本發明涉及發電機自動控制,具體涉及一種采用高速信號采集裝置的分布式勵磁系統,不配置專用勵磁控制通道且具備智能均流功能。
背景技術:
1、可靠性一直是勵磁系統的關鍵性能指標之一,改善勵磁系統可靠性的措施除了提高硬件的可靠性外,只有增強勵磁系統的冗余度。常規勵磁系統一般在勵磁調節柜配置了2個控制通道,廣州擎天公司和瑞士abb公司均增加了第三個手動控制通道,僅具有手動控制功能,且布置在滅磁柜。
2、智能均流技術要求在功率柜配置控制模塊,勵磁調節柜在線控制通道通過通信網絡將觸發角發送到各智能功率柜的控制模塊,各智能功率柜自行生成獨立的觸發脈沖。一種基于分布式控制的高冗余度勵磁系統控制方法(發明專利,專利號zl2015105718003)為智能功率柜配置了勵磁控制功能,在勵磁調節柜雙通道故障時由優先級最高的智能功率柜轉為在線控制,按照恒陽極電壓方式運行。這樣勵磁系統控制通道的冗余度由雙冗余提高到了2+n冗余,其中n是智能功率柜數量。
3、但是智能功率柜沒有直接測量定子電壓和定子電流,無法實現以定子電壓為控制對象的自動方式(也稱為恒機端電壓方式或avr方式,automatic?voltage?regulator),也無法計算角速度,實現主流的pss2b(pss:power?system?stabilizer)附加控制,所以當智能功率柜轉為在線控制時不能長期運行。智能功率柜也沒有直接測量勵磁電流,但可以以所有功率柜輸出電流瞬時值疊加得到勵磁電流瞬時值,實現以勵磁電流為控制對象的手動方式(也稱為恒勵磁電流方式或fcr方式,field?current?regulator)。
4、智能功率柜控制模塊的硬件已經定型,自身需要測量三相陽極電壓、三相陽極電流、輸出電壓等模擬量,備用模擬信號采集通道有限,不能滿足直接接入三相定子電壓、三相定子電流信號、系統電壓、勵磁電流等信號的要求。另外,三相定子電壓信號來自儀用電壓互感器pt和勵磁電壓互感器pt,額定電壓對應的電壓互感器pt輸出信號約100v,而陽極電壓直接來自陽極電源,巨型機組陽極電壓可能超過1000v,二者數值相差超過10倍,如果對應的信號調制模塊布置在鄰近的位置則不夠安全。
技術實現思路
1、本發明所要解決的技術問題是:消除具備勵磁控制功能的智能功率柜的缺陷,讓智能功率柜具備與常規勵磁控制通道一致的功能。增加專用的高速信號采集裝置采集三相定子電壓、三相定子電流,為所有智能功率柜提供包括三相定子電壓、三相定子電流、有功功率、無功功率、角速度、系統電壓、勵磁電流在內的實時狀態量,解決三相定子電壓和三相陽極電壓相差過大,在同一個信號調制模塊進行信號采集時影響安全的問題,同時智能功率柜能夠實現此前無法實現的avr+pss控制,以及相關限制保護功能,實現勵磁調節柜控制通道的所有功能。
2、根據以上存在的問題,本發明提供一種采用高速信號采集裝置的高冗余度勵磁系統,包括與通信網絡連接的高速信號采集裝置和多個并聯的智能功率柜,每個智能功率柜配置一個獨立控制模塊,所述智能功率柜的控制模塊通過電壓互感器和電流互感器分別從本柜的三相陽極電源和輸出電壓端采樣,并通過信號調制整形獲得三相陽極電壓、三相陽極電流、三相過零方波參考信號、功率柜輸出電壓,控制模塊的輸出端連接到本柜可控硅控制端;其特征在于,所有智能功率柜的控制模塊之間采用光纖進行點對點互聯,所述控制模塊按照預置的優先順序選擇優先級順序最高的一個控制模塊取得在線控制權,取得在線控制權的以接收自高速信號采集裝置實時刷新的狀態數據為控制對象,執行勵磁控制算法,根據勵磁控制算法生成觸發脈沖到本柜可控硅控制端;
3、狀態數據包括:三相定子電壓、三相定子電流、有功功率、無功功率、角速度、系統電壓、勵磁電流,三相定子電壓和三相定子電流由高速信號采集裝置通過電壓互感器和電流互感器分別從被勵磁系統控制的發電機組的輸出電壓端和輸出電流端采樣,勵磁電流是由高速信號采集裝置通過電流互感器從各功智能功率柜的輸出電流端采樣得到的功率柜輸出電流的總和。。
4、進一步,所述控制模塊還執行保護流程控制程序,保護流程控制程序包括:pt斷線保護、伏赫限制、空載過壓限制、強勵限制、定子過流限制、欠勵限制、過無功限制。
5、進一步,不配置勵磁調節柜的控制通道,配置多個智能功率柜,智能功率柜控制模塊之間采用雙工通信,僅在每個智能功率柜配置一個控制模塊,各智能功率柜的接線、功能一致,屬于完全對等的同一優先級。
6、進一步,各控制通道通過通信網絡獲取勵磁系統內其余控制通道的狀態數據,并據此判斷其余控制通道是否可以正常運行,不能正常運行的控制通道則退出優先級排序;在線控制的控制通道出現故障,則控制權切換到其余控制通道中優先級最高的控制通道。
7、進一步,所述兩個高速信號采集裝置互為備用,高速信號采集裝置與所有智能功率柜控制模塊連接,只發不收,兩個高速信號采集裝置的定子電壓信號分別來自勵磁pt和儀用pt。
8、進一步,所述智能功率柜控制模塊接入了三相陽極電壓va、vb、vc,三相定子電流ia、ib、ic、勵磁電壓vfd和白噪聲vnoise信號,其中陽極電壓用于在線控制時使用恒陽極電壓運行方式,陽極電流用于計算橋臂電流、陽極電流和功率柜輸出電流,用于智能均流控制,計算定子電壓、有功功率、無功功率和角速度,高速信號采集裝置還通過電流互感器從各功智能功率柜的輸出電流端采樣得到的功率柜輸出電流的總和作為勵磁電流,并按照預置協議發送到所述控制模塊或其他設備;
9、在勵磁電壓互感器pt信號異常時判斷故障并將計算定子電壓、有功功率、無功功率和角速度的數據源切換為來自儀用電壓互感器pt的數據。
10、進一步,勵磁控制算法包括:pss2b附加控制,恒無功功率方式、恒機端電壓方式,或恒勵磁電流方式。
11、進一步,所述控制模塊之間采用光纖點對點通信,每個工頻周期交互一次狀態信息,包括pid控制中間狀態量、控制角、開關量狀態以及模塊之間通信狀態;pid控制的中間狀態量用于實現在線控制權切換時控制輸出的無擾切換,各備用控制模塊均以在線控制的控制模塊的pid中間狀態量為基礎進行pid控制計算。
12、進一步,各控制模塊按照智能功率柜序號升序排列預置控制優先級,序號越低者控制優先級越高。
13、進一步,統計每個控制模塊與其他控制模塊維持通信正常的數量并排序,當在線控制模塊與其他控制模塊維持通信正常的數量不是最大值時,由與其他控制模塊維持通信正常的數量最多的控制模塊中控制優先級最高的智控控制模塊獲得在線控制權。
14、進一步,檢測高速信號采集裝置是否出現pt斷線故障,及高速信號采集裝置與控制模塊的通信是否正常,從與高速信號采集裝置保持正常通信且所通信的高速信號采集裝置無pt斷線故障的控制模塊中選取與其他控制模塊維持通信正常的數量最多的控制模塊,并從中選取控制優先級最高的智控控制模塊獲得在線控制權。
15、本發明與現有技術相比,具有以下優點及有益效果:
16、采用獨立的高速信號采集裝置采集這些模擬信號并實時處理,結果實時傳送給智能功率柜控制模塊,可以有效解決上述問題,也可以減輕智能功率柜控制模塊數據處理的負擔。
17、在相控整流橋實現勵磁控制的觸發脈沖仍然是一個工頻周期(約20ms)調整一次,但控制計算的周期則一再縮短以加快勵磁系統對狀態變化的響應。理論上高速信號采集裝置能夠以20ms的周期完成一次狀態數據刷新即可滿足實時控制的要求,實際上當前模式轉換芯片、微處理器的性能足以將這些狀態變量的刷新周期提高到2ms以下,現場能夠滿足實時廣播通信需求的包括rs485、以太網和光纖通信。