ABB励磁系统原理说明.pdf

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1、 UNITROL 5000 励磁系统励磁系统 3BHS 110 389 E Page1/40 原理说明 目录 目录 原理说明原理说明.2 1.1.系统概述系统概述.2 3.3.UNITROLUNITROL 5000 的控制元件 5000 的控制元件.8 3.1 概述.8 3.2 配置和机械设计.8 3.3 主要的控制板.11 3.4 励磁系统的内部通讯.13 3.5 人机界面.14 3.5.1 手持屏(SPA).14 3.5.2 就地控制面板LCP.14 3.5.3 调试和维护工具CMT.16 3.5.4 远程诊断.17 3.6.1 常规I/O接口方式（光隔离输入和继电器输出）.18 3.6.

2、2 与电站控制系统的串行通讯.19 4.4.电压调节、监测和保护功能电压调节、监测和保护功能.20 4.1 励磁调节器所包含的功能.20 4.2 发电机电压给定和调节.22 4.3 限制器.23 4.4 与温度相关的励磁电流限制器.28 4.5 恒无功或恒功率因数叠加调节.29 4.6 电力系统稳定器PSS.30 4.7 自适应电力系统稳定器APSS.30 4.8 手动调节.31 4.9 监视和保护功能.32 4.9.1 控制板（COB）的软件功能.32 4.9.2 其它监测和保护功能.34 5.5.可控硅整流桥可控硅整流桥.36 5.1 电力电子元件.36 5.2 互备双桥结构.37 5.3

3、 N 1 冗余结构.37 5.4 整流桥接口板CIN.37 5.5 门极驱动板GDI.38 5.6 电流传感器CUS.38 5.7 整流桥显示器CDP.38 6.6.灭磁灭磁.39 7.7.起励起励.40 03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 2/40 原理说明 原理说明 介绍 介绍 UNITROL5000 是UNITROL 系列的第五代励磁调节器，用于同步发电机静止励磁系统。UNITROL5000 具有前两代励磁调节器UNITROLF和UNITROLP的核心技术和目前数字控制领域内最先进的研究成果和工艺，如DSP数字信号

4、处理技术。UNITROL5000 系统由UNITROL F和UNITROLP平台升级而成。增添了新的精巧的解决方案和手段（如可控硅整流桥的动态智能均流、低残压快速起励）以及完善的通讯功能和多种调试手段（如Windows 界面的GAD编程开发软件包以及CMT调试和维护工具）。UNITROLP的ARCnet网络技术也被移植到UNITROL5000中，用于励磁系统各部件间的串行通讯。1.系统概述 1.系统概述 静止励磁系统通过可控硅整流桥控制励磁电流，达到调节同步发电机端电压和无功功率的目的。根据图一所示的UNITROL5000 励磁系统的框图，整个系统可分为四个主要部分：励磁变压器(-T02)两套

5、相互独立的励磁调节器（-A10，-A20）可控硅整流器单元 G31 -G34 起励单元（-R03，-V03，-Q03）和灭磁单元（-Q02，-F02，-R02）在静态励磁系统（常称自并励或机端励磁）中，励磁电源取自发电机机端。同步发电机的磁场电流经由励磁变压器 T02、磁场断路器 Q02 和可控硅整流桥 G31G34 供给。励磁变压器将发电机端电压降低到可控硅整流桥所需的输入电压、为发电机端电压和磁场绕组提供电气隔离以及为可控硅整流器提供整流阻抗。可控硅整流桥 G31G34 将交流电流转换成受控的直流电流 If。起励开始时，发动机的起励能量来自发电机残压。当可控硅整流器的输入电压升到 10V2

6、0V时，可控硅整流桥和励磁调节器就投入正常工作，由AVR控制进行软起励过程。UNITROL5000的起励机理和起励装置(-R03,-V03,-Q03)的设计将在第七章中详细说明。并网后，励磁系统可工作于 AVR 方式，调节发电机的端电压和无功功率，或工作于叠加调节方式，包括恒功率因数调节、恒无功调节以及可以接受电厂调度指令的成组调节等。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 3/40 灭磁设备的作用是将磁场回路断开并尽可能快地将磁场能量释放。灭磁回路主要由磁场断路器-Q02、灭磁电阻 R02、晶闸管跨接器 F02 及其相关的

7、触发元件组成。在第六章中还将详细介绍交流灭磁技术。根据系统的要求，励磁调节器可以采取单通道（-A10）结构或者双通道（-A10 和-A20）结构。每个通道是一个主要由控制板（COB）和测量单元板（MUB）构成的独立的处理系统，具有发电机机端电压调节、励磁电流调节、励磁监视保护功能和可编程控制逻辑软件。在单通道结构中，可安装一块独立的扩展门极控制板（EGC）作为备用通道，也就是一个手动通道。接口模块如快速输入输出板（FIO）和主回路信号接口板（PSI）等可以为上述控制板提供测量信号和控制信号的电气隔离。此外，每个可控硅整流桥都配备一套接口电路，包括整流器接口板（CIN）、门极驱动板（GDI）和整

8、流桥显示单元（CDP）。UNITROL5000 还具有强大的串行通讯功能。如具备Modbus串联接口。在励磁系统内，控制和状态信号的交换是通过ARCnet网实现的。磁场断路器跳闸回路还附加了硬件回路。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 4/40 图 1:典型的 UNITROL 5000 励磁系统的方框原理图-G31EXCITATIONTRANSFORMERARCNETFIELD BUSU BATT.-R06-R02-G32-T02MUBCOBFIO2PSI1PSI2EXTERNAL I/OA DMUBCOBINTERNA

9、L I/OA D-F04-C04-C05PULSE BUS-G33-G34FIO13LCPREF-F75SPA-F02MOPTION:CMT TOOLWITH FIBRE CABLE-T0524VDC SUPPLY BUS-F05-G05DC-G15-Q15-Q05AC70Advant Controller 70AIOAnalog Input OutputInterfaceCDPConverter DisplayCINConverter InterfaceCOBControl BoardCUSCurrent SensorDIIDigital Input InterfaceEGCExtended

10、 Gate ControllerFBCFieldbus CouplerFCField CommunicationInterfaceFIOFast I/OGDIGate Driver InterfaceLBILocal Bus InterfaceLCPLocal Control PanelMBAModbus AdapterMBPModbus Plus AdapterMUBMeasuring Unit BoardOBIOptical Bus InterfacePBAProfibus AdapterPSIPower Signal InterfacePTIPT100 InterfaceROIRelay

11、 Output InterfaceSPAService PanelLEGEND:OR-A20-A10-Q80AC BUSDC BUSDC-C71-C72-R04-R05U AUX.-Q90AC AUX.BUSTGDICINCDPORPSI2-F04-V03-Q03-R03DIIFBCFBCOBIAIOPTIROILBI-Q02MBAMBA03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 5/40 2.机械设计 机械设计 概述:UNITROL5000 励磁系统结构紧凑，基于ABB的模块化低压配电系统 OJALA模块化低压配电系统 OJA

12、LA,各功能单元均根据常用的励磁电流额定值和顶值实现模块化和标准化。智能均流功能的引入使标准化设计工作得以简化。整套设备生产按模块安排，根据销售预测备料。典型的励磁系统见图 2，包括 1 台励磁调节器柜、1 台交流进线和磁场开关柜、若干台功率柜和 1 台灭磁、起励和直流出线柜。智能均流对机械设计的影响:直到最近，并联可控硅整流桥间的电流分配仍然还是一个问题。没有任何一个实际的方法是完全有效的，如改变交流开关的位置，在每个桥臂的交流侧套磁环或用等长分布电缆等。在实践中，最好的结果是各个整流桥的电流分配偏差小于额定励磁电流的 10%。而UNITROL5000 励磁系统由于采用智能均流措施，各整流桥

13、的电流几乎相等。在额定励磁电流较大时，由于均流系数的提高，甚至可以节省一台整流桥。此外，由于不必考虑整流变压器和整流桥间接线对均流效果的影响，交流开关柜可以放在任何位置。这样，在整流桥的交流侧就可以采用标准母排连接，从而简化了工艺，实现了设计标准化，方便了采购和制造，缩短了生产周期。机械防护等级：柜体的防护等级按 IEC529 及 DIN 400 50 标准设计。根据需要，防护等级可以是 IP21、IP31或 IP54。对于热带气候条件，设计时还特别考虑了柜体加热、密封和表面涂覆等。柜体结构：柜体包括钢制底盘、柜体框架和外壳。在柜体的顶部，沿长度方向设有供柜体运输用的独立钢轨。柜体的框架由 2

14、 毫米厚镀锌钢板卷成的 C 型钢梁构成，能够独立为安装的励磁系统部件提供刚性支持。框架上包覆 1.5 毫米厚的钢板，仅用于触电和气候防护（如防尘）,而不用于结构支撑。表面涂覆：在装配前，柜体框架和钢板的表面要经过全面的涂覆处理：前处理包括去油污、清洗、镀锌和高压蒸气清洗；烤磁底漆 涂 RAL7032 光面漆 涂层的总厚度达 555（底漆+第一道和第二道面漆），而最外面的面漆是光滑的。也可根据要求提供更厚的涂层。门把手：门把手采用双销槽形式。也可选用带园柱形锁和双钥匙的 T 型把手。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 6/

15、40 主回路：从交流输入到磁场断路器，包括整流桥间的相互连接，一直到直流输出回路均采用母排连接。导线：采用符合 IEC228 5 级标准的镀锡铜导线。导线的绝缘皮阻燃，不含 PVC,即使在燃烧的情况下也不会产生有毒气体。各印刷电路板之间采用扁平电缆连接。导线线径：标准导线线径如下：控制回路:1.0 mm2 测量回路:PT回路:2.5 mm2 CT回路:2.5 mm2 辅助电源:2.5 mm2 主回路:符合相关国际标准的要求。导线颜色:蓝色电缆用于直流控制回路和及其衍生支路以及零线。黑色电缆用于所有其它回路。接地线采用黄/绿相间导线。也可选用其它颜色的导线。导线标号:在接口端子处提供标号。端子:

16、测量和电源回路采用凤凰PHOENIX断开式端子，最大线径为 2.5mm2。控制和信号回路采用凤凰PHOENIX线夹式端子，线径为 2.5 mm2。部件的标识:部件的标识符合标准 IEC 750 和 DIN 40719 第二部分。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 7/40 图 2:UNITROL 5000 励磁系统的基本柜体布置图（大约 3500A 的系统）Converter ElectronicsCUSThyristorConverter 1Converter ElectronicsThyristorConverter

17、 1AVRChannel IIMUBMUBCOBCOBFIOFIOPSIPSIAC/DCDC/DCLCPSPAAVRChannel IPTs&CTsMeasurementsControl I/OPulse BusARCnet Fieldbus24V SupplybusFieldflashingField suppressionDC-OutletConverter ElectronicsCUSThyristorConverter NAC Field BreakerControl ElectronicsAC-Field BreakerAC-InletCTCTCUSMCUSMCUSMUsynCDPC

18、DPCDP03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 8/40 3.UNITROL 5000 的控制元件 3.UNITROL 5000 的控制元件 3.1 概述 3.1 概述 UNITROLUNITROL 5000 5000 型励磁调节器是基于微机控制的数字式控制系统，主要用于大型静止励磁系统的控制和调节。UNITROL5000 的控制电路以UNITROL F和UNITROL P平台为基础，增添了新的解决方案和手段,如可控硅整流桥的动态智能均流、残压起励以及完善的通讯功能和多种调试手段。UNITROL5000 还可用于供电电源频

19、率为 162/3Hz的励磁系统和供电电源频率高达 500Hz的交流励磁机励磁系统。3.2 配置和机械设计 3.2 配置和机械设计 励磁调节器的核心是控制板 COB。所有的调节、控制以及脉冲形成等功能均由 COB 实现。带数字信号处理器 DSP 的测量单元板 MUB 用于实际值的快速测量。这两块板叠装在同一个金属箱内，形成一个独立的调节通道。箱内还可安装一块结构上独立的扩展门极控制板 EGC 作备用通道，用于励磁电流调节。另一种配置是用两套调节器组成一套完全冗余的系统。两个通道是完全独立的，可以在线维护。每个通道可以控制一个或多个并联的整流桥，输出励磁电流高达10000A。快速输入输出接口板 F

20、IO 和整流桥接口板 CIN 等接口装置用于电气隔离和信号转换。这些接口装置一般都放在接近信号源的位置，如整流桥接口板 CIN 就安装在功率柜内。励磁系统内非实时信号的处理则通过 ARCnet 网传输。基于UNITROL 5000 励磁系统的配置非常灵活，为用户提供多种选择，见图 3 至图 9。图中的缩写如下：AVR 自动电压调节器 FCR 励磁电流调节器 BFCR-备用励磁电流调节器 UG 发电机机端电压测量信号 IG-发电机定子电流测量信号 IF-发电机励磁电流测量信号 控制器的有“运行”和“备用”两种工作状态，备用控制器是运行控制器的后备控制器。图 3:D5E 型 AVRFCRBFCRU

21、GIGIFIFBLOCKTHYRISTOR CONVERTERCOBEGC单个整流桥的单通道控制器 图 3 所示为UNITROL5000 系统的最小配置。主控制器板COB提供所有调节和控制功能（包括励磁电流调节功能）。备用调节器-即扩展门极控制器EGC跟踪主控制器并在主控制器故障时自动取代主控制器。该配置采用无冗余的一个可控硅整流桥。图 4:D5T 型 AVRFCRBFCRUGIGIFIFBLOCKBLOCKTHYRISTOR CONVERTERCOBEGC带互备双整流桥的单通道控制器 在该配置采用两个互备冗余的整流器。其中任何一个都可被选为“运行”整流器，而另一个则处于“备用”状态。这种配置

22、通常用于额定输出电流小于 2000A 的系统。图 5:D5S 型 整流器 n-1型配置，调节器为单通道 AVRFCRBFCRUGIGIFIFBLOCK12nTHYRISTOR CONVERTERCOBEGC 如图 5 所示，在 D5S 配置中，所有整流桥都同时工作。在其中一个整流桥故障的情况下，该桥被自动关闭，由其余的桥平稳地承接负载。可控硅整流桥的设计为是 n-1 冗余，即在一个整流桥故障时，其余整流桥能无限制地支持所有工况。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 9/40 在图 6 至图 8 所示的配置中，均采用双通道控

23、制器。每个通道都可以工作在“运行”和“备用”方式。除自动电压调节功能外，每个通道还具有 PSS、各种限制、保护、监控及手动控制等软件功能。图 6:A5E 型 BLOCKAVRFCRUGIGIFAVRFCRUGIGIFTHYRISTOR CONVERTERCOB 1COB 2带单个整流桥的双通道控制器 BLOCKAVRFCRUGIGIFAVRFCRUGIGIFBLOCKTHYRISTOR CONVERTERCOB 1COB 2图 7:A5T 型 带互备双桥的双通道控制器 BLOCKAVRFCRUGIGIFAVRFCRUGIGIFn21THYRISTOR CONVERTERCOB 2COB 1图

24、8:A5S 型 整流桥 n-1 型配置，调节器为双通道 03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 10/40 BFCRIFBFCRIFAVRFCRUGIGIFAVRFCRUGIGIFn21THYRISTOR CONVERTERCOB 2COB 1EGC 1EGC 2图 9:整流桥 n-1 型配置，带备用励磁电流调节器的双通道控制器 这种配置的冗余度最高。每个调节通道的配置也最为齐全，包括独立的励磁电流调节器等许多功能。3.3 主要的控制板 3.3 主要的控制板 控制板(COB)控制板(COB)COB 集成了自动电压调节、各种限

25、制、保护和控制功能。COB 所使用的 CPU 是增强型的微处理器 AN80186AM，时钟 32MHz。1 片专用的集成芯片 ASIC 负责交换和储存数据，控制脉冲生成、A/D 和 D/A 转换以及与励磁系统内其它装置通讯的 ARCnet 现场总线连接。COB 支持与就地控制面板 LCP、手持编程器 SPA 和 CMT 工具的通讯。此外，它还提供串行端口和看门狗自诊断功能。为方便快速诊断和故障查找，COB 配有一个七段数码显示管。典型的双通道配置如图 10 所示。此外，COB 还配有一个故障录波器和故障记录器。这些记录可通过调试和维护工具 CMT 处理。故障录波器和故障记录器可与实时钟保持同步

26、。系统的功能和优点将在本说明书中分别说明。测量单元板(MUB)测量单元板(MUB)测量单元板 MUB 由数字信号处理器 DSP 和 IntelDSP 56303 构成。用于完成实际测量值的快速处理、电气隔离和信号转换。测量单元板 MUB 有下述功能：-滤波和数字式交流采样-励磁电流和电压、可控硅整流桥输入电流和电压、有功功率和无功功率、功率因数和发电机频率的计算-以加速功率和频率为输入信号，控制算法基于 IEEE Std.421-2A 的电力系统稳压器 PSS-自适应电力系统稳压器（PSS 的一种方案）03.12.03Functional Description 20:27 3BHS11038

27、9 E Page 11/40 MUBCOB(Control Board)(Measuring Board)FIOBasisCMTAC70/NxxALCPFIOExtensionARCnetDI/DOServicePanelStation Field BusLocalControlPanelSPAField Current RegulatorProtectionMonitoringAVRLogic Control(Extended Gate Controller)EGC(Option)Converter DisplayG31CINConverterElectronicsGDI(Gate Driv

28、erInterface)(Converter Interface)CONVERTER 1CONVERTER 2CONVERTER 3CONVERTER 4ARCnetFieldBusFIELD FLASHINGFIELD SUPPRESSIONSMAVR-Channel IAVR-Channel IIUc图 10:典型的双通道系统配置 03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 12/40 扩展门极控制板(EGC)扩展门极控制板(EGC)扩展门极控制板EGC可在单通道配置中作备用通道使用，或在非 50/60Hz额定频率系统中用做

29、脉冲形成。在后一种情况下，典型应用是作为脉冲形成板用于供电电源频率高达 500Hz的带副励磁机的励磁调节器。此外，该板还可用于铁路电网中 162/3Hz发电机的励磁系统。EGC 连同COB、MUB一起安装在同一个金属箱中，但在结构上是独立的。EGC 还具有下列功能：-励磁电流调节-通道跟踪，以便在 COB 故障时实现平稳切换-备用瞬时过电流保护继电器（ANSI 50）-备用反时限过电流继电器（ANSI 51）-直流侧短路保护-根据尖峰检测原理设计的可控硅整流桥导通监视-自带电源 主回路信号接口板(PSI)主回路信号接口板(PSI)主回路信号接口板 PSI 用于实现电气隔离，以及将磁场测量信号变

30、换后送到测量单元板 MUB。励磁调节器电源 励磁调节器电源 所有电路板的供电电源均取自于 24V 直流母线。24V 直流母线来自双冗余电源组：由直流电源供电的 DC/DC 电源和由励磁变压器副边供电的 AC/DC 电源。3.4 励磁系统的内部通讯 3.4 励磁系统的内部通讯 励磁系统的内部通讯是通过 ARCnet 现场总线ARCnet 现场总线实现的,如：与可控硅整流器之间的控制与状态信号的双向交换即使用该现场总线。此外，就地控制面板 LCP 的测量和报警信号以及就地控制命令也是通过该通讯线路发送的。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389

31、 E Page 13/40 3.5 人机界面 3.5 人机界面 3.5.1 手持屏(SPA)3.5.1 手持屏(SPA)多功能手持屏 SPA 用于调试和维护。SPA 具有就地操作、参数设定和应用程序编程功能。可显示励磁系统的数据（如发电机机端电压、励磁电流和励磁电压）、设定参数。还具有实时报警和故障记录管理功能。面板上设薄膜控制键，与 COB 控制板的连接则通过光缆实现。由于 SPA 仅用于调试和维护，因此被固定在调节器柜内某个通道控制箱上。图 11:手持屏(SPA)3.5.2 就地控制面板 LCP 3.5.2 就地控制面板 LCP 就地控制面板 LCP 具有良好的人机界面，用于对励磁系统进行

32、就地操作和监视。LCP 也可安装于电站中控室内，用于远方控制。面板有下列功能：显示分辨率为 240 x64，可同时显示 8x40 个字符。LCP 可同时显示 8 个模拟量信号，或者以棒图的形式同时显示 4 个模拟量信号（显示量程为 0%到 120%）。选点显示信号多达 32 点。显示模式可通过功能键设置，显示信号可通过滚动键或翻页键查找，用光标键选中。信号报警 信号报警 在励磁系统发生报警时，报警显示先于测量信号显示。报警显示内容包括报警序号和 40 个字符的文字报警说明。LCP 可按报警的时间顺序同时显示 8个报警信息。如果报警信息超过 8 个，其余部分可通过滚动键显示。报警信息的显示容量为

33、80 个。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 14/40 报警指示灯在报警显示键的右上角，每次发生报警时都会闪烁。按确认键后，如果报警还存在，指示灯由闪烁转常亮。报警消失后，报警指示灯自动熄灭。信号和报警信息的打印 信号和报警信息的打印 LCP 内存储的信息可通过其 RS-232 串行接口打印出来。所选模式的指示 所选模式的指示 每个选用的模式键都安装有一个指示灯，用以指示该模式被选中。现地运行控制 现地运行控制 LCP 有 16 个带 LED 状态指示灯的薄膜按键，用于励磁系统就地控制。图 12:运行中的就地控制面板

34、LCP 03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 15/40 3.5.3 调试和维护工具 CMT 3.5.3 调试和维护工具 CMT CMT 是基于 Windows 的专用调试工具，用于 UNITROL 5000 系统的试验、调试和维护。可单独购买 CMT 软件，或安装了软件的 PC 机（最好是手提电脑）。工具套件中还包括一块与控制板 COB 连接用的 PCMCIA 卡 1 块和光缆 1 根。CMT 具有如下功能：就地控制面板，就地控制面板，在电脑屏幕上显示现代化的用户可视界面，如按钮、状态信号和给定值设定显示等。可以用鼠标点

35、击或电脑键盘进行控制，见图 13。图 13:CMT 工具的屏幕显示 趋势图功能趋势图功能，作为辅助工具，用于在调试过程中对闭环动态响应的优化和对调节性能以及 AVR 或其它控制器调节参数的最终确认。可替代示波器、录波仪等常规检测设备。CMT 可同时显示 6 个可选信号的波形，信号的标度和扫描速度。这些波形可储存在电脑中，便于在试验报告试验报告中使用。故障录波功能故障录波功能，由调节器 COB 控制板的相应功能支持，可记录故障瞬间测量信号的变化过程，便于故障分析和定位。与图 13 所示的趋势图功能相似，故障录波功能也可同时记录 6 个测量信号（6 个通道）。每个通道的采样容量为 1000 点，记

36、录总长度取决于扫描速度。故障录波功能可由故障信号变位触发，或者在触发信号达到设定值时触发。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 16/40 触发后，所采信号被保存到控制板 COB 的缓冲存储器中。触发事件、触发信号电平、故障前时间和故障后时间可调。触发时刻被标注在时间轴上，来自于控制板 COB 中的精确内部石英时钟，该时钟可通过外部小时冲时脉冲与外部时钟保持同步。故障记录功能故障记录功能，由调节器控制板 COB 提供支持，可记录多达 100 个故障及其时间标签。也可通过手持屏 SPA 读取故障记录。软件框图软件框图实时显示

37、功能，如逻辑控制、PID 调节、限制器以及保护和监测等功能模块。可实时观察某个具体功能模块的输入和输出信号，修改系统参数（如 AVR 参数）。编程功能编程功能，能够修改应用程序，即把某些功能函数调入控制序列中执行。3.5.4 远程诊断 3.5.4 远程诊断 可通过公用电话网（或卫星）对 CMT 工具进行远程控制。在远程诊断时，要使用两台电脑：一台是上位计算机机，另一台是远程计算机，两台电脑均安装 CMT 工具、通讯软件和调制解调器。ABB 可以推荐远程诊断包，包括服务协议。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 17/40

38、03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 18/40 3.6 与电站控制系统的接口 3.6 与电站控制系统的接口 3.6.1 常规 I/O 接口方式（光隔离输入和继电器输出）3.6.1 常规 I/O 接口方式（光隔离输入和继电器输出）快速输入/输出板 FIO快速输入/输出板 FIO 为数字量和模拟量命令与状态信号提供接口。每块快速输入/输出板 FIO包括：-16 点光隔离的数字量输入，用于 24V 回路。-18 点继电器转换接点输出，用于状态指示和报警-4 点多功能模拟量输入，输入量程为10V 或20mA-4 点多功能模拟量输

39、出，输出信号为 420mA -3 点温度测量回路用于励磁变压器温度测量，测温电阻为 PTC 或 PT100 每个系统最多可配置两块快速输入/输出板 FIO，这对于大多数系统要求是足够用的。在要求有更多的数字量输入和输出的情况下，可以增加数字量输入接口 DII 和继电器输出接口 ROI。这两个接口由 ARCnet 网控制。标准的接口信号定义如下。表 1:标准的远方控制、状态和报警信号表 外来命令信号 外来命令信号 状态和报警信号 状态和报警信号-励磁 投入-励磁 运行-励磁 切除 -磁场断路器 合闸-磁场断路器 合位-磁场断路器 分闸-磁场断路器 分位-发电机断路器 合闸 -自动调节 投入-自动

40、 运行-手动调节 投入-MANUAL（手动）运行-叠加调节(恒无功或恒功率因数调节)投入-叠加调节(恒无功或恒功率因数调节)运行-叠加控制(恒无功或恒功率因数控制)退出 -给定 增-给定 上限位-给定 减-给定 下限位 -就地控制 有效 -过励限制 动作 -欠励限制 动作 -跟踪平衡 自动/手动 -备用控制器 BFCR（如果配备 BFCR）运行 -综合报警 动作-发电机转速 80%励磁系统还提供两个独立的内部跳闸出口和直接作用于磁场断路器跳闸回路的两个跳闸入口。分别与发电机保护装置接口。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page

41、 19/40 3.6.2 与电站控制系统的串行通讯 3.6.2 与电站控制系统的串行通讯 除无压节点（干节点）形式的常规 I/O 接口外，UNITROL 5000 型励磁系统还可配有串行通讯方式用于与更高层次的、不同规约的控制系统通讯，收发运行所需的信号，包括数字形式的模拟量信号。与其它智能系统的串行通讯可以是下列串行接口中的任意一种：NMBA-01,Modbus 适配器 NMBA-01,Modbus 适配器 NMBP-01,Modbus Plus 适配器NMBP-01,Modbus Plus 适配器 NMBA-02,Profibus 适配器NMBA-02,Profibus 适配器 AC70B

42、AS,Advant AC70BAS,Advant 根据协议，还可以提供其它形式的通讯规约。根据实际需要，在项目设计时也可在应用程序中添加某些功能模块。03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 20/40 4.电压调节、监测和保护功能 4.电压调节、监测和保护功能 以下是UNITROL 5000 的主要控制功能介绍。4.1 励磁调节器所包含的功能 4.1 励磁调节器所包含的功能 自动电压调节器 AVR 的主要目的是精确地控制和调节同步发电机的端电压和无功功率。这就要求励磁电压对运行工况的变化作出快速反应，响应时间仅为几个毫秒。因

43、此，AVR 必须是一个快速控制器，它不断地计算给定值与反馈值的偏差，在尽可能短的时间内完成调节运算，控制可控硅整流桥的触发角度。UNITROL5000 型励磁调节器的调节周期相当短，相对于模拟式励磁调节器，其延迟可忽略不计。调节运算完全由软件实现。模拟量信号如定子电压和电流，由测量单元板 MUB 的模数转换器转换成数字信号。给定值及其上下限幅功能也是由软件实现的。图 15 给出了UNITROL5000 的全部软件功能。为便于理解，它们在图中被分成不同的功能模块并在随后的简介中分别说明。图 15 中功能模块的编号与文字说明的编号一一对应。图 15:UNITROL 5000 自动电压调节器的内部结

44、构 raiselowerMeasuring Board(MUB)UgPQFast I/O(FIO)IEEE,Type ST2AUQ(3)Q-staticUP(2)P-staticfUV/HzT0delay(4)V/Hz-limitertRampRun(5)Soft-start(1)AVR-setpointgeneratorSetref.value(17)Field current set pointSetref.valueUc(12)Gate Control Unit(20)A/MIfIgAVR-PIDManAVR(18)MANUAL-PIAVRMan(7)Uc(Ch.II)(6)Follow

45、-upCh.IIIfmin=f(P)(19)Manual RestrictP(10)ParameterSelectorV0VTa1Tb1Ta2Tb2Ta3Tb3PSS(15)Q-Reg.Setref.value(16)Cos-phi Reg.Setref.valueP,QCos-phiCONTROLLOGICRAISELOWERCOSPHI ONVAR ONAUTO ONMAN ONCH I ONCH II ONBREKER ONBREAKER OFFEXC ONEXC OFFCosPhi/VarAUTO/MANUALCH I/CH IIField BrakerON/OFFExcitation

46、ON/OFFFast I/O(FIO)MONITORINGFault loggerUgUfUcUsynIfIsinphiIcosphiALARMCH FAILTRIPEVENTSCSM3SoftwareExcitation SystemIG LimiterIf LimiterUser Limiter(8)Max.Gate(13)Over-excit.LimitersIG LimiterIf LimiterP/Q Limiter(9)Min.Gate(14)Under-excit.Limiters(11)SET 1SET 2Integrator 03.12.03Functional Descri

47、ption 20:27 3BHS110389 E Page 21/40 03.12.03Functional Description 20:27 3BHS110389 E Page 22/40 4.2 发电机电压给定和调节 4.2 发电机电压给定和调节 给定值调整给定值调整(1)可使用开关量输入命令、模拟输入信号或串行通讯线路实现 AVR 给定值的增、减或复归。给定值的上限幅、下限幅以及上下限幅间的运行时间均可分别整定。有功补偿有功补偿(2)和无功功率补偿和无功功率补偿(3)将发电机电压给定值与一个和稳态有功功率和无功功率成正比的信号相加，可补偿单元变压器和/或传输线上由于输送有功或无功功率而

48、引起的压降。相反，如果将发电机电压给定值减去一个与稳态无功功率成正比的信号，则可保证两台或多台并联发电机组间无功功率的合理分配，实现调差功能。可调补偿范围为-20%和+20%额定机端电压。V/Hz 限制器V/Hz 限制器(4)为避免发电机组和励磁变压器铁芯过磁通饱和，调节器内设 V/Hz 限制器和特性曲线，如果发电机电压超过某一频率下的限制值，将自动降低给定值使发电机电压符合特性曲线的要求。软起励软起励(5)软起励功能用于防止机端电压的起励超调。励磁调节器接到开机令后即开始起励升压，当机端电压大于 10%额定值后，调节器以可设定的速度增加给定值，使机端电压逐步上升到额定值。自动跟踪 自动跟踪

49、每个自动通道的 COB 主控板都含有一个自动电压调节器 AVR 和励磁电流调节器 FCR。自动跟踪功能用于实现自动电压调节方式（自动方式）和励磁电流调节方式（手动方式）间的平稳切换。切换可以是由 PT 断相故障引起的自动切换或是人为切换。AVR 控制电压与 FCR 控制电压间的差值被用作备用调节器的跟踪控制。见图 15 中的跟踪模块（6）。对于具有双自动通道的励磁调节器，通常是从运行通道的自动方式切换至备用通道的自动方式，任何一个通道都可以工作在运行方式或备用方式。在不能切换到备用通道自动方式时，才切换到手动方式。如果两个通道都不能正常工作，励磁系统将启动跳闸命令。采用这种配置时，备用通道的跟

50、踪信号为运行通道控制电压和备用通道控制电压的差值。见图 15 中的跟踪模块（7）。对于单通道加备用手动通道的调节器，备用励磁电流调节器 BFCR 自动跟踪主控板 COB。当主控板 COB 故障时，自动跟踪可保证从主控板 COB 无扰动切换到备用手动通道。BFCR 是在扩展门极控制板 EGC 上用软件实现的。限制器的优先权 限制器的优先权 限制器竞比门（8）和（9）确定了过励限制或欠励限制的对 AVR 的优先地位。为避免系统故障时两组限制器同时动作，可通过优先级设定选择过励限制器组或欠励限制器组优先作用。PID 控制器 PID 控制器 PID 控制器（11）的输入是实际值对给定值的偏差。PID