河北南網(wǎng)微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行現(xiàn)狀及發(fā)展論文
摘要：文章論述了近十年來河北省南部電網(wǎng)發(fā)電機(jī)微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展和應(yīng)用情況，以及微機(jī)勵磁裝置的特點(diǎn)和今后的發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：勵磁調(diào)節(jié)器 計算機(jī)控制 勵磁系統(tǒng)
1概述 隨著河北省南部電網(wǎng)(以下簡稱河北南網(wǎng))容量的逐步擴(kuò)大，單機(jī)容量的提高，對電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、可靠性、安全性的要求越來越高。電網(wǎng)中存在很多對系統(tǒng)運(yùn)行有重大影響的設(shè)備，發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)就是其中之一。其主要環(huán)節(jié)自動勵磁調(diào)節(jié)器的性能不僅影響著發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而且對電網(wǎng)的穩(wěn)定也起著重要作用。
發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的主要作用如下：維持發(fā)電機(jī)端電壓；控制并列運(yùn)行機(jī)組無功功率的分配；提高同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性，包括提高系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性、動態(tài)穩(wěn)定性和暫態(tài)穩(wěn)定性；提高繼電保護(hù)動作的靈敏度；快速滅磁。
河北南網(wǎng)的勵磁調(diào)節(jié)器經(jīng)歷了磁放大原理調(diào)節(jié)器、開關(guān)式調(diào)節(jié)器、晶體管分立元件調(diào)節(jié)器等發(fā)展過程。20世紀(jì)80年代末期開始,河北南網(wǎng)開始發(fā)展微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器,十幾年間,控制核心從單板機(jī)到單片機(jī)以及數(shù)字信號處理器（DSP）,發(fā)展十分迅速。最早投運(yùn)的是馬頭發(fā)電總廠，它的控制核心為單板機(jī)。單板機(jī)在工業(yè)控制上具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，但也存在穩(wěn)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(jī)在工業(yè)控制上的應(yīng)用日益廣泛，以單片機(jī)為控制核心的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器在河北南網(wǎng)也開始陸續(xù)投運(yùn)。
2河北南網(wǎng)微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展 1993年，邯鄲熱電廠＃3機(jī)投運(yùn)了型號為HWJT－01S型微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器，該裝置投入運(yùn)行后，調(diào)節(jié)穩(wěn)定，維護(hù)量極少，受到現(xiàn)場檢修和運(yùn)行人員的歡迎。在此基礎(chǔ)上，1994年，首次在河北南網(wǎng)大型發(fā)電機(jī)組邢臺發(fā)電廠＃9機(jī)上投運(yùn)了微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器，型號為HWJT－08B型,它采用INTEL公司的準(zhǔn)16位嵌入式微處理器8098作為控制核心，硬件采用了大規(guī)模集成電路，軟件使用模塊化設(shè)計。投運(yùn)后，運(yùn)行安全可靠，基本處于免維護(hù)狀態(tài)，運(yùn)行操作也比原模擬調(diào)節(jié)器簡單，可以說是一個成功的嘗試。
在#9機(jī)微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器安全運(yùn)行3 a之后，河北南網(wǎng)的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器進(jìn)入快速發(fā)展階段，這期間，有老機(jī)組更新改造，也有基建新投運(yùn)機(jī)組直接配套微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器。河北南網(wǎng)投運(yùn)的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器共14套，在大、中型機(jī)組的勵磁調(diào)節(jié)器中占66.61％，具體情況見表1。
從上述情況分析，大型發(fā)電機(jī)組使用微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器已是大勢所趨。就河北南網(wǎng)而言，近十年的運(yùn)行經(jīng)驗證明了與傳統(tǒng)調(diào)節(jié)器相比，微機(jī)勵磁優(yōu)勢明顯，代表了發(fā)電機(jī)自動勵磁控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
3微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)
3.1硬件簡單 模擬調(diào)節(jié)器的各功能環(huán)節(jié)一般由各插件實(shí)現(xiàn)，各插件通過電路組合完成諸如PID調(diào)節(jié)、 反時限等控制功能，參數(shù)的調(diào)節(jié)也是通過電位器進(jìn)行調(diào)整，誤差較大；而微機(jī)調(diào)節(jié)器則通過軟件實(shí)現(xiàn)各功能，硬件部分是大規(guī)模集成電路，一塊電路板就能實(shí)現(xiàn)，也有的調(diào)節(jié)器主要控制環(huán)節(jié)和限制保護(hù)環(huán)節(jié)分別使用各自的硬件。這樣，一方面減小了裝置的體積，另一方面簡化了連接電路，提高了硬件的可靠性。
3.2軟件功能豐富 現(xiàn)代工業(yè)控制軟件多采用模塊化設(shè)計，調(diào)節(jié)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，便于在線修改和升級；另外，一些在模擬電路中實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜和困難的.功能，利用軟件可以簡便而可靠地實(shí)現(xiàn)，例如反時限功能、欠勵磁限制、PSS功能等。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，出于對電網(wǎng)安全運(yùn)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(jié)具有一個雙超前滯后功能，若采用模擬電路，元件多，電路復(fù)雜，調(diào)整困難，參數(shù)難以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)；而采用軟件則可以方便實(shí)現(xiàn)，并且算法精確，測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，輸出參數(shù)便于調(diào)節(jié)，功能投切容易實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場試驗也比較方便。例如邯峰發(fā)電廠2臺機(jī)組的PSS功能試驗都順利完成。有些調(diào)節(jié)器還采用先進(jìn)模糊PSS運(yùn)算方法，功能更加完善。
3.3系統(tǒng)容易實(shí)現(xiàn)冗余 微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器硬件簡單，體積小，軟件可以復(fù)制，這為實(shí)現(xiàn)冗余配置提供了便利條件。雙通道（邯峰發(fā)電廠等）冗余甚至3通道冗余（上安電廠#3、#4機(jī)）配置的微機(jī)調(diào)節(jié)器體積不大于單通道模擬調(diào)節(jié)器。采用冗余配置，便于在運(yùn)行過程中在線修改參數(shù)或更換故障元件，可以提高系統(tǒng)的可靠性。冗余裝置之間可進(jìn)行實(shí)時通訊，保障切換時的平穩(wěn)。
3.4易與全廠的計算機(jī)控制系統(tǒng)通訊和聯(lián)網(wǎng) 現(xiàn)代大型電廠多采用分散控制系統(tǒng)（DCS），微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器可以采用不同的方式如串口、光纜等接入DCS系統(tǒng)，除了進(jìn)行就地操作之外，還可以通過DCS的操作界面進(jìn)行勵磁參數(shù)的調(diào)節(jié)，并將勵磁系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)、裝置狀況等信息上傳至DCS系統(tǒng)，便于記錄和分析。這也代表了現(xiàn)代化大型發(fā)電廠自動控制系統(tǒng)的發(fā)展方向。
3.5運(yùn)行可靠，維護(hù)簡便 進(jìn)行檢查工作時，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(hù)量很少。
4河北南網(wǎng)微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展趨勢 計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展帶來了工業(yè)控制技術(shù)的不斷更新，電力系統(tǒng)自動控制裝置也不例外，就河北南網(wǎng)的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器而言，其發(fā)展趨勢可以從控制理論和裝置結(jié)構(gòu)兩方面來分析。
關(guān)于控制理論，早期的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器主要應(yīng)用經(jīng)典控制論進(jìn)行計算和編程，但是隨著現(xiàn)代控制理論的發(fā)展和不斷完善，現(xiàn)代控制論在工業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。許多勵磁工作者提出了非線性控制論，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(yīng)用到產(chǎn)品中。河北南網(wǎng)大多數(shù)采用PID+PSS的設(shè)計思想，也有采用非線性最優(yōu)勵磁控制（NEOC）的設(shè)計思想。例如邢臺發(fā)電廠#7機(jī)的SAVR-2000調(diào)節(jié)器就引入了現(xiàn)代控制理論，優(yōu)化了控制參數(shù)， 2002年6月改造后投產(chǎn)的馬頭發(fā)電廠#7機(jī)的GEC-1型調(diào)節(jié)器就是應(yīng)用全數(shù)字非線性控制論的調(diào)節(jié)裝置。在現(xiàn)階段，對于同一單機(jī)——無窮大系統(tǒng)而言，PID+PSS方式比NEOC的適應(yīng)性更好，維持發(fā)電機(jī)端電壓能力更強(qiáng)。
微機(jī)勵磁裝置的主要部件是控制核心，這是隨著微機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷更新的，由單板機(jī)向單片機(jī)過渡，單片機(jī)也經(jīng)歷了準(zhǔn)16位、16位、32位等，現(xiàn)在的趨勢是使用DSP，即數(shù)字信號處理器。它可以把數(shù)字信號處理中的一些理論和算法實(shí)時實(shí)現(xiàn)，已逐步進(jìn)入控制器市場。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(shù)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(jié)構(gòu)，并含有硬件乘法器，這些特點(diǎn)使DSP的運(yùn)算及處理速度大大提高。近年來DSP已經(jīng)可以支持高級語言，并有了支持DSP的實(shí)時操作系統(tǒng)。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(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的生產(chǎn)廠家分布較廣，從裝置性能來說，基本都能滿足運(yùn)行要求，并且裝置的性能呈提高趨勢。根據(jù)上述分析，河北南網(wǎng)的微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展方向應(yīng)該是：
a. 控制理論多樣化現(xiàn)代新興的控制理論應(yīng)與經(jīng)典控制論有機(jī)結(jié)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(jù)。
b. 裝置的控制核心不斷升級隨計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷提高硬件水平，高性能的硬件同時可以簡化編程，從而提高調(diào)節(jié)器的可靠性。
c. 調(diào)節(jié)器的其它硬件向大規(guī)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(diào)節(jié)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。現(xiàn)場試驗后，可以將裝置錄取的波形與外接錄波設(shè)備錄取的結(jié)果進(jìn)行對比，裝置的上述附加功能也將成為微機(jī)勵磁裝置的一大發(fā)展趨勢。
參考文獻(xiàn)：
［1］周雙喜，李丹.同步發(fā)電機(jī)數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器［M］.北京：中國電力出版社，1995.
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