淺談數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式

趙翔宇

國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京 210061

數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器由于具有功能豐富、修改靈活的軟件系統(tǒng)，可以適應(yīng)發(fā)電機(jī)或電力系統(tǒng)的不同運(yùn)行需求而實(shí)現(xiàn)多種調(diào)節(jié)遠(yuǎn)行方式，這些運(yùn)行分式基本上能夠滿足發(fā)電機(jī)或電力系統(tǒng)的各種運(yùn)行要求。

1 數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)運(yùn)行方式

1.1 恒機(jī)端電壓(自動)運(yùn)行方式

該方式為發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)閉環(huán)自動調(diào)節(jié)方式。在該種運(yùn)行方式下，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的旨要任務(wù)是維持發(fā)電機(jī)端電壓恒定，—般是把機(jī)端電壓，作為反饋量，實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)；向時，為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定件，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器還可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的控制規(guī)律，如電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）附加控制、線性最優(yōu)勵磁控制（LOEC）、非線性勵磁控制（NEC）等。恒機(jī)端電壓（自功）運(yùn)行方式是數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的主要運(yùn)行方式。

1.2 恒勵磁電流（手動)運(yùn)行方式

一般而言，勵磁調(diào)節(jié)器都有“自動”和“手動”兩種運(yùn)行方式，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器也不例外。在恒勵磁電流（手動）運(yùn)行方式下，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器采入信號，與給定值比較，經(jīng)比例（積分）控制規(guī)律的運(yùn)算后送出控制信號到移相觸發(fā)單元。由于自動運(yùn)行方式的電壓整定范圍有限，在機(jī)組安裝、檢修或事故跳閘后進(jìn)行發(fā)電機(jī)升壓試驗時，通常用手動方式來調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵磁從而調(diào)節(jié)機(jī)端電壓或發(fā)電機(jī)的無功，這樣調(diào)情較為平穩(wěn)，調(diào)整范圍可以很寬。

此外，其他還有多種運(yùn)行方式，例如：手動／自動運(yùn)行方式的跟蹤與切換、恒無功功率/恒功率因數(shù)運(yùn)行方式、跟蹤母線電壓運(yùn)行方式等等。

對于數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的裝置運(yùn)行方式一般來說，單機(jī)系統(tǒng)是無法滿足數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器高可靠性的要求。為此，人們常采用硬件冗余技術(shù)來提高勵磁調(diào)節(jié)器工作的可靠性，主要方案有雙重化系統(tǒng)或三機(jī)系統(tǒng)，分別對應(yīng)兩套調(diào)節(jié)器互為備用的運(yùn)行方式和三機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行方式。二者相比，三機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性都要高一些，但造價也高，切換邏輯相對復(fù)雜。

2 兩套調(diào)節(jié)器互為備用的運(yùn)行方式

在這種運(yùn)行力式下，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器采用全雙機(jī)系統(tǒng)，主機(jī)和備用機(jī)是兩臺相同的數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器，接收同樣的信號，進(jìn)行同樣的運(yùn)算。主機(jī)在線運(yùn)行時，只有主機(jī)發(fā)出的觸發(fā)脈沖有效。在運(yùn)行中主機(jī)因任何原因發(fā)生故障時，應(yīng)能立即實(shí)現(xiàn)備用機(jī)的自動切換，使備用機(jī)進(jìn)入在線控制。在正常運(yùn)行情況下下，主機(jī)和備用機(jī)之間應(yīng)能實(shí)現(xiàn)人工手動切換?；閭溆玫膬商渍{(diào)節(jié)器在運(yùn)行過程中隨時有可能互相切換運(yùn)行，為滿足平穩(wěn)切換的要求，兩套調(diào)節(jié)器應(yīng)互相跟蹤工作狀況，即備用機(jī)跟蹤在線運(yùn)行的主機(jī)的工作狀況，而哪一套調(diào)節(jié)器作為主機(jī)在線運(yùn)行又是隨時可能變化的。鑒于兩套調(diào)節(jié)器的軟件構(gòu)成完全相同，即使不同的數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器所采用的控制規(guī)律有所不同，一般而言，只要由備用機(jī)跟蹤在線機(jī)的電壓給定、電流給定和相應(yīng)控制規(guī)律環(huán)節(jié)輸出值等內(nèi)容，即可實(shí)現(xiàn)無擾動切換。具體實(shí)現(xiàn)方案一般是利用RS-232串行通信口或其他通信方式實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，由在線機(jī)將所需的各種跟蹤值傳送給備用機(jī)。至于跟蹤速率，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器可以以控制程序的循環(huán)周期為單位，每個循環(huán)周期改變一次控制命令，即跟蹤一次。這種做法具有跟蹤快、準(zhǔn)的特點(diǎn)，可達(dá)到無擾動切換。

當(dāng)在線機(jī)出現(xiàn)故障導(dǎo)致失磁失控時，備用機(jī)應(yīng)能立即切換至在線運(yùn)行狀態(tài)。另外，當(dāng)在線機(jī)軟件程序運(yùn)行出軌，軟件復(fù)位連續(xù)功作幾次無效后，備用機(jī)也應(yīng)能夠切換至在線遠(yuǎn)行狀態(tài)，從而確保發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

3 三機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行方式

與兩套調(diào)節(jié)器互為備用的遠(yuǎn)行方式相比，采用三機(jī)系統(tǒng)的主要目的是通過增加硬件投資來進(jìn)一步提高數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器裝置運(yùn)行的可靠性和安全性。三機(jī)運(yùn)行方式又可分為三機(jī)備用運(yùn)行方式和三取二表決運(yùn)行方式兩種。

3.1 三機(jī)備用運(yùn)行方式

這種方式的工作原理是，除A機(jī)與B機(jī)互為備用可自動切換外，還設(shè)計了后備C機(jī)。當(dāng)A、B機(jī)均發(fā)生故障時，C機(jī)能自動切換至在線運(yùn)行。C機(jī)可以設(shè)計為具有和A、B機(jī)一樣的功能，但一般情況下A、B機(jī)同時故障的幾率較小，為簡化方案，可以設(shè)計C機(jī)具有較為簡單的勵磁控制功能，例如只保證發(fā)電機(jī)按恒勵磁電流（手動）運(yùn)行方式繼續(xù)運(yùn)行。

三機(jī)備用運(yùn)行方式和雙機(jī)互為備用的運(yùn)行方式原理上沒有大的差別，只是三機(jī)備用運(yùn)行方式以增加硬件投資為代價達(dá)到了數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器裝置運(yùn)行可靠性的提高。

3.2 三取二表決運(yùn)行方式

在該種起行方式下，三機(jī)都在線工作，三套調(diào)節(jié)器接收同樣的外部輸入信號，三者的軟、硬件結(jié)構(gòu)區(qū)完全一致，當(dāng)三套調(diào)節(jié)器有兩套的輸出結(jié)果—致時，即將此輸出結(jié)果作為數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器的輸出送至勵磁系統(tǒng)中的被控對象部分。當(dāng)三機(jī)中有兩套調(diào)節(jié)器故障時，數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器即無法工作，因此三取二表決運(yùn)行方式較之雙機(jī)互為備用的運(yùn)行方式在可靠性方面并沒有什么提高。三取二表決方式的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在裝置運(yùn)行安全性的提高上，即可以較好地避免錯誤的勵磁控制信號的輸出，從而避免發(fā)電機(jī)的誤勵磁、失控等現(xiàn)象的發(fā)生。

三取二表決運(yùn)行方式在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動裝置中應(yīng)用較為廣泛，因為繼電保護(hù)或安全自動裝置的誤動作會給電力系統(tǒng)帶來較大的危害、甚至造成災(zāi)難性的后果，而采用三取二表決方式可以降低裝置誤動的可能性。目前在數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器中采用三取二表決運(yùn)行方式的方案尚未看到，但要作為—種可能的運(yùn)行方式。

[1]劉青松.TDWL-1型可控硅數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)器[J].山西電力技術(shù)，1998(6).

[2]李家坤.同步發(fā)電機(jī)勵磁控制方式發(fā)展綜述[J].電力學(xué)報，2005(1).