淺談數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的運(yùn)行方式

趙翔宇

國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京 210061

數(shù)字式勵(lì)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(lì)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(dòng))運(yùn)行方式

該方式為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。在該種運(yùn)行方式下，數(shù)字式勵(lì)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(shí)，為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定件，數(shù)字式勵(lì)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(lì)磁控制（LOEC）、非線性勵(lì)磁控制（NEC）等。恒機(jī)端電壓（自功）運(yùn)行方式是數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要運(yùn)行方式。

1.2 恒勵(lì)磁電流（手動(dòng))運(yùn)行方式

一般而言，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器都有“自動(dòng)”和“手動(dòng)”兩種運(yùn)行方式，數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器也不例外。在恒勵(lì)磁電流（手動(dòng)）運(yùn)行方式下，數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采入信號(hào)，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(hào)到移相觸發(fā)單元。由于自動(dòng)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(yàn)時(shí)，通常用手動(dòng)方式來(lái)調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁從而調(diào)節(jié)機(jī)端電壓或發(fā)電機(jī)的無(wú)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(dòng)／自動(dòng)運(yùn)行方式的跟蹤與切換、恒無(wú)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(duì)于數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的裝置運(yùn)行方式一般來(lái)說(shuō)，單機(jī)系統(tǒng)是無(wú)法滿足數(shù)字式勵(lì)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(lái)提高勵(lì)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(duì)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(jià)也高，切換邏輯相對(duì)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(lì)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(tái)相同的數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，接收同樣的信號(hào)，進(jìn)行同樣的運(yùn)算。主機(jī)在線運(yùn)行時(shí)，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(shí)，應(yīng)能立即實(shí)現(xiàn)備用機(jī)的自動(dòng)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(dòng)切換。互為備用的兩套調(diào)節(jié)器在運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)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(shí)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(lì)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(wú)擾動(dòng)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(lì)磁調(diào)節(jié)器可以以控制程序的循環(huán)周期為單位，每個(gè)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(wú)擾動(dòng)切換。

當(dāng)在線機(jī)出現(xiàn)故障導(dǎo)致失磁失控時(shí)，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(wú)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(guò)增加硬件投資來(lái)進(jìn)一步提高數(shù)字式勵(lì)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(dòng)切換外，還設(shè)計(jì)了后備C機(jī)。當(dāng)A、B機(jī)均發(fā)生故障時(shí)，C機(jī)能自動(dòng)切換至在線運(yùn)行。C機(jī)可以設(shè)計(jì)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(shí)故障的幾率較小，為簡(jiǎn)化方案，可以設(shè)計(jì)C機(jī)具有較為簡(jiǎn)單的勵(lì)磁控制功能，例如只保證發(fā)電機(jī)按恒勵(lì)磁電流（手動(dòng)）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(méi)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(jià)達(dá)到了數(shù)字式勵(lì)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(hào)，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(shí)，即將此輸出結(jié)果作為數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸出送至勵(lì)磁系統(tǒng)中的被控對(duì)象部分。當(dāng)三機(jī)中有兩套調(diào)節(jié)器故障時(shí)，數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器即無(wú)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(méi)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(cuò)誤的勵(lì)磁控制信號(hào)的輸出，從而避免發(fā)電機(jī)的誤勵(lì)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(dòng)裝置中應(yīng)用較為廣泛，因?yàn)槔^電保護(hù)或安全自動(dòng)裝置的誤動(dòng)作會(huì)給電力系統(tǒng)帶來(lái)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(dòng)的可能性。目前在數(shù)字式勵(lì)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(lì)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(lì)磁控制方式發(fā)展綜述[J].電力學(xué)報(bào)，2005(1).