A10-15000ABB勵磁控制器單元,超級性價比

A10-15000ABB勵磁控制器單元,超級性價比

勵磁
一般我們把根據(jù)電磁感應原理使發(fā)電機轉(zhuǎn)子形成旋轉(zhuǎn)磁場的過程稱為勵磁。此外，為發(fā)電機等“利用電磁感應原理工作的電氣設備”提供工作磁場也叫勵磁 。有時，向發(fā)電機轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)子電源的裝置也叫勵磁。
隨著電力建設的發(fā)展，中國電力系統(tǒng)行業(yè)已進入大網(wǎng)絡、高電壓、大機組的階段。大容量機組運行時的穩(wěn)定性對于整體電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全至關(guān)重要。然而，影響發(fā)電機穩(wěn)定性最大的是電機勵磁系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)對于電網(wǎng)安全起到了非常重要的作用，它不僅是機組穩(wěn)定運行的保證，也是整個電網(wǎng)中無功以及電壓調(diào)節(jié)的杠桿。 [1]
主要作用
1、維持發(fā)電機端電壓在給定值，當發(fā)電機負荷發(fā)生變化時，通過調(diào)節(jié)磁場的強弱來恒定機端電壓。
凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖
凸極式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖
2、合理分配并列運行機組之間的無功分配。
2、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，包括靜態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性及動態(tài)穩(wěn)定性。

組成
同步發(fā)電機（synchronization dynamo）的勵磁系統(tǒng)主要由功率單元和調(diào)節(jié)器（裝置）兩大部分組成。　其中勵磁功率單元是指向同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵磁電流的勵磁電源部分，而勵磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元輸出的裝置。由勵磁調(diào)節(jié)器、勵磁功率單元和發(fā)電機本身一起組成的整個系統(tǒng)稱為勵磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。勵磁系統(tǒng)是發(fā)電機的重要組成部份，它對電力系統(tǒng)及發(fā)電機本身的安全穩(wěn)定運行有很大的影響。 [2]
直流分類
直流電機的勵磁方式可分為他勵、并勵、串勵、復勵四類。 [2]
整流分類
1.旋轉(zhuǎn)式勵磁
旋轉(zhuǎn)式勵磁又包括直流交流和無刷勵磁。
2.靜止式勵磁
靜止式勵磁包括電勢源靜止勵磁機和復合電源靜止勵磁機。
勵磁電機
勵磁電機
按發(fā)電機勵磁的交流電源供給方式
1.交流勵磁(他勵)系統(tǒng)
由與發(fā)電機同軸的交流勵磁機供電。系統(tǒng)又可分為四種方式:
1）交流勵磁機(磁場旋轉(zhuǎn))加靜止硅整流器(有刷).
2）交流勵磁機(磁場旋轉(zhuǎn))加靜止可控硅整流器(有刷).
3）交流勵磁機(電樞旋轉(zhuǎn))加硅整流器(無刷).
4）交流勵磁機(電樞旋轉(zhuǎn))加可控硅整流器(無刷).。
2.全靜態(tài)勵磁(自勵)系統(tǒng)
采用變壓器供電，當勵磁變壓器接在發(fā)電機的機端或接在單元式發(fā)電機組的廠用電母線上,稱為自勵勵磁方式,把機端勵磁變壓器與發(fā)電機定子串聯(lián)的勵磁變流器結(jié)合起來向發(fā)電機轉(zhuǎn)子供電的稱為自復勵勵磁方式。這種結(jié)合方法也有四種:
1）直流側(cè)并聯(lián)
2）直流側(cè)串聯(lián)
3）交流側(cè)并聯(lián)
4）交流側(cè)串聯(lián)

性能衡量指標
對于CPU而言，影響其性能的指標主要有主頻、 CPU的位數(shù)、CPU的緩存指令集、CPU核心數(shù)和IPC（每周期指令數(shù)）。所謂CPU的主頻，指的就是時鐘頻率，它直接的決定了CPU的性能，可以通過超頻來提高CPU主頻來獲得更高性能。而CPU的位數(shù)指的就是處理器能夠一次性計算的浮點數(shù)的位數(shù)，通常情況下，CPU的位數(shù)越高，CPU 進行運算時候的速度就會變得越快。21世紀20年代后個人電腦使用的CPU一般均為64位，這是因為64位處理器可以處理范圍更大的數(shù)據(jù)并原生支持更高的內(nèi)存尋址容量，提高了人們的工作效率。而CPU的緩存指令集是存儲在CPU內(nèi)部的，主要指的是能夠?qū)PU的運算進行指導以及優(yōu)化的硬程序。一般來講，CPU 的緩存可以分為一級緩存、二級緩存和三級緩存，緩存性能直接影響CPU處理性能。部分特殊職能的CPU可能會配備四級緩存。 [4]
CPU結(jié)構(gòu)
通常來講，CPU的結(jié)構(gòu)可以大致分為運算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。所謂運算邏輯部件，主要能夠進行相關(guān)的邏輯運算，如：可以執(zhí)行移位操作以及邏輯操作，除此之外還可以執(zhí)行定點或浮點算術(shù)運算操作以及地址運算和轉(zhuǎn)換等命令，是一種多功能的運算單元。而寄存器部件則是用來暫存指令、數(shù)據(jù)和地址的?？刂撇考t是主要用來對指令進行分析并且能夠發(fā)出相應的控制信號。
對于中央處理器來說，可將其看作一個規(guī)模較大的集成電路，其主要任務是加工和處理各種數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)計算機的儲存容量相對較小，其對大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理過程中具有一定難度，且處理效果相對較低。隨著我國信息技術(shù)水平的迅速發(fā)展，隨之出現(xiàn)了高配置的處理器計算機，將高配置處理器作為控制中心，對提高計算機CPU的結(jié)構(gòu)功能發(fā)揮重要作用。中央處理器中的核心部分就是控制器、運算器，其對提高計算機的整體功能起著重要作用，能夠?qū)崿F(xiàn)寄存控制、邏輯運算、信號收發(fā)等多項功能的擴散，為提升計算機的性能奠定良好基礎。 [2]
集成電路在計算機內(nèi)起到了調(diào)控信號的作用，根據(jù)用戶操作指令執(zhí)行不同的指令任務。中央處理器是一塊超大規(guī)模的集成電路。它由運算器、控制器、寄存器等組成，如下圖，關(guān)鍵操作在于對各類數(shù)據(jù)的加工和處理。 [5]

雖然PLC所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實體上具有這些硬件，而是以內(nèi)存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟，“輸入狀態(tài)檢查”、“程式執(zhí)行”、“輸出狀態(tài)更新”說明如下：
步驟一“輸入狀態(tài)檢查”：PLC首先檢查輸入端元件所連接之各點開關(guān)或傳感器狀態(tài)（1 或0 代表開或關(guān)），并將其狀態(tài)寫入內(nèi)存中對應之位置Xn。步驟二“程式執(zhí)行”：將階梯圖程式逐行取入CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕?。輸出線圈之運算結(jié)果則存入內(nèi)存中對應之位置，暫不反應至輸出端Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至PLC輸出部接點，并且重回步驟一。 此三步驟稱為PLC之掃描周期，而完成所需的時間稱為PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。

(1)強力式勵磁調(diào)節(jié)器。早在50年代中期，前蘇聯(lián)提出了強力式勵磁調(diào)節(jié)器，除 了采用發(fā)電機端電壓偏差ΔUt外，還采用發(fā)電機頻率偏差Δf及其一次微分和發(fā)電機定 子電流及其一次微分等輔助反饋變量。在設計上采用“雙變量D域劃分法”。這種調(diào)節(jié) 器具有在保證調(diào)節(jié)精度下穩(wěn)定勵磁、提高發(fā)電機動態(tài)與暫態(tài)運行穩(wěn)定性、抑制系統(tǒng)事故 后的振蕩等功能，在前蘇聯(lián)得到推廣應用。但由于設計方法不方便，共同穩(wěn)定域很小， 參數(shù)整定困難等原因，在國際上和我國均未普遍應用。 [2]
(2) 電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS。它是在PID調(diào)節(jié)器的基礎上，附加發(fā)電機的轉(zhuǎn)速偏差 Δω、功率偏差ΔPe、頻率偏差Δf中的一種或兩種信號的二階超前校正環(huán)節(jié)作為附加控 制。其作用是，增加對電力系統(tǒng)機電振蕩的阻尼，以增強電力系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性。有資 料說明，采用PSS可將系統(tǒng)極 限運行角提高到110°～120°。 以Δf(Δω) 為附加信號的 PSS控制器傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
我國引進設備所采用的 PSS的傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖見圖4。采用了WASH—OUT 濾波器，保證在任何情況下，直流分量附加到調(diào)節(jié)器控制回路中。兩個放大因子KSS1和KSS2“加權(quán)”用計算機程序 計算。設定值取決于機組參數(shù)、機組運行點及網(wǎng)絡阻抗，從而決定其相位超前和滯后以 及穩(wěn)定信號的幅度，以求所有運行點都達到好的阻尼效應。

(3)線性最優(yōu)勵磁控制LOEC。為了進一步改善電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定及動態(tài)品質(zhì)， 70年代初，國際上一些學者提出了線性最優(yōu)控制方式LOEC。80年代清華大學對此進 行了研究，研制成功工業(yè)樣機，經(jīng)由天津電氣傳動研究所、武漢洪山電工研究所制造生產(chǎn)的產(chǎn)品，已在碧口、劉家峽、白山、紅石等水電站的機組上投入運行。有資料說明， 結(jié)合實際計算，這種勵磁調(diào)節(jié)方式，可將系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定極限角δm提高到127°。但是， 它是基于系統(tǒng)全狀態(tài)量的最優(yōu)線性反饋的，要求狀態(tài)量能實際測量，從而給實際應用帶來了困難。而且將其應用于多機電力系統(tǒng)勵磁控制設計時，不能得到分散的最優(yōu)控制規(guī) 律，只能得到次優(yōu)的控制方案，這不能不是一種缺陷，在非線性系統(tǒng)中，一旦偏離了設計工況，最優(yōu)控制就不存在了。
(4)零動態(tài)多變量勵磁控制ZDEOC。ZDEOC的設計原則是僅僅保證輸出狀態(tài)量的 動態(tài)品質(zhì)在任何時刻都是最優(yōu)的，即系統(tǒng)輸出狀態(tài)量的動態(tài)偏差Y (t)在任何時候都 趨于零，即，當t≥0時，Y (t) =0。而對其發(fā)電機的其他狀態(tài)，即內(nèi)部狀態(tài)，無須 苛求，只求穩(wěn)定即可。這種調(diào)節(jié)規(guī)律系由清華大學提出，在電力自動化研究院電氣控制 技術(shù)所生產(chǎn)SJ800微機勵磁調(diào)節(jié)器上配置，已在動模上作了單機無窮大系統(tǒng)試驗，證明 能有效改善遠距離輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，現(xiàn)已在巖灘水電站300MW機組上投入運行。
非線性多變量勵磁控制NEC
NEC在設計中，對于小干擾和大干擾，都采用電力系統(tǒng)精確的非線性模型。應用微 分幾何方法對電力模型(可表示為一個標準的仿射非線性系統(tǒng))進行精確線性化，尋找適 當?shù)淖鴺俗儞Q及非線性狀態(tài)反饋，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個完全可控的線性系統(tǒng)，由此求出線性 最優(yōu)控制，從而求得非線性控制。經(jīng)變量代換，最終得出非線性最優(yōu)控制規(guī)律NOEC。
清華大學用這種NEC的理論和方法設計并研究成功GEC-1型微機非線性勵磁控 制器，它一舉解決了電力系統(tǒng)小干擾與大干擾控制的統(tǒng)一性、控制對電網(wǎng)參數(shù)的魯棒 性、分散最優(yōu)控制等三個關(guān)鍵問題，有利于提高輸電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定水平。
GEC-1型微機非線性勵磁控制器，從1994年11月起已經(jīng)在豐滿水電站一臺容量為 85MW的水輪發(fā)電機組和10臺容量為100～200MW的汽輪發(fā)電機上成功地運行。西北電網(wǎng)的穩(wěn)定仿真計算表明，依靠這種控制器不僅抑制了西電東送所出現(xiàn)的弱阻尼振蕩，而且還 提高了東電西送動態(tài)穩(wěn)定極限。對三峽工程機組勵磁方式的研究表明，采用NEC方式，在 各種運行方式下，都能提供很強的人工阻尼，在提高系統(tǒng)暫態(tài)和靜態(tài)穩(wěn)定方面，均優(yōu)于目前 的所有PSS和LOEC。以單機對無窮大系統(tǒng)的為例，靜態(tài)穩(wěn)定極限比采用PID方式提高 35.7%，比采用PSS方式提高7.1%，比采用LOEC方式提高15.7%;暫態(tài)穩(wěn)定極限比采用 PID方式提高38%，比采用PSS方式提高4.7%，比采用LOEC方式提高14.2%。