河北南网微机励磁调节器的运行现状及发展论文

　　摘要：文章论述了近十年来河北省南部电网发电机微机励磁调节器的发展和应用情况，以及微机励磁装置的特点和今后的发展趋势。
　　关键词：励磁调节器 计算机控制 励磁系统
　　1概述 随着河北省南部电网(以下简称河北南网)容量的逐步扩大，单机容量的提高，对电网运行的经济性、可靠性、安全性的要求越来越高。电网中存在很多对系统运行有重大影响的设备，发电机励磁系统就是其中之一。其主要环节自动励磁调节器的性能不仅影响着发电机的安全稳定运行，而且对电网的稳定也起着重要作用。
　　发电机励磁系统的主要作用如下：维持发电机端电压；控制并列运行机组无功功率的分配；提高同步发电机并联运行的稳定性，包括提高系统的静态稳定性、动态稳定性和暂态稳定性；提高继电保护动作的灵敏度；快速灭磁。
　　河北南网的励磁调节器经历了磁放大原理调节器、开关式调节器、晶体管分立元件调节器等发展过程。20世纪80年代末期开始,河北南网开始发展微机励磁调节器,十几年间,控制核心从单板机到单片机以及数字信号处理器（DSP）,发展十分迅速。最早投运的是马头发电总厂，它的控制核心为单板机。单板机在工业控制上具有结构简单的优点，但也存在稳定性和兼容性较差的缺点,处在试验阶段。90年代后，单片机在工业控制上的应用日益广泛，以单片机为控制核心的微机励磁调节器在河北南网也开始陆续投运。
　　2河北南网微机励磁调节器的发展 1993年，邯郸热电厂＃3机投运了型号为HWJT－01S型微机励磁调节器，该装置投入运行后，调节稳定，维护量极少，受到现场检修和运行人员的欢迎。在此基础上，1994年，首次在河北南网大型发电机组邢台发电厂＃9机上投运了微机励磁调节器，型号为HWJT－08B型,它采用INTEL公司的准16位嵌入式微处理器8098作为控制核心，硬件采用了大规模集成电路，软件使用模块化设计。投运后，运行安全可靠，基本处于免维护状态，运行操作也比原模拟调节器简单，可以说是一个成功的尝试。
　　在#9机微机励磁调节器安全运行3 a之后，河北南网的微机励磁调节器进入快速发展阶段，这期间，有老机组更新改造，也有基建新投运机组直接配套微机励磁调节器。河北南网投运的微机励磁调节器共14套，在大、中型机组的励磁调节器中占66.61％，具体情况见表1。
　　从上述情况分析，大型发电机组使用微机励磁调节器已是大势所趋。就河北南网而言，近十年的运行经验证明了与传统调节器相比，微机励磁优势明显，代表了发电机自动励磁控制系统的发展方向。
　　3微机励磁调节器的特点
　　3.1硬件简单 模拟调节器的各功能环节一般由各插件实现，各插件通过电路组合完成诸如PID调节、 反时限等控制功能，参数的调节也是通过电位器进行调整，误差较大；而微机调节器则通过软件实现各功能，硬件部分是大规模集成电路，一块电路板就能实现，也有的调节器主要控制环节和限制保护环节分别使用各自的硬件。这样，一方面减小了装置的体积，另一方面简化了连接电路，提高了硬件的可靠性。
　　3.2软件功能丰富 现代工业控制软件多采用模块化设计，调节器也不例外。采用模块化的优点在于软件组合灵活，安全性高，便于在线修改和升级；另外，一些在模拟电路中实现起来比较复杂和困难的功能，利用软件可以简便而可靠地实现，例如反时限功能、欠励磁限制、PSS功能等。随着电力系统的飞速发展，出于对电网安全运行的考虑，大容量的电网对PSS功能的需求日渐紧迫。因为PSS环节具有一个双超前滞后功能，若采用模拟电路，元件多，电路复杂，调整困难，参数难以准确实现；而采用软件则可以方便实现，并且算法精确，测量数据准确，输出参数便于调节，功能投切容易实现，现场试验也比较方便。例如邯峰发电厂2台机组的PSS功能试验都顺利完成。有些调节器还采用先进模糊PSS运算方法，功能更加完善。
　　3.3系统容易实现冗余 微机励磁调节器硬件简单，体积小，软件可以复制，这为实现冗余配置提供了便利条件。双通道（邯峰发电厂等）冗余甚至3通道冗余（上安电厂#3、#4机）配置的微机调节器体积不大于单通道模拟调节器。采用冗余配置，便于在运行过程中在线修改参数或更换故障元件，可以提高系统的可靠性。冗余装置之间可进行实时通讯，保障切换时的平稳。
　　3.4易与全厂的计算机控制系统通讯和联网 现代大型电厂多采用分散控制系统（DCS），微机励磁调节器可以采用不同的方式如串口、光缆等接入DCS系统，除了进行就地操作之外，还可以通过DCS的操作界面进行励磁参数的调节，并将励磁系统的运行参数、装置状况等信息上传至DCS系统，便于记录和分析。这也代表了现代化大型发电厂自动控制系统的发展方向。
　　3.5运行可靠，维护简便 进行检查工作时，软件部分进行自检即可，硬件部分主要进行清洁工作，因此维护量很少。
　　4河北南网微机励磁调节器的发展趋势 计算机技术的飞速发展带来了工业控制技术的不断更新，电力系统自动控制装置也不例外，就河北南网的微机励磁调节器而言，其发展趋势可以从控制理论和装置结构两方面来分析。
　　关于控制理论，早期的微机励磁调节器主要应用经典控制论进行计算和编程，但是随着现代控制理论的发展和不断完善，现代控制论在工业中的应用日益广泛。许多励磁工作者提出了非线性控制论，最优励磁控制论，模糊控制论等新的思路和理论，并将它们应用到产品中。河北南网大多数采用PID+PSS的设计思想，也有采用非线性最优励磁控制（NEOC）的设计思想。例如邢台发电厂#7机的SAVR-2000调节器就引入了现代控制理论，优化了控制参数， 2002年6月改造后投产的马头发电厂#7机的GEC-1型调节器就是应用全数字非线性控制论的调节装置。在现阶段，对于同一单机——无穷大系统而言，PID+PSS方式比NEOC的适应性更好，维持发电机端电压能力更强。
　　微机励磁装置的主要部件是控制核心，这是随着微机技术的发展而不断更新的，由单板机向单片机过渡，单片机也经历了准16位、16位、32位等，现在的趋势是使用DSP，即数字信号处理器。它可以把数字信号处理中的一些理论和算法实时实现，已逐步进入控制器市场。DSP代表了今后的.发展趋势，因为它集成度高，是微电子学、数字信号处理技术和计算技术的综合成果，它具有哈佛结构，并含有硬件乘法器，这些特点使DSP的运算及处理速度大大提高。近年来DSP已经可以支持高级语言，并有了支持DSP的实时操作系统。事实证明，以DSP为控制核心的产品性能有明显提高。
　　河北南网的微机励磁调节器的生产厂家分布较广，从装置性能来说，基本都能满足运行要求，并且装置的性能呈提高趋势。根据上述分析，河北南网的微机励磁调节器的发展方向应该是：
　　a. 控制理论多样化现代新兴的控制理论应与经典控制论有机结合，提高控制水平，为软件的升级优化提供可靠的理论依据。
　　b. 装置的控制核心不断升级随计算机技术的发展而不断提高硬件水平，高性能的硬件同时可以简化编程，从而提高调节器的可靠性。
　　c. 调节器的其它硬件向大规模集成化发展，减小装置体积，提高可靠性。
　　此外，SJ-800、SAVR-2000、SC-8002、GEC-1等型号调节器都具有自检功能和试验功能，可以进行录波并配有分析软件。现场试验后，可以将装置录取的波形与外接录波设备录取的结果进行对比，装置的上述附加功能也将成为微机励磁装置的一大发展趋势。
　　参考文献：
　　［1］周双喜，李丹.同步发电机数字式励磁调节器［M］.北京：中国电力出版社，1995.