CN106406183B - 同步发电机励磁调节器余度技术切换方法 - Google Patents

同步发电机励磁调节器余度技术切换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，励磁调节器采用三通道或双通道并联结构的余度技术，并由FPGA控制器和光电耦合器组成专用隔离的通道切换逻辑电路，FPGA控制器依据通道切换逻辑信号控制通道切换逻辑电路的运行，通道切换逻辑信号的传输采用周期性方波信号，FPGA控制器作为方波信号的发生器和接收器，可以并行处理多路信号量，通过监测切换逻辑电路，可以及时发现切换逻辑电路故障并报警；励磁调节器依据装置故障对电网系统和机组安全运行的影响程度，设定不同状态优先级等级；通道切换逻辑依据状态优先级进行，优先级高的通道取得控制权，最大限度的保证励磁系统的安全运行，提高励磁系统的可靠性和可用性。

Description

同步发电机励磁调节器余度技术切换方法
技术领域
本发明涉及可靠性设计中的余度技术中通道切换的实现方法技术领域，特别是指一种同步发电机励磁调节器余度技术切换方法。
背景技术
现有的同步发电机励磁装置，在采用各种技术手段保证其硬件和软件可靠的同时，通常采用双通道或三通道调节器的余度技术来达到极高的系统可靠度。在具体设计中，要完全实现双通道或三通道励磁调节器所具有的好处，首先依赖于并联的部件不互相干扰，再次则依赖于系统能快速准确的判断故障及其对系统的影响，并且快速地切除不良影响，使得最优工作状态的通道进入工作，即通道切换逻辑要可靠、快速、准确地动作。
因此，有必要设计一种同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，以解决上述技术问题。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，解决并联结构的通道切换逻辑及其电路的可靠性，提高切换效率和准确性。
本发明的技术方案是这样实现的：一种同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，所述励磁调节器采用三通道或双通道并联结构的余度技术，并由FPGA控制器和光电耦合器组成专用隔离的通道切换逻辑电路，FPGA控制器用于依据通道切换逻辑信号控制通道切换逻辑电路的运行，切换信号经过光电耦合器隔离后通过通道切换逻辑电路切换，再经过光电耦合器隔离后输出，其中，切换信号先通过通道切换逻辑电路中的方波解码器进行解码，再到优先级逻辑切换模块中进行切换，同时切换信号监测模块对解码信号进行监测，对由机端电压故障、同步故障、脉冲故障、CPU故障以及电源故障引起的异常信号优先级设定后进入优先级逻辑切换模块中进行切换，切换后的信号经过方波发生器进行方波信号生成并输出，同时生成的方波信号经过切换信号监测模块进行监测，对所述异常信号优先级设定后进入优先级逻辑切换模块中进行切换，切换后的信号经过方波发生器进行方波信号生成并输出。
在上述技术方案中，所述通道切换信号在信号传输路径上采用双路冗余，确保硬件电路的高可靠性。
在上述技术方案中，所述通道的地址采用硬件拨码来配置，地址决定默认工作通道。
在上述技术方案中，所述FPGA控制器可以同步处理和管理通道切换信号的输入和输出。
在上述技术方案中，所述通道切换逻辑信号包括通道运行状态信号和通道运行优先级状态信号。
在上述技术方案中，所述通道切换逻辑信号的传输采用周期性方波信号，利用2种互补的占空比来表示信号量的2种不同状态1或0。
在上述技术方案中，所述周期性方波信号的周期为1ms，小于励磁系统的调节周期3.3ms。
在上述技术方案中，在所述通道优先级的设定上，可以对故障进行分类并定义相应的优先级和报警方式。
在上述技术方案中，所述同步发电机励磁调节器中的脉冲故障、机端电压故障和同步故障对装置的运行具有不同的影响，机端电压故障时通道可以运行在励磁电流调节方式，即手动方式，优先级设定为次，脉冲故障和同步故障则为较严重故障，调节器不能满足正常控制功能，优先级更次。
本发明同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，所述励磁调节器采用三通道或双通道并联结构的余度技术，并由FPGA控制器和光电耦合器组成专用隔离的通道切换逻辑电路，FPGA控制器用于依据通道切换逻辑信号控制通道切换逻辑电路的运行，通道切换逻辑信号的传输采用周期性方波信号，FPGA控制器作为方波信号的发生器和接收器，可以并行处理多路信号量，通过监测切换逻辑电路的电平，可以及时发现切换逻辑电路故障并报警；励磁调节器依据装置故障对电网系统和机组安全运行的影响程度，设定不同状态优先级等级；通道切换逻辑依据状态优先级进行，优先级高的通道取得控制权，最大限度的保证励磁系统的安全运行，提高励磁系统的可靠性和可用性。
附图说明
图1为本发明实现的通道余度技术的通道连接示意图；
图2为本发明的切换逻辑电路的功能框图；
图3为本发明FPGA程序中切换逻辑Switch Module的功能块划分示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明所述的一种同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，所述励磁调节器的余度技术采用并联结构，余度可以选1或者2，组成三通道或双通道并联结构的余度技术，并由FPGA控制器和光电耦合器组成专用隔离的通道切换逻辑电路。FPGA控制器可以同步处理和管理通道切换信号的输入和输出。
调节器通道独立供电，它们之间所有信号都进行隔离处理，互不干扰。通道运行的默认配置采用硬件拨码配置地址的方式设置，地址决定默认工作通道，能够方便的进行检查巡视和备品更换。
其中，FPGA控制器用于依据通道切换逻辑信号控制通道切换逻辑电路的运行，切换信号经过光电耦合器隔离后通过通道切换逻辑电路切换，再经过光电耦合器隔离后输出；通道切换逻辑信号经由光耦器件隔离，采用双路余度技术，保证切换逻辑信号传输路径的极高可靠性。通道切换逻辑电路中设有方波解码器、优先级逻辑切换模块、切换信号监测模块和方波发生器。
通道切换逻辑信号包含通道运行状态、通道运行优先级等信号，这些信号量在FPGA控制器内部通过编码处理后成为周期性方波信号进行传输。具体设计为，方波信号的周期1ms，小于励磁系统的调节周期3.3ms：占空比80％，内部信号为1；占空比为20％，内部信号为0；其他则为故障，能快速检测出切换电路的故障并报警“通道切换回路故障”。
优先级设定由励磁调节器通过对影响安全生产运行的信号进行监测，针对系统不同故障状态设定运行优先级。影响优先级的故障信号有：机端电压故障、同步故障、脉冲故障、CPU故障。通道逻辑切换模块根据自身优先级状态和接收到的其他通道的优先级状态，根据谁优先级高谁工作原则进行通道切换控制。为保障设备正常运行，励磁装置报“通道切换回路故障”时，需人工参与，根据励磁装置整体工况进行切除故障通道或进入检修状态。
如励磁调节器无上述故障时，优先级设为11；发电机机端电压故障时，优先级设为10；同步故障和脉冲故障时，优先级设为01；调节器CPU故障和电源故障，优先级为00。通道间优先级一样时，不进行自动切换，允许人工切换；通道间优先级不一样时，优先级高的通道为工作通道。
具体的，切换信号先通过通道切换逻辑电路中的方波解码器进行解码，再到优先级逻辑切换模块中进行切换，同时切换信号监测模块对解码信号进行监测，对异常信号优先级设定后进入优先级逻辑切换模块中进行切换，切换后的信号经过方波发生器进行方波信号生成并输出，同时生成的方波信号经过切换信号监测模块进行监测，对异常信号优先级设定后进入优先级逻辑切换模块中进行切换，切换后的信号经过方波发生器进行方波信号生成并输出。
FPGA控制器实现的状态优先级切换逻辑、状态输出的周期性方波信号生成器和状态输入的周期性方波信号解码器，以及光电耦合器组成的冗余逻辑切换电路，调节器故障检测电路和判断程序等单元组成。
通过实时检测影响设备安全可靠运行的故障，并根据不同故障赋予不同优先级等级，系统无故障时各调节器通道优先级都赋予最高优先级，当某通道发生相关故障时，则改变通道的状态优先级；当前通道的状态优先级改变时，通道切换逻辑电路快速的传递信息，并且始终保持优先级最高的通道处于运行状态；通道运行状态一致时，不发生通道切换。
本发明同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，所述励磁调节器采用三通道或双通道并联结构的余度技术，并由FPGA控制器和光电耦合器组成专用隔离的通道切换逻辑电路，FPGA控制器用于依据通道切换逻辑信号控制通道切换逻辑电路的运行，通道切换逻辑信号的传输采用周期性方波信号，FPGA控制器作为方波信号的发生器和接收器，可以并行处理多路信号量，通过监测切换逻辑电路的电平，可以及时发现切换逻辑电路故障并报警；励磁调节器依据装置故障对电网系统和机组安全运行的影响程度，设定不同状态优先级等级；通道切换逻辑依据状态优先级进行，优先级高的通道取得控制权，最大限度的保证励磁系统的安全运行，提高励磁系统的可靠性和可用性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：所述励磁调节器采用三通道或双通道并联结构的余度技术，并由FPGA控制器和光电耦合器组成专用隔离的通道切换逻辑电路，FPGA控制器用于依据通道切换逻辑信号控制通道切换逻辑电路的运行，切换信号经过光电耦合器隔离后通过通道切换逻辑电路切换，再经过光电耦合器隔离后输出，其中，切换信号先通过通道切换逻辑电路中的方波解码器进行解码，再到优先级逻辑切换模块中进行切换，同时切换信号监测模块对解码信号进行监测，对由机端电压故障、同步故障、脉冲故障、CPU故障以及电源故障引起的异常信号优先级设定后进入优先级逻辑切换模块中进行切换，切换后的信号经过方波发生器进行方波信号生成并输出，同时生成的方波信号经过切换信号监测模块进行监测，对所述异常信号优先级设定后进入优先级逻辑切换模块中进行切换，切换后的信号经过方波发生器进行方波信号生成并输出。
2.根据权利要求1所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：通道切换信号在信号传输路径上采用双路冗余，确保硬件电路的高可靠性。
3.根据权利要求1所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：所述通道的地址采用硬件拨码来配置，地址决定默认工作通道。
4.根据权利要求1所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：所述FPGA控制器可以同步处理和管理通道切换信号的输入和输出。
5.根据权利要求1所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：所述通道切换逻辑信号包括通道运行状态信号和通道运行优先级状态信号。
6.根据权利要求1所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：所述通道切换逻辑信号的传输采用周期性方波信号，利用2种互补的占空比来表示信号量的2种不同状态1或0。
7.根据权利要求6所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：所述周期性方波信号的周期为1ms，小于励磁系统的调节周期3.3ms。
8.根据权利要求1所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：在通道优先级的设定上，可以对故障进行分类并定义相应的优先级和报警方式。
9.根据权利要求8所述的同步发电机励磁调节器余度技术切换方法，其特征在于：所述同步发电机励磁调节器中的脉冲故障、机端电压故障和同步故障对装置的运行具有不同的影响，机端电压故障时通道可以运行在励磁电流调节方式，即手动方式，优先级设定为次，脉冲故障和同步故障则为较严重故障，调节器不能满足正常控制功能，优先级更次。
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