CN101188394A - 双通道电路自动调节发电机输出电压装置 - Google Patents

Abstract

一种双通道电路自动调节发电机输出电压装置，设置二路电压调节器分别连接采样电路，每路电压调节器分别与测量单元连接，并设有自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR，该二路电压调节器分别输出控制脉冲至可控硅整流桥控制单元，控制整流电流输出，调节发电机励磁电压和励磁电流，使发电机输出电压平稳；另设有控制逻辑单元分别与二路电压调节器和整流桥控制单元连接，测量单元测得一路电压调节器有故障，则自动切换到另一路电压调节器。本发明的优点是采用双通道自动电压调节器，具有很高的可靠性，为机组进一步提供了冗余；各通道从稳压电源到移相触发各个环节均保持相互独立，保证了装置的高度可靠，确保发电机输出电压平稳。

Description

双通道电路自动调节发电机输出电压装置

技术领域

本发明涉及一种发电机输出电压装置，特别涉及一种双通道电路自动调节发电机输出电压装置。

背景技术

现有发电机输出电压装置为单通道二路调节。

发明内容

本发明的技术问题是要提供一种发电机输出电压平稳的双通道电路自动调节发电机输出电压装置。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种双通道电路自动调节发电机输出电压装置，设置二路电压调节器分别连接采样电路，每路电压调节器分别与测量单元连接，并设有自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR，该二路电压调节器分别输出控制脉冲至可控硅整流桥控制单元，控制整流电流输出，调节发电机励磁电压和励磁电流，使发电机输出电压平稳；另设有控制逻辑单元分别与二路电压调节器和整流桥控制单元连接，测量单元测得一路电压调节器有故障，则自动切换到另一路电压调节器。

所述的电压调节器，是将发电机输出的互感电压、电流采样送至测量单元，经数模转换与设定的参数比较后，与欠励限制器参数、过励限制器参数以及电力系统稳定器参数一起送至最大最小值优化单元优选，最后送至PID控制器，输出控制脉冲。

所述自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR是手动设定参数后与测量送来的参数一起，PID控制器输出控制脉冲。

本发明双通道四路调节器的采取了冗余措施，即两个AVR自动通道，互为备用，每个自动通道的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，当主控板故障时，从主控板无扰动切换到后备励磁电流调节器，后备励磁电流调节器是在扩展门极控制板EGC上用软件实现的，正常工作时，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，通过这种运行方式，可以极大提高发电机平均无故障时间。

本发明的优越功效在于：

1)采用双通道自动电压调节器，具有很高的可靠性；独立的手动备用通道也能提供触发脉冲和过流保护，为机组进一步提供了冗余。

2)各通道从稳压电源到移相触发各个环节均保持相互独立，保证了装置的高度可靠。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图1；

图2为本发明的电路原理框图2；

图3为本发明的带后备手动控制器FCR的方框图；

图4为本发明的自动电压调节器的方框图；

图5为本发明的自动电压调节器的原理电路图；

图6为本发明的工作原理框图；

图中标号说明：

1-发电机；        2-互感电压；

3-互感电流        4-励磁变压器；

5-电流互感器；    6-测量单元；

7-保护单元；        8-监视单元；

9-自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR；

10-控制逻辑单元；  11-起励灭磁单元；

12-磁场断路器；    13-整流桥控制单元；

14-整流装置；      15-PID控制器；

16-后备手动励磁电流调节器。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

如图1和图2所示，本发明提供了一种双通道电路自动调节发电机输出电压装置，设置二路电压调节器分别连接采样电路，每路电压调节器分别与测量单元6连接，并设有自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR9，该二路电压调节器分别输出控制脉冲至可控硅整流桥控制单元13，控制整流电流输出，调节发电机1励磁电压和励磁电流，使发电机1输出电压平稳；另设有控制逻辑单元10分别与二路电压调节器和整流桥控制单元13连接，测量单元6测得一路电压调节器有故障，则自动切换到另一路电压调节器。

所述的电压调节器，是将发电机1输出的互感电压2、互感电流3采样送至测量单元6，经数模转换与设定的参数比较后，与欠励限制器参数、过励限制器参数以及电力系统稳定器参数一起送至最大最小值优化单元优选，最后送至PID控制器15，输出控制脉冲。

所述自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR9是手动设定参数后与测量送来的参数一起，PID控制器15输出控制脉冲。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，发电机1是由原动机拖动，通过调节励磁，产生电能；励磁变压器4是匹配电源电压，使其满足强励要求，电源和转子绕组间的电气隔离，限制交直流侧的短路电流水平；

测量单元6是发电机1和励磁变压器4的实时值的测量，供电单元的实时值的测量，整流装置的实时值的测量；保护单元7是进行失励磁或欠励磁保护、转子电流过励磁电流保护、磁场过电压保护(灭磁触发单元)、转子接地保护、转子温度保护、电压/频率保护、励磁变压器温度保护、交流侧过压保护、直流侧过电压保护等，保护发电机正常运行，超过设定范围，励磁系统将启动跳闸命令；监视单元8是可控硅触发脉冲监测，可控硅导通监测，可控硅风扇冷却监测，可控硅熔丝监测，励磁变压器温度监视；

自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR9：每个自动通道的主控板都含有一个自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR9，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；

控制逻辑单元10是对于具有双自动通道的励磁调节器，通道之间的切换是自动和无扰动的，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；

起励和灭磁单元11在一般情况下，可实现残压起励，电子控制回路能够正常工作所需的整流桥输入电压仅为约10V～20V，如果电压低于该值，首先使用残压起励，连续触发可控硅整流桥，以二极管整流桥模式将电压升至该范围；如果因长期停机等原因造成在几秒钟时间内无法用残压建立起正常工作所需的10V～20V电压，则启用备用起励回路，用它励方式建立这一电压；当机端电压达到发电机额定电压的10％时，整流桥已能接管励磁控制，起励自动退出，软起励过程开始并将发电机1电压升到预定水平。整个起励过程的控制和监测都是由AVR软件实现的，灭磁过程由来自发电机保护的或内部的励磁保护跳闸命令启动，同时作用于断开磁场断路器，闭锁脉冲和触发跨接器，将转子电流导入灭磁电阻。由于脉冲被闭锁，励磁变副边交流电压被叠加到磁场断路器的电弧电压上，可以缩短灭磁时间。

磁场断路器12是接通励磁回路，在任何故障情况下安全切断励磁电流，磁场开关开断后，还在励磁变压器和磁场绕组之间形成明确的电气隔离；

整流桥控制单元13对控制脉冲进行预处理，以保证并联整流桥之间的均流。桥臂电流的对称化可通过对每个桥臂的感性元件进行调整以及对各触发脉冲进行单独相移来实现。还用于对整流桥所有相关功能进行监视和控制；

整流装置14是可控硅整流桥为全控整流桥，由6只双侧冷却的可控硅组成。每只可控硅上串联一个快速熔断器。其主要目的是将有故障的可控硅分支隔离，保护其它可控硅及其快熔免受损坏。快速熔断器熔断时，熔断器的附件会用弹簧起动微动开关并作用于控制和报警。连接到整流桥交流侧的阻容吸收回路可吸收换相尖峰电压和出现在可控硅整流桥副边的系统过电压。采用脉冲变压器为主回路和控制回路之间提供电气隔离。采用交流电动机驱动的离心风机为可控硅散热器提供强迫风冷。N-1冗余结构是指在三个及以上可控硅整流桥并联工作的情况下，当其中一个整流桥退出运行时，其余整流桥仍能满足所有运行工况的冗余结构。整流桥控制单元负责监视可控硅整流桥的运行状况，并对所发生的故障进行分析处理。例如，在不同的可控硅整流桥中有两只晶闸管出现故障，而这两只晶闸管又是属于不同的臂，则励磁系统仍能保持运行。只有在同一臂上同时出现两个及以上晶闸管故障时，才会起动跳闸。该功能大大提高了励磁系统的可用率。

PID控制器15的输入是实际值对给定值的偏差，PID控制器15的输出电压(即控制电压UC)为门极控制单元的输入信号，调节器根据限制器的动作情况自动选择PID控制器15的反馈参数，达到优化同步发电机控制性能的目的，以增进同步发电机的动态稳定性；

后备励磁电流调节器BFCR16是自动跟踪主控板，当主控板故障时，自动跟踪可保证从主控板无扰动切换到后备手动通道，后备励磁电流调节器BFCR16是在扩展门极控制板EGC上用软件实现的。

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，为了实现这个目的，磁场电压必须快速地对运行条件的变化作出反应，即响应时间不超过几毫秒，为此需要一个快速的控制器，它应当不断地将给定值与反馈值进行比较，在尽可能短的时间内进行调节计算，最终去改变可控硅整流器的触发角度。

每套调节器配备双通道，每个通道由主控板和测量单元板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，具备自动和手动控制功能，根据监视报警自动切换控制通道和控制方式。

任何一个通道都可以工作在运行方式或备用方式。一个调节器工作时，两个通道监测单元和保护单元却是同时工作的，出现监视报警如对PT故障的检测是通过比较发电机端电压与励磁变压器副边电压的测量值实现的。如果两个电压的差超过整定值(发电机机端电压额定值的15％)，逻辑控制器将起动切换：两个通道共用一组PT，从自动方式切换到手动方式运行，自动控制电压与手动控制电压间的差值被用作后备调节器的跟踪控制。如果双通道使用各自独立的PT，而且运行通道出现PT断线，从运行通道的自动方式切换到备用通道的自动方式，备用通道的跟踪信号为运行通道控制电压和备用通道控制电压的差值。如果两组PT都出现故障，切换到手动，如果两个通道都不能正常工作，调节器将启动跳闸命令

手动控制模式主要用于调试(如在设的投运或维护过程中)，或者是作为在自动电压调节器AVR故障时(如PT故障)的备用控制模式。当手动控制模式下运行时，调节同步发电机的磁场电流作为反馈量进行调节。手动控制模式的给定功能与自动电压调节器AVR控制模式的给定功能相同。可调整最大和最小给定值。在手动模式下运行时，磁场电流的给定值可以通过增、减命令来控制。

为了避免在手动模式下突然甩负荷引起的过电压，手动模式具有自动返回空载的功能。在发电机断路器跳闸的情况下，一个脉冲信号传送给调节器，使手动给定值立即恢复到预定值，该预定值一般与同步发电机空载励磁电流的90～100％相对应。

在需要所谓的手动限制的情况下，手动控制的最小和最大控制点可以按照作为当前有功和无功功率水平的函数，或发电机实际电压的函数来计算。对于手动限制功能，需要从发电机的PT和CT所测得的数值。

一个自动跟踪控制器保证了从自动模式向手动模式切换时无扰动。在自动模式下运行时，来自于自动模式和手动模式的控制信号之差，被用于自动跟踪。合成点的输出处的合成误差信号被作用到具有PI特性的滤波回路上。PI滤波器的输出作用于信号选择器上，该信号选择器把自动电压调节器AVR(Uc信号或场电流控制器的Uc信号发送到门控制单元，发送哪个信号取决于在逻辑控制中已经选取了哪种控制模式。

在双自动通道配置中，跟踪通常是指两个独立的自动通道之间的跟踪，跟踪信号来源于运行通道控制信号和备用通道控制信号的差值，若两个通道都不能正常工作时，励磁系统就会发出跳闸命令。

PID控制器15的输入是实际值和给定值之差，PID控制器15的输出电压，即是所谓的控制电压Uc作为门极控制单元的输入信号，PID控制器15的调节参数可以在两组设定值中自动选择，这取决于哪个限制功能是有效的，这有助于同步发电机的瞬时稳定性。

限制器的目的是维护发电机的安全稳定运行，以避免由于保护继电器的动作而出现的事故停机。

所有限制器都有一个实际值和一个预置值，实际值代表被限制的数值，而限制器应在预置值处激活(即起作用)。每个限制器都产生一个误差信号Δ，来源于实际值和预置值之间的差值。

当过励限制器起作用时，它将把励磁减小到最大允许的水平上，而当欠励限制器起作用时，它将把励磁增加到所需要的最小水平上。在正常运行过程中，发电机1在功率图的允许范围内工作。PID控制器15的输入是机端电压偏差信号Δact-ref(Uact-Uref)即主误差信号。如果由于某些运行的原因，过励限制器的误差信号Δlim-变得低于主误差信号，那么它就优先于主误差信号。也就是说，在这种特殊的情况下，PID控制器15将收到最低的误差信号。这种原理也同样适用于欠励限制的情况，但显然在另一个方向上。过励限制器的误差信号Δlim-、欠励限制器的误差信号Δlim+和主误差信号Δact-ref都输出到逻辑门和，决定这些信号的优先权。为了在限制器起作用时使发电机能稳定的运行，每个限制器误差信号的增益可以单独地与一个最优值K相匹配。此外，由参数选择器来设定自动电压调节器的PID调节参数。

如图6所示，本发明的工作过程是励磁投入命令用于投入发电机励磁，励磁系统向发电机转子提供励磁电流，发电机迅速升压到额定值。发出励磁投入命令时，在断开位置的磁场开关将自动闭合。磁场开关闭合以后励磁投入，励磁电流流通。一般情况下，可实现残压起励。电子控制回路能够正常工作所需的整流桥输入电压仅为约10V～20V。如果电压低于该值，首先使用残压起励，连续触发可控硅整流桥，以二极管整流桥模式将电压升至该范围。如果因长期停机等原因造成在几秒钟时间内无法用残压建立起正常工作所需的10V～20V电压，则启用备用起励回路，用它励方式建立这一电压。当机端电压达到发电机额定电压的10％时，整流桥已能接管励磁控制，起励自动退出，软起励过程开始并将发电机电压升到预定水平。

励磁退出命令用于立即切断发电机励磁。励磁系统整流桥切换到逆变运行(磁场能量反馈)，灭磁电阻与转子绕组并联，发电机通过整流桥和灭磁电阻迅速灭磁。励磁退出命令同时作用于跳磁场开关。60秒后，整流桥触发脉冲被闭锁，整个励磁系统被完全闭锁和切除。

励磁系统的每个通道都包括自动和手动两种调节方式。在自动方式下，励磁系统自动调节发电机电压，最大限度地维持发电机机端电压恒定。在手动方式下，励磁系统自动维持发电机恒定励磁磁场电流。在手动方式运行时，必须根据发电机的负荷变化人为调整发电机的励磁(磁场电流的给定值)，以维持发电机电压恒定。

除两个主通道之外，励磁系统还提供两个独立的紧急后备通道。与主通道的手动方式相似，紧急后备通道也设有一个励磁电流调节器。除此之外，紧急后备通道还设有过电压保护和独立于主通道的触发脉冲形成功能。内置的过电压保护是主通道内置保护功能的冗余措施。在系统发生故障时如发电机保护动作时，励磁系统将自动退出运行，同时励磁开关断开。

Claims (3)

1.一种双通道电路自动调节发电机输出电压装置，其特征在于：

设置二路电压调节器分别连接采样电路，每路电压调节器分别与测量单元连接，并设有自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR，该二路电压调节器分别输出控制脉冲至可控硅整流桥控制单元，控制整流电流输出，调节发电机励磁电压和励磁电流，使发电机输出电压平稳；另设有控制逻辑单元分别与二路电压调节器和整流桥控制单元连接，测量单元测得一路电压调节器有故障，则自动切换到另一路电压调节器。

2.按权利要求1所述的一种双通道电路自动调节发电机输出电压装置，其特征在于：

所述的电压调节器，是将发电机输出的互感电压、电流采样送至测量单元，经数模转换与设定的参数比较后，与欠励限制器参数、过励限制器参数以及电力系统稳定器参数一起送至最大最小值优化单元优选，最后送至PID控制器，输出控制脉冲。

3.按权利要求1所述的一种双通道电路自动调节发电机输出电压装置，其特征在于：

所述自动电压调节器AVR和励磁电流调节器FCR是手动设定参数后与测量送来的参数一起，PID控制器输出控制脉冲。

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