將Vt與給 定電壓Vr相比較獲得電壓差值 N= （Vr-Vt），該電壓差 N經(jīng)綜合放大環(huán)節(jié)后得到控制電壓 Vc。若是最簡單的比例調(diào)節(jié)，

21、那么控制電壓 Vc與電壓差 N有以下的關(guān)系式（不考慮調(diào)差）： Vc = K(Vr -Vt) (2-1) 上式中K為放大倍數(shù)?？刂齐妷篤c經(jīng)過移相觸發(fā)環(huán)節(jié)后得到可控硅（SCR）的觸發(fā)角 從而控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓 Vf,使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在穩(wěn)定狀態(tài)。在 IAEC中，信號的檢測、綜合放 大、移相觸發(fā)都是通過軟件算法實(shí)現(xiàn)的。Vc與、Vfo有以下關(guān)系： Vfo a = arccos Vc x I 1.35E 丿 因?yàn)槿嗳卣鳂蛴幸韵玛P(guān)系： (2-2) 所以 Vf =1.35Ecos： (2-3) (2-4) SCR的陽極電壓。 FMKVf Vf 二 Vc Vf0 二 K(Vr -Vt) Vf0 式中Vf。

22、為發(fā)電機(jī)空載勵(lì)磁電壓，E為勵(lì)磁變壓器副邊電壓，即 圖2-3自并勵(lì)靜止硅整流器勵(lì)磁系統(tǒng)原理接線圖 如果由于擾動(dòng)使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓Vt上升一個(gè)小的值，那么電壓差（ Vr-Vt）將減少，經(jīng)綜 合放大環(huán)節(jié)后得到控制電壓Vc也將減少，使得增大，經(jīng)可控硅整流后使得發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電 壓Vf減少，使得發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓Vt下降，從而抵消了發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓Vt上升的擾動(dòng)。因 此勵(lì)磁反饋控制可以維持發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓Vt的恒定。 如果由于擾動(dòng)使得發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓ut下降一個(gè)小的值，那么類似以上分析一樣能得到 相同的結(jié)論。 2.3微機(jī)勵(lì)磁控制關(guān)鍵技術(shù) 交流采樣技術(shù)、脈沖直接形成技術(shù)以及先進(jìn)的控制策略，是微機(jī)勵(lì)磁控制的關(guān)鍵性

23、技術(shù), 也是評價(jià)一種微機(jī)勵(lì)磁性能的重要標(biāo)準(zhǔn)(數(shù)字化程度)。以下分三個(gè)部分對此作一簡要介紹。 微機(jī)勵(lì)磁控制器對發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓 電流Ifd等電量的測量有兩種方案可供選擇: 2.3.1交流采樣技術(shù) Vt,定子電流lg，有功功率Pe，無功功率Qe,轉(zhuǎn)子 采用模擬變量變送器的直流采樣和直接交流采樣。 電量變送器(傳感器)輸出的直流量與其輸入電量成比例，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換接口電路讀入主 機(jī)的數(shù)值直接反映了被測變量之值。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，因而早期的微機(jī)勵(lì)磁控制器多采用 這種方案。變送器把交流電量轉(zhuǎn)換成直流量時(shí)往往需要濾波電路，從控制器的響應(yīng)速度考慮， 變送器的時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能小，但同時(shí)仍要保證足夠的精度，這是直

24、流采樣要面對的困難之 一。另外，電量變送器歸根結(jié)底也是一種模擬電路，對該電路的調(diào)整、維護(hù)也是較繁瑣的工 作。 交流采樣技術(shù)由于省略了電量變送器，減少硬件環(huán)節(jié)，提高了可靠性，并且可以較好地 解決精度與速度的矛盾，因此近幾年在電力監(jiān)測、控制、包括微機(jī)勵(lì)磁中得到廣泛應(yīng)用。 交流采樣技術(shù)依據(jù)以下原理：對于周期為T的周期信號u(t)=u(t+T)，在一個(gè)周期內(nèi)對該 信號等間隔均勻采樣 N點(diǎn)，得到N個(gè)采樣點(diǎn)的電壓值 uo, U1,，UN-1，根據(jù)不同的算法，微 機(jī)可以計(jì)算得該信號的特征量，比如有效值、平均值、最大最小值、功率等。比如計(jì)算u(t) 的有效值U可以用以下方法算得： (2-5) 對交流電壓信號u

25、(t)及電流信號i(t)，在一個(gè)周期內(nèi)采樣N點(diǎn)得到電壓序列U。，比，, un-1及電流序列io, h,，iN-1，可以用以下方法計(jì)算得有功功率： Pe J；(ti(t )d-,fukik-=- 0t k八nJ n N 二 、Ukik k=0 (2-6) 另外，對于周期信號，也可以用富氏算法得到各次諧波的實(shí)部和虛部，從而計(jì)算得該次 諧波的有效值。12點(diǎn)富氏算法(N=12 )可以用下式表示： Ur”U 6 6 7 ULU 2 2 (2-7) 寸31 U| U3 -U9 +一U2 +U4 -U8 -Ug ）+（5 +U5 -U7 -Un ） (2-8) 6 2 2 u =uR Ui2 其中Ur, U

26、|分別為基波分量的實(shí)部與虛部。 (2-9) (2-10) 發(fā)電機(jī)的有功功率及無功功率則可以用以下公式計(jì)算： Pe =VrIrV| I | Qe =Vr I| -V| Ir 2.3.2脈沖形成技術(shù) IAEC-2000微機(jī)勵(lì)磁控制器主控制器板和智能脈沖形成板由兩塊完全一致的SCT-9809工 控機(jī)模板組成，智能脈沖形成板主要功能是根據(jù)陽極電壓同步點(diǎn)和主控制器板送出的控制角 輸出要求的控制脈沖（+A , -C, +B , -A , +C , -B六相脈沖），同時(shí)完成控制脈沖的檢測任務(wù)。 同步信號經(jīng)濾波整形形成方波后送入DSP中斷接口 INT0、INT1和INT2，中斷程序完成 移相及脈輸出任務(wù)，如下

27、圖所示。比如當(dāng)前的上升沿時(shí)刻為T2,前一上升沿時(shí)刻為 T1，則同 步信號的周期則為 T=T2 T1，此周期應(yīng)對應(yīng)于 360的脈沖。假設(shè)此時(shí)計(jì)算機(jī)要發(fā)出控制角為 a則應(yīng)該相對于過零點(diǎn)時(shí)刻（T1或T2）延時(shí)Ta后發(fā)出+A脈沖，再延遲600相對應(yīng)的時(shí)間 T60后發(fā)-C,再延遲T60后發(fā)出+B ,，如此類推。計(jì)算機(jī)只需設(shè)定每個(gè)脈沖產(chǎn)生的時(shí)刻即 可。這種的脈沖產(chǎn)生方式非常簡單自然，硬件、軟件均很簡單，產(chǎn)生的脈沖可靠性高。 INT T1 T2 +A -C ToT -B ot a 360 T2 T , 60 360 (2-11) 2.4勵(lì)磁控制規(guī)律 比例一積分一微分(PID)控制是依據(jù)古典控制理論的頻域法進(jìn)

28、行設(shè)計(jì)的，該設(shè)計(jì)方法成 熟可靠，并有大量的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對于改善發(fā)電機(jī)的電壓靜態(tài)、動(dòng)態(tài)性能，PID控制規(guī)律完全可 以滿足要求。但若要同時(shí)改善電力系統(tǒng)的低頻振蕩、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)、暫態(tài)穩(wěn)定性，則必 須依賴于更先進(jìn)的控制規(guī)律。PID控制的傳遞函數(shù)如下： (2-12) I+T2S1 咔丿 比例系數(shù)(放大倍數(shù))KP主要是為了提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度，減少靜態(tài)偏差。Ti是微 分常數(shù)，Ti與T2構(gòu)成了不完全微分，微分的作用主要是改善控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，比如減少 超調(diào)量、減少振蕩次數(shù)等。Ti是積分時(shí)間常數(shù)，積分的作用主要是消除靜態(tài)誤差。 2.4.1電力系統(tǒng)穩(wěn)定器 二十世紀(jì)50年代隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，以及長距離

29、大負(fù)荷輸電線路的出現(xiàn)，現(xiàn)加上 大型發(fā)電機(jī)開始采用，由半導(dǎo)體勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和可控硅整流功率柜組成的快速勵(lì)磁系統(tǒng)，使整 個(gè)電力系統(tǒng)的阻尼不斷減弱。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生故障或受到其它擾動(dòng)時(shí)，出現(xiàn)長時(shí)間低頻率振 蕩，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。 二十世紀(jì)60年代美國西部系統(tǒng)，發(fā)生了低頻振蕩，在西歐、日本的電力系統(tǒng)中也不斷出 現(xiàn)。在我國二十世紀(jì) 80年代初湖南西部系統(tǒng)鳳淮一常德線故障跳開時(shí)，鳳淮電廠出線產(chǎn)生低 頻振蕩。1984年初，廣東一九龍聯(lián)絡(luò)線投運(yùn)后不久，發(fā)生多次0.45-0.5HZ低頻振蕩。1985年 湖北系統(tǒng)葛洲壩電廠輸出線路發(fā)生多次。之后我國電力系統(tǒng)又有發(fā)生低頻振蕩的報(bào)道，例如： 湖北鄂西北水電群與華

30、中系統(tǒng)公司等。 按低頻振蕩發(fā)生的頻率，可以將低頻振蕩分為以下幾種類型： (1) 超低頻振蕩：低頻振蕩頻率為0.0170.08Hz ； (2) 典型的低頻振蕩：低頻振蕩頻率為0.52Hz，振蕩持續(xù)時(shí)間長； (3) 次同步振蕩：低頻振蕩頻率為1040Hz，是由于長距離輸電線路中的串聯(lián)電容補(bǔ)償 引起。 為了提高電力系統(tǒng)阻尼，抑制低頻振蕩，1966年美國首次把電力系統(tǒng)穩(wěn)定器(Power System Stabilizer，縮寫PSS)投入工業(yè)試驗(yàn)，由于其原理清晰，實(shí)現(xiàn)簡單，能有效抑制低頻，其后迅 速在世界各國得到推廣應(yīng)用。 4.1.1單機(jī)無窮大系統(tǒng)線性化模型 研究低頻振蕩問題，一般首先采用單機(jī)無窮大系

31、統(tǒng)，如圖2-3所示。在該圖中，發(fā)電機(jī)帶 有地區(qū)負(fù)荷，然后經(jīng)輸電線路與無窮大系統(tǒng)連接。 在建立線性代模型時(shí)，對發(fā)電機(jī)進(jìn)行如下簡化： a) 忽略阻尼效應(yīng) b) 忽略定子繞組電阻 c) 不考慮定子繞組和負(fù)荷的動(dòng)態(tài)過程 d) 不考慮飽和效應(yīng) 這樣同步發(fā)電機(jī)可用三階微分方程描述，即勵(lì)磁繞組一階，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程兩階。經(jīng)過推 導(dǎo)，可以得到研究低頻振蕩用的子機(jī)無窮大系統(tǒng)線性化模型： 圖2-3帶地區(qū)負(fù)荷的單機(jī)無窮大系統(tǒng) L Eq0EfdK3K4 q 1KsTdoS1KsTdoS :M e = KK2 Eq ：Ug 二 yK=Eq 圖2-4研究低頻振蕩用的單機(jī)無窮大線性化模型 式中KiK6是與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和系統(tǒng)

32、參數(shù)有關(guān)的系數(shù)。Ki, K2, K3，K4和K6均大于 0,而K5當(dāng)負(fù)荷較重時(shí)，其值將會由正變負(fù)。 根據(jù)上述方程可以得到同步發(fā)電機(jī)框圖，如圖2-4所示。 4.1.2 PSS設(shè)計(jì)原理 線性化后的同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程為： 式中：-=Tm為機(jī)械輸入轉(zhuǎn)矩，在小干擾分析中，一般可忽略; Te 為電磁轉(zhuǎn)矩，T K - K Eq，忽略 K Eq 項(xiàng)，Te K,-：; 為機(jī)械阻尼，如磨擦等，ATD。 考慮：.一 = -和取拉氏變換后有： Tj S2 -0 =-K -D 0 整理后有: S2衛(wèi) 規(guī)范化: S22 I nS 2 = 0 n :阻尼系數(shù), D 2TjKi -.n :無阻尼機(jī)械振蕩頻率, 因一般D較

33、少，所以阻尼不是很好。 該公式也說明在轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程中， 一 D*項(xiàng)是阻尼 項(xiàng)。因此PSS引入的阻尼項(xiàng)其方向必須與一 D. 致，假定為 DE. , DE 0,這樣PSS 引入的阻尼才是正阻尼，能夠有效地抑制低頻振蕩。 匸-方向一致，即為 PSS的原理就是要保證引入的輔助信號所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保證與 DE I】。 (1)設(shè)計(jì)超前環(huán)節(jié)，補(bǔ)償相位滯后 2-5所示，圖中勵(lì)磁系統(tǒng)的傳遞函數(shù)假 假定引入的輔助信號為 =-、.，則相位滯后環(huán)節(jié)如圖 k 定為。 1TeS Ao Ge(sh-MjL A 圖2-5同步發(fā)電機(jī)滯后環(huán)節(jié) K2K3 (1TdoK3S)(1TeS)K3KeK6 因要求與一DE.同相，因此要求PSS

34、傳遞函數(shù)所產(chǎn)生的超前相位與同步發(fā)電機(jī) 滯后環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的滯后相位抵消，即： /Gpss(S)./Ge(S) = 0 理論上是對所有頻率均抵消，但實(shí)際系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，因此在實(shí)際系統(tǒng)中只對選定頻率要 求抵消。 選取電力系統(tǒng)中已存在的低頻振蕩頻率 d，即S = jd NGPSS( j ) 乙 GE ( j d - 0 選取系統(tǒng)的無阻尼振蕩頻率，n，即S二j，n - GPSS（ j，n） * /GE（j，n） = 0 由于GE(j )是一滯后環(huán)節(jié)，即 GE(j ) -0，因此要求.GPSS(j ) 0，即PSS是 個(gè)超前環(huán)節(jié)。 可令 Gpss（ S） -Kpss J + STi J+ST2 丿 TiT2,

35、 般k = 1, 2即可。 (2)設(shè)計(jì)Kpss,保證合理的阻尼系數(shù)n，一般n = 0.10.3 , De=21Tj De =Gpss（jd），GE（jBd） (3) 設(shè)計(jì)復(fù)位環(huán)節(jié)，以便 PSS不影響正常情況下電壓性能: T =2 4 該環(huán)節(jié)為隔直環(huán)節(jié)，消除系統(tǒng)分量，而對于振蕩分量有Gr( j d)j1.0，影 1 +聲dT 響很小。 (4) 設(shè)計(jì)帶通濾波器，因 PSS相位補(bǔ)償?shù)囊?，只能抑制設(shè)計(jì)頻率( .d )附近的頻率分 量。 因此，PSS的總體框圖如圖2-6所示： 圖2-6 PSS原理框圖 在實(shí)際電力系統(tǒng)中，由于=測量有些困難。PSS的輔助信號可取為有功功率偏差量：Pe， 或UPe與機(jī)端頻

36、率偏差量訐的混合量等。 4.1.3 PSS的微機(jī)實(shí)現(xiàn) 早期PSS均采用模擬電路實(shí)現(xiàn)，采用電阻電容及運(yùn)算放大器等構(gòu)成復(fù)位環(huán)節(jié)、超前環(huán)節(jié) 和限幅環(huán)節(jié)等?，F(xiàn)在微機(jī)勵(lì)磁控制器在電力系統(tǒng)中廣泛采用，因此PSS也可采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)。 微機(jī)實(shí)現(xiàn)與模擬元件實(shí)現(xiàn)有其突出優(yōu)點(diǎn)：模擬電路參數(shù)調(diào)整是通過電位器實(shí)現(xiàn)，電位器多， 調(diào)整較復(fù)雜；另外還有在元件老化溫度漂移等問題，運(yùn)行一段時(shí)間后需要重新調(diào)整，而微機(jī) 實(shí)現(xiàn)是采用數(shù)字式，不存在這些問題，調(diào)整和維護(hù)都是很方便，并可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的功能。如 自適應(yīng)、智能式等功能。 PSS的微機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)際上就是將微分進(jìn)行差分化，差分化的方法很多，目前，應(yīng)用比較廣的 方法是通過隱式梯形積分法來實(shí)現(xiàn)

37、。 為實(shí)現(xiàn)方便在微機(jī)實(shí)現(xiàn)中帶通濾波器，如果需要一般采用硬件實(shí)現(xiàn)，而復(fù)位環(huán)節(jié)和PSS 的超前環(huán)節(jié)采用微機(jī)實(shí)現(xiàn)。 下面對應(yīng)用較廣的采用發(fā)電機(jī)有功功率Pe作為輔助信號的PSS進(jìn)行微機(jī)實(shí)現(xiàn)，并取K = 2。 即如圖2-7所示。 圖2-7 有功功率作為輔助信號的PSS PSS的一組典型參數(shù)如下: Kpss=3.0 , T=2.3s , T1=009s, T2=0.031s , T3=03s , T4=0.99s。 PSS設(shè)計(jì)原理清楚，實(shí)現(xiàn)簡單，抑制低頻振蕩效果較好，但也有存在一些問題需要進(jìn)一步 研究。 卬制振蕩頻率范圍窄，對所設(shè)計(jì)振蕩頻率效果好，對其它振蕩頻率效果變差，甚至超反 作用。 在多機(jī)電力系統(tǒng)中

38、，還有 PSS的安裝與整定及相互之間的配合問題。 有功功率正常增加減少時(shí)，PSS存在反調(diào)現(xiàn)象需要閉鎖等。 盡管如此，在目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)中，PSS仍是應(yīng)用最廣，研究最為成熟的低頻振蕩抑制 手段。也正因?yàn)?PSS存在一些問題很多研究者正在將現(xiàn)代先進(jìn)控制理論，如線性最優(yōu)、非線 性控制、自適應(yīng)控制理論等應(yīng)用到電力系統(tǒng)勵(lì)磁控制中，并正在推廣應(yīng)用。 4.2線性最優(yōu)勵(lì)磁控制LOEC 在70年代和80年代期間，當(dāng)電力系統(tǒng)機(jī)組容量較小，負(fù)荷增長較快，而電力網(wǎng)絡(luò)的建 設(shè)還落后于線路傳輸容量的增長速度，即電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較薄弱時(shí)，電力系統(tǒng)小干擾問題就顯得較 突出。電網(wǎng)中經(jīng)常出現(xiàn)各種頻率的小功率振蕩。電力線路傳輸功率極限主

39、要受靜態(tài)穩(wěn)定極限 的約束。因此在當(dāng)時(shí)的電力系統(tǒng)發(fā)展背景下，研究電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定控制理論與方法解決 電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定性控制，抑制各種頻率的小功率振蕩已成為電力系統(tǒng)安全控制中的重要 研究課題。開展這一領(lǐng)域的研究是在以下幾個(gè)假設(shè)條件下進(jìn)行的： 假設(shè)電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和參數(shù)不變；假設(shè)負(fù)荷動(dòng)力群動(dòng)態(tài)模型可用恒定阻抗特性代替； 假設(shè)將在某一平衡點(diǎn)處臺勞線性化并忽略二次以上高次項(xiàng)。 在以上假設(shè)條件下，研究電力系統(tǒng)的小干擾穩(wěn)定控制可歸結(jié)為研究MIMO線性系統(tǒng)的最 優(yōu)控制問題，即： (2-14) X 二 AX BU Y = CX 設(shè)計(jì)上述系統(tǒng)的控制器時(shí)，若選擇二次型性能指數(shù)， J = 1 XtQX U TRU d

40、t(2-15) 2 0 則由LQR方法即可得到最優(yōu)控制解為 U 二-rbTPX(2-16) 其中P為代數(shù)Riccati方程的解。 該理論應(yīng)用于勵(lì)磁方面可得到以下的線性最優(yōu)勵(lì)磁控制規(guī)律： lUcKpLP-KV當(dāng)發(fā) 電機(jī)采用五階模型表達(dá)時(shí)，d=1, n=5, m=4 ;當(dāng)發(fā)電機(jī)采用簡化的三階模型表達(dá)時(shí)，d=1, n=3, m=2。通常情況下，在實(shí)時(shí)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中，采用d=1, n=3, m=2模型，該模型簡單，計(jì)算量 也小，且能滿足控制系統(tǒng)要求。 (2) 選取權(quán)矩陣 在自適應(yīng)最優(yōu)控制器中，權(quán)矩陣 Q的選取(權(quán)矩陣 R通常選取為1)是很重要的，它的 選取將影響到控制器的性能。一般是根據(jù)狀態(tài)變量的選取

41、而確定權(quán)矩陣，含有大量的經(jīng)驗(yàn)成 分。一種選取Q陣的方法為： 11 1 Q =diag(FF ) x10 x10Xnqo 對于多控制量系統(tǒng)，選取 R陣為: 111 Rdiag(p,p, u) X10 X20Xnq 其中xio, i=1,2,nq, Uj0, j=1,2,nr分別為被控對象各狀態(tài)量和程控量的最大值。如果 對某狀態(tài)量不限制，其對應(yīng)的加權(quán)系數(shù)可以取為零。該方法的特點(diǎn)是給予所有的狀態(tài)和控制 量以同等的重視程度。這樣由確定加權(quán)系數(shù)變?yōu)橹淮_定一個(gè)參數(shù)：、。設(shè)計(jì)過程簡章化了。但 Xio和Ujo有時(shí)難以給定，并且 匸同樣要進(jìn)行選擇和試湊。到目前為止，還未出現(xiàn)一個(gè)很好的通 用設(shè)計(jì)權(quán)矩陣Q的方法。作

42、者針對本算法提出了一種設(shè)計(jì)方法。 由式2-19，狀態(tài)向量X可以寫成： 式中 U =b(k-m-d 1) u(k-m-d 2)u(k-1)T Y -y(k - n 1) y(k - n 2) y(k) T 這樣自適應(yīng)最優(yōu)控制器的性能指標(biāo)可以寫為： J U亍 2 k=i -Quu Quy (k -1)Ru(k -1) Qyu 式中 為權(quán)知陣Q Qyy 由于Q是對稱矩陣，因此Quu和Qyy亦為對稱矩陣，并且Quy=QTyu。一般情況下，不考 慮對y和u的乘積項(xiàng)的約束，那么，取 Quy=Q T yu =0 為方便起見，Quu和Qyy均取為對角矩陣: Quu=diag(q 11, q22, qm+d-i

43、,m+d-i) Qyy=diag(q m+d,m+d ,qm+d+1,m+d+1 ,qm+n+d-1,m+n+d-1 ) 由于狀態(tài)量是選取被控對象的控制量和輸出量在不同時(shí)刻的采樣值: X=(u(k-m-d+1)u(k-m-d+2)u(k-2)u(k-1) y(k-n+1)y(k-n+2)y(k-1) y(k)T 因此可以這樣選取Quu和Qyy，在Quu中選取: qnW q22 W q33 W qm+d-1,m+d-1 而在QQyy中選?。?qm+d,m+d W qm+d+1,m+d+1 WW qm+n+d-1,m+d-1 這樣新得到的采樣值加權(quán)大。由于控制量u還受到R的限制，因此也可考慮選取Q

44、uu=0。 (3) 求解離散Riccati方程 常用的求解方法比較多，采用迭代法求解時(shí)： Pk+1 = Q + A T Pk Aa T-1 T Aa = A -B ( R + B Pk B ) B Pk A K = 0, 1,2, Po = I 由于在自適應(yīng)最優(yōu)控制器中，系統(tǒng)矩陣A和B包含有大量的零元素， 大大地減少了計(jì)算 中的乘法計(jì)算次數(shù)，因而也大大減少了計(jì)算量。 (4) 加入激勵(lì)信號 為了使自適應(yīng)最優(yōu)控制器中的辨識器能長期得到含有豐富頻率分量的被控對象的控制信 號和輸出信號，以便得到較好的辨識結(jié)果。因此有必要給被控對象以持久的激勵(lì)信號。在理 論上白噪聲是理想的激勵(lì)信號，它能給所有的頻率分量

45、均給予激勵(lì)，但在實(shí)際系統(tǒng)中其產(chǎn)生 是比較困難的。因而采用類似的信號七階 PRBS，在選定的低頻區(qū)域與白噪聲具有類似的效果。 4.3.3自適應(yīng)最優(yōu)勵(lì)磁控制器 在電力系統(tǒng)中，同步發(fā)電機(jī)由于其定子繞組的過渡過程和阻尼繞組的過渡過程相對于勵(lì) 磁繞組和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程的過渡過程相當(dāng)短，考慮到在實(shí)時(shí)控制中被控對象的階數(shù)越高，計(jì)算 量隨之增加很多，因此在實(shí)時(shí)控制中單機(jī)無窮大系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)用三階模型代替是可以 接受的。在一般的多機(jī)電力系統(tǒng)中，采用頻譜擬合的方法對這一問題進(jìn)行分析研究表明：同 步發(fā)電機(jī)也可以采用 3階模型，不過對于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量相當(dāng)大的機(jī)組可以采用2階模型，對于聯(lián) 系緊密的機(jī)組需要采用 4階或高階模型

46、。確定模型結(jié)構(gòu)后，多機(jī)電力系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)的 自適應(yīng)最優(yōu)勵(lì)磁控制器的設(shè)計(jì)與單機(jī)無窮大系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)步驟一樣。 在運(yùn)行點(diǎn)線性化后其偏差量的 Z傳遞函數(shù)可以表達(dá)為： y(z)z(b0b2z)(2-28) u(z)1 a” a2za3z 其中y(z-1)和u(z-1)分別為同步發(fā)電機(jī)的輸出量和控制量。 同步發(fā)電機(jī)模型式(2-28)對應(yīng)于自適應(yīng)最優(yōu)控制系統(tǒng)中的模型： d = 1, n = 3, m = 2 選取狀態(tài)向量為： X= z-2u(z-1)z-1u(z-1)z-2y(z-1)z-1y(z-1)y(z-1) T 則可得到狀態(tài)方程為： X k 1 二 AX k BU k(2-29) 其中 - 0

47、1 0 0 0 0 0 0 0 0 A = 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 b2 bi 一 a3 _a2 -a b =0 1 0 0 b0 r 最優(yōu)控制律為： U(2-30) K YR BtPBBtPA(2-31) 其中 P為5階離散Riccati方程的解 P = Q ATPA ATPB R BTPA 采用迭代法時(shí)每次迭代真正所需的乘法次數(shù)只有72次。因此采用 (2-32) DSP時(shí)完全可以進(jìn)行實(shí) 時(shí)求解。 第三章功能說明 IAEC的主要功能大部分由管理機(jī)進(jìn)行管理，管理機(jī)的操作主菜單包括：“系統(tǒng)圖”、“模 擬屏”、“工作日志”、“開關(guān)量”、“檢修口令”、“狀態(tài)波形”和“幫助”，在輸入檢

48、 修口令后的完整操作主菜單包括：“系統(tǒng)圖”、“模擬屏”、“試驗(yàn)”、“工作日志”、“方 式設(shè)置”、“參數(shù)設(shè)置”、“開關(guān)量”、“用戶管理”、“狀態(tài)波形”和“幫助”，如圖3 1所示。 圖3 1管理機(jī)主畫面圖 3.1三種起勵(lì)方式： 3.1.1起勵(lì)方式設(shè)置 起勵(lì)方式由管理機(jī)“方式設(shè)置”主菜單中的“起勵(lì)方式”框選擇設(shè)置?？梢苑謩e設(shè)置為 “恒機(jī)端電壓”、“恒轉(zhuǎn)子電流”和“跟蹤系統(tǒng)電壓”三種方式。微機(jī)上電后處于等待狀態(tài)， 當(dāng)接收到開機(jī)令和檢測到 95%轉(zhuǎn)速的頻率信號，則按事先選擇的起勵(lì)方式自動(dòng)起勵(lì)。微機(jī)上 電時(shí)自動(dòng)設(shè)置起勵(lì)方式為 100%額定定子電壓。 在自并勵(lì)方式或帶直流勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁方式下一般可殘壓起勵(lì)。如果

49、發(fā)電機(jī)殘壓太低，則自 動(dòng)投入外界起勵(lì)電源助磁， 如果經(jīng)10秒鐘后起勵(lì)未成功，則報(bào)起勵(lì)失敗信號并停發(fā)觸發(fā)脈沖。 由運(yùn)行人員檢查起勵(lì)回路及可控硅整流電源。再次起勵(lì)前，需按“逆變”按鈕清除起勵(lì)失敗 標(biāo)志，再按“起勵(lì)”按鈕進(jìn)行起勵(lì)操作。 在調(diào)試中進(jìn)行起勵(lì)試驗(yàn)，可按面板上的“起勵(lì)”按鈕。 3.1.2恒機(jī)端電壓起勵(lì) 這種起勵(lì)方式是將我們所需要的 機(jī)端電壓作為起勵(lì)給定值，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定后，如果 給勵(lì)磁控制器起勵(lì)命令，系統(tǒng)不斷地將機(jī)端電壓與給定值進(jìn)行比較，最終將機(jī)端電壓調(diào)節(jié)到 設(shè)定值，并保持恒電壓運(yùn)行方式。恒機(jī)端電壓起勵(lì)方式的缺省給定值為100%Ug，即選擇恒機(jī) 端電壓起勵(lì)方式后，如不調(diào)整給定值，機(jī)組將按1

50、00%機(jī)端電壓起勵(lì)。但我們可以通過管理機(jī) 分別按“ 10% ”、“ 25% ”、“ 50% ”、“ 80% ”和“ 100% ”五種給定起勵(lì)。因此，這種方式 特別適合發(fā)電機(jī)遞升加壓和空載特性試驗(yàn)。 3.1.3恒轉(zhuǎn)子電流起勵(lì) 這種起勵(lì)方式是將我們所需要的 轉(zhuǎn)子電流 作為起勵(lì)給定值，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到額定后，如果 給勵(lì)磁控制器起勵(lì)命令，系統(tǒng)不斷地將當(dāng)前轉(zhuǎn)子電流與給定值進(jìn)行比較，最終將轉(zhuǎn)子電流調(diào) 節(jié)到設(shè)定值，并保持恒轉(zhuǎn)子電流運(yùn)行方式。恒轉(zhuǎn)子電流起勵(lì)方式的缺省給定值為10%Ifn，即 選擇恒轉(zhuǎn)子電流起勵(lì)方式后，如不調(diào)整給定值，機(jī)組將按10%轉(zhuǎn)子電流起勵(lì)。但我們也可以 通過增、減磁按鈕改變給定。恒轉(zhuǎn)子電流起勵(lì)

51、方式與機(jī)端電壓無關(guān)，因此，這種方式特別適 合發(fā)電機(jī)做短路試驗(yàn)或發(fā)電機(jī)短路干燥（必須做相應(yīng)的措施）以及當(dāng)PT測量回路故障又必須 開機(jī)的情況。 3.1.4跟蹤系統(tǒng)電壓起勵(lì) 這種起勵(lì)方式是將系統(tǒng)電壓作為起勵(lì)給定值，當(dāng)勵(lì)磁控制器收到起勵(lì)命令后，系統(tǒng)不斷 地將機(jī)端電壓與系統(tǒng)電壓比較，最終將機(jī)端電壓調(diào)節(jié)到與系統(tǒng)當(dāng)前電壓一致。顯然選擇這種 起勵(lì)方式后，起勵(lì)給定值是不能調(diào)整的，但可以達(dá)到發(fā)電機(jī)快速并網(wǎng)的目的。 3.2五種運(yùn)行方式： 3.2.1運(yùn)行方式的設(shè)置與人工轉(zhuǎn)換： 運(yùn)行方式由管理機(jī)“方式設(shè)置”主菜單中的“運(yùn)行方式”框選擇設(shè)置，按“確認(rèn)”按鈕 后命令下傳進(jìn)行人工運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換。運(yùn)行方式可以分別設(shè)置、轉(zhuǎn)換為“恒

52、機(jī)端電壓運(yùn)行”、 “恒勵(lì)磁電流運(yùn)行”、“恒無功功率運(yùn)行”、“恒功率因數(shù)運(yùn)行”和“恒觸發(fā)角運(yùn)行”五種 方式。 3.2.2恒機(jī)端電壓運(yùn)行 這種運(yùn)行方式是以機(jī)端電壓為調(diào)節(jié)對象，即始終維持機(jī)端電壓為恒定。因此，勵(lì)磁控制 器在運(yùn)行中不斷地采集發(fā)電機(jī)端電壓并與給定值比較，從而計(jì)算出調(diào)節(jié)誤差，確定出相應(yīng)控 制量以保證發(fā)電機(jī)電壓與給定值相等。在這種運(yùn)行方式下，發(fā)電機(jī)的無功負(fù)荷會隨著系統(tǒng)電 壓變化而變化，系統(tǒng)電壓升高則發(fā)電機(jī)無功減小，系統(tǒng)電壓降低則發(fā)電機(jī)無功增大。發(fā)電機(jī) 轉(zhuǎn)子電流也會隨電壓調(diào)節(jié)而變化。 323恒轉(zhuǎn)子電流運(yùn)行 這種運(yùn)行方式是以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流為調(diào)節(jié)對象，即始終維持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流為恒定。因 此，勵(lì)磁控

53、制器在運(yùn)行中不斷地采集發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流并與給定值比較，從而計(jì)算出調(diào)節(jié)誤差, 確定出相應(yīng)控制量以保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流與給定值相等。同樣，這種運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)的無功 負(fù)荷會隨著系統(tǒng)電壓變化而變化一一系統(tǒng)電壓升高發(fā)電機(jī)無功減小，系統(tǒng)電壓降低發(fā)電機(jī)無 功增大。這種運(yùn)行方式控制增量與機(jī)端電壓無關(guān)，因而沒有強(qiáng)勵(lì)功能。 3.2.4恒無功功率運(yùn)行 這種運(yùn)行方式是以發(fā)電機(jī)無功為調(diào)節(jié)對象，即始終維持發(fā)電機(jī)無功為恒定。勵(lì)磁控制器 在運(yùn)行中不斷地采集發(fā)電機(jī)定子電壓和定子電流并計(jì)算出無功與給定值比較，從而計(jì)算出調(diào) 節(jié)誤差，確定出相應(yīng)控制量以保證發(fā)電機(jī)無功與給定值相等。這種運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)的機(jī)端電 壓會隨著系統(tǒng)電壓變化而變化，系

54、統(tǒng)電壓升高發(fā)電機(jī)電壓就高，系統(tǒng)電壓降低發(fā)電機(jī)電壓降 低。同樣這種運(yùn)行方式控制增量與機(jī)端電壓無關(guān)，因而也沒有強(qiáng)勵(lì)功能。 3.2.5恒功率因數(shù)運(yùn)行 這種運(yùn)行方式是以發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為調(diào)節(jié)對象，即始終維持發(fā)電機(jī)無功功率與有功功率 的比值為恒定。勵(lì)磁控制器在運(yùn)行中不斷地采集發(fā)電機(jī)定子電壓和定子電流并計(jì)算出無功功 率與有功功率的比值與給定值比較，從而計(jì)算出調(diào)節(jié)誤差，確定出相應(yīng)控制量以保證該比值 與給定值相等。這種運(yùn)行方式發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓會隨著系統(tǒng)電壓變化而變化，系統(tǒng)電壓升高 發(fā)電機(jī)電壓就高，系統(tǒng)電壓降低發(fā)電機(jī)電壓降低。同樣這種運(yùn)行方式控制增量與機(jī)端電壓無 關(guān)，因而也沒有強(qiáng)勵(lì)功能。 3.2.6恒觸發(fā)角運(yùn)行

55、這種運(yùn)行方式是以給定的觸發(fā)角運(yùn)行，屬于開環(huán)控制，與系統(tǒng)無關(guān)。這種方式適用于陽 極電壓恒定的他勵(lì)方式，可以用作系統(tǒng)靜態(tài)調(diào)試、備勵(lì)等工況，但不能用于閉環(huán)系統(tǒng)，否則 系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。 3.2.7運(yùn)行方式的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 發(fā)電機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)，用機(jī)端電壓方式起勵(lì)和跟蹤母線電壓起勵(lì)方式起勵(lì)后勵(lì)磁控制器 均保持在恒電壓方式運(yùn)行，只有恒轉(zhuǎn)子電流起勵(lì)后勵(lì)磁控制器才在恒轉(zhuǎn)子電流方式運(yùn)行。但 是無論空載在何種方式運(yùn)行，發(fā)電機(jī)一旦并網(wǎng)，只要無“限制”信號和相應(yīng)故障信號，勵(lì)磁 控制器就會自動(dòng)轉(zhuǎn)換到恒電壓方式運(yùn)行。 當(dāng)出現(xiàn)PT斷線故障、功率柜故障后自動(dòng)轉(zhuǎn)換到恒轉(zhuǎn)子電流運(yùn)行。 PT斷線故障恢復(fù)后, 再自動(dòng)轉(zhuǎn)換為斷線前運(yùn)行方式。這

56、是因?yàn)?PT斷線后，電壓采樣將會降低，如不轉(zhuǎn)換到恒轉(zhuǎn)子 電流運(yùn)行勢必會引起誤強(qiáng)勵(lì)。 當(dāng)勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)出無功過載和欠勵(lì)限制動(dòng)作信號時(shí)，系統(tǒng)將會自動(dòng)轉(zhuǎn)換到恒無功運(yùn)行方式， 當(dāng)限制信號解除時(shí)，會自動(dòng)恢復(fù)到以前的運(yùn)行方式。 當(dāng)系統(tǒng)由于某種原因，強(qiáng)勵(lì)限制動(dòng)作，勵(lì)磁控制器也會自動(dòng)轉(zhuǎn)換到恒轉(zhuǎn)子電流運(yùn)行方式。 同樣，強(qiáng)勵(lì)限制消除后，系統(tǒng)會自動(dòng)恢復(fù)到以前的運(yùn)行方式。 3.3控制方式在線轉(zhuǎn)換： IAEC微機(jī)勵(lì)磁控制器具有 PID、PID+PSS、線性最優(yōu)控制和智能自適應(yīng)等4種控制方式, 系統(tǒng)上電時(shí)根據(jù)用戶的要求可以自動(dòng)設(shè)置為其中的任意一種控制方式。 控制方式由管理機(jī)“方式設(shè)置”主菜單中的“控制方式”框選擇設(shè)置，按“確

57、認(rèn)”按鈕 后命令下傳進(jìn)行人工控制方式轉(zhuǎn)換。 3.4勵(lì)磁限制 勵(lì)磁限制對發(fā)電機(jī)組及勵(lì)磁系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。IAEC微機(jī)勵(lì)磁控制器設(shè)有五 種勵(lì)磁限制：（1）瞬時(shí)/延時(shí)過勵(lì)磁電流限制；（2）無功過載限制；（3）欠勵(lì)限制；（4）空載V/F 限制；（5）功率柜故障分級勵(lì)磁電流限制。 3.4.1瞬時(shí)/延時(shí)過勵(lì)磁電流限制 瞬時(shí)/延時(shí)過勵(lì)磁電流限制通常稱為強(qiáng)勵(lì)限制，勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)的原因大部分是由發(fā)電機(jī)及 其相聯(lián)系統(tǒng)發(fā)生短路故障，勵(lì)磁系統(tǒng)為保證系統(tǒng)穩(wěn)定和繼電保護(hù)可靠動(dòng)作自動(dòng)強(qiáng)行勵(lì)磁所致。 設(shè)置這一限制的目的是防止勵(lì)磁繞組較長時(shí)間過電流而過熱。限制曲線按發(fā)熱量大小作成反 時(shí)限特性，并考慮當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生短路

58、，應(yīng)保證機(jī)組強(qiáng)勵(lì)到頂值，不受限制，反時(shí)限特性 的設(shè)計(jì)曲線示意圖如 3-2所示。實(shí)際限制參數(shù)根據(jù)電廠要求設(shè)定。 圖3-2 瞬時(shí)/延時(shí)過勵(lì)磁電流限制曲線 IAEC設(shè)定當(dāng)勵(lì)磁電流小于或等于額定勵(lì)磁電流的1. 1倍時(shí)不限制；當(dāng)勵(lì)磁電流超過 1.1 倍時(shí)，則經(jīng)過相應(yīng)的延時(shí)后立即限制到1.1倍額定勵(lì)磁電流運(yùn)行。 3.4.2無功過載限制 無功過載限制通常又稱為過勵(lì)限制，設(shè)置無功過載限制的目的是防止人為或計(jì)算機(jī)監(jiān)控 系統(tǒng)自動(dòng)增加無功過多。以致于定子電流過大造成過熱。無功過載限制線示意圖如圖3-3（a） 所示。實(shí)際限制參數(shù)根據(jù)用戶要求設(shè)定。 無功過載限制只針對增磁操作出錯(cuò)時(shí)限制無功增加過多。當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生短路，

59、系統(tǒng)電 壓降低，這時(shí)機(jī)組送出的無功不受限制，以支援電力系統(tǒng)。 圖3-3欠勵(lì)限制及過無功限制曲線 3.4.3欠勵(lì)限制 設(shè)置欠勵(lì)限制的目的是防止人為或計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)減小無功過多。以致于電磁功率 過小造成發(fā)電機(jī)失步。欠勵(lì)限制由軟件實(shí)現(xiàn)，整定值可在線修改。限制線示意圖如圖3-3（b） 所示。實(shí)際限制參數(shù)根據(jù)用戶要求設(shè)定。 欠勵(lì)限制線以上，無功過載限制線以下，有功限制線（由調(diào)速器設(shè)定）以左圍成的區(qū)域 （參看圖3-3），為機(jī)組P、Q安全運(yùn)行區(qū)。 3.4.4伏/赫限制（V/f限制） 設(shè)置伏/赫限制的目的是防止機(jī)組在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)過多地增加勵(lì)磁，以致發(fā)電機(jī)電壓過 高，鐵芯磁通密過大。同時(shí)可作為主變壓器的過

60、磁通保護(hù)。 其基本原理是通過軟件在低速區(qū)間（4047HZ）使 V （標(biāo)么值）/f （標(biāo)么值）=常數(shù) 常數(shù)值根據(jù)要求設(shè)置，本控制器取為1.1,即在低轉(zhuǎn)速區(qū)間鐵芯中磁通密度最高限制到 110%，以防過熱。 程序設(shè)定f在47Hz以上不限制，f40Hz，自動(dòng)逆變滅磁。機(jī)組并網(wǎng)后V/F限制無效。 限制曲線如圖3-4所示。 圖3-4 V/f 限制曲線 3.4.5功率柜停風(fēng)或部分功率柜退出時(shí)限勵(lì)磁電流 當(dāng)功率柜部分退出或停風(fēng)，由 PLC判斷是否發(fā)出限負(fù)荷信號，一旦滿足限負(fù)荷條件，立 即向微機(jī)發(fā)出限負(fù)荷命令，微機(jī)將勵(lì)磁電流最大值設(shè)置為額定勵(lì)磁電流的1.1倍，不再有強(qiáng)勵(lì) 功能。 3.5 勵(lì)磁保護(hù) 為保證機(jī)組的安