A10-15000ABB勵(lì)磁控制器單元,超級(jí)性價(jià)比

勵(lì)磁
一般我們把根據(jù)電磁感應(yīng)原理使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子形成旋轉(zhuǎn)磁場的過程稱為勵(lì)磁。此外，為發(fā)電機(jī)等“利用電磁感應(yīng)原理工作的電氣設(shè)備”提供工作磁場也叫勵(lì)磁 。有時(shí)，向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供轉(zhuǎn)子電源的裝置也叫勵(lì)磁。
隨著電力建設(shè)的發(fā)展，中國電力系統(tǒng)行業(yè)已進(jìn)入大網(wǎng)絡(luò)、高電壓、大機(jī)組的階段。大容量機(jī)組運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性對(duì)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(jī)穩(wěn)定性最大的是電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)于電網(wǎng)安全起到了非常重要的作用，它不僅是機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的保證，也是整個(gè)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(jī)端電壓在給定值，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱來恒定機(jī)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(yùn)行機(jī)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。

組成
同步發(fā)電機(jī)（synchronization dynamo）的勵(lì)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(lì)磁功率單元是指向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組提供直流勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電源部分，而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器則是根據(jù)控制要求的輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元輸出的裝置。由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)本身一起組成的整個(gè)系統(tǒng)稱為勵(lì)磁系統(tǒng)控制系統(tǒng)。勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)的重要組成部份，它對(duì)電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身的安全穩(wěn)定運(yùn)行有很大的影響。 [2]
直流分類
直流電機(jī)的勵(lì)磁方式可分為他勵(lì)、并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)四類。 [2]
整流分類
1.旋轉(zhuǎn)式勵(lì)磁
旋轉(zhuǎn)式勵(lì)磁又包括直流交流和無刷勵(lì)磁。
2.靜止式勵(lì)磁
靜止式勵(lì)磁包括電勢源靜止勵(lì)磁機(jī)和復(fù)合電源靜止勵(lì)磁機(jī)。
勵(lì)磁電機(jī)
勵(lì)磁電機(jī)
按發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的交流電源供給方式
1.交流勵(lì)磁(他勵(lì))系統(tǒng)
由與發(fā)電機(jī)同軸的交流勵(lì)磁機(jī)供電。系統(tǒng)又可分為四種方式:
1）交流勵(lì)磁機(jī)(磁場旋轉(zhuǎn))加靜止硅整流器(有刷).
2）交流勵(lì)磁機(jī)(磁場旋轉(zhuǎn))加靜止可控硅整流器(有刷).
3）交流勵(lì)磁機(jī)(電樞旋轉(zhuǎn))加硅整流器(無刷).
4）交流勵(lì)磁機(jī)(電樞旋轉(zhuǎn))加可控硅整流器(無刷).。
2.全靜態(tài)勵(lì)磁(自勵(lì))系統(tǒng)
采用變壓器供電，當(dāng)勵(lì)磁變壓器接在發(fā)電機(jī)的機(jī)端或接在單元式發(fā)電機(jī)組的廠用電母線上,稱為自勵(lì)勵(lì)磁方式,把機(jī)端勵(lì)磁變壓器與發(fā)電機(jī)定子串聯(lián)的勵(lì)磁變流器結(jié)合起來向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子供電的稱為自復(fù)勵(lì)勵(lì)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(biāo)
對(duì)于CPU而言，影響其性能的指標(biāo)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(shí)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(jì)算的浮點(diǎn)數(shù)的位數(shù)，通常情況下，CPU的位數(shù)越高，CPU 進(jìn)行運(yùn)算時(shí)候的速度就會(huì)變得越快。21世紀(jì)20年代后個(gè)人電腦使用的CPU一般均為64位，這是因?yàn)?4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(chǔ)在CPU內(nèi)部的，主要指的是能夠?qū)PU的運(yùn)算進(jìn)行指導(dǎo)以及優(yōu)化的硬程序。一般來講，CPU 的緩存可以分為一級(jí)緩存、二級(jí)緩存和三級(jí)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(huì)配備四級(jí)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(yùn)算邏輯部件、寄存器部件和控制部件等。所謂運(yùn)算邏輯部件，主要能夠進(jìn)行相關(guān)的邏輯運(yùn)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(diǎn)或浮點(diǎn)算術(shù)運(yùn)算操作以及地址運(yùn)算和轉(zhuǎn)換等命令，是一種多功能的運(yùn)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(duì)指令進(jìn)行分析并且能夠發(fā)出相應(yīng)的控制信號(hào)。
對(duì)于中央處理器來說，可將其看作一個(gè)規(guī)模較大的集成電路，其主要任務(wù)是加工和處理各種數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的儲(chǔ)存容量相對(duì)較小，其對(duì)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(duì)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(jì)算機(jī)，將高配置處理器作為控制中心，對(duì)提高計(jì)算機(jī)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(yùn)算器，其對(duì)提高計(jì)算機(jī)的整體功能起著重要作用，能夠?qū)崿F(xiàn)寄存控制、邏輯運(yùn)算、信號(hào)收發(fā)等多項(xiàng)功能的擴(kuò)散，為提升計(jì)算機(jī)的性能奠定良好基礎(chǔ)。 [2]
集成電路在計(jì)算機(jī)內(nèi)起到了調(diào)控信號(hào)的作用，根據(jù)用戶操作指令執(zhí)行不同的指令任務(wù)。中央處理器是一塊超大規(guī)模的集成電路。它由運(yùn)算器、控制器、寄存器等組成，如下圖，關(guān)鍵操作在于對(duì)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(jì)時(shí)器與計(jì)數(shù)器等名稱，但PLC內(nèi)部并非實(shí)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(jī)械裝置做實(shí)體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實(shí)際上PLC執(zhí)行階梯圖程式的運(yùn)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(yùn)作。在整個(gè)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(diǎn)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(duì)應(yīng)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(yùn)算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點(diǎn)狀態(tài)，CPU直接自內(nèi)存中查詢?nèi)〕觥］敵鼍€圈之運(yùn)算結(jié)果則存入內(nèi)存中對(duì)應(yīng)之位置，暫不反應(yīng)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(diǎn)，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(shí)間稱為PLC 之反應(yīng)時(shí)間，PLC 輸入訊號(hào)之時(shí)間若小于此反應(yīng)時(shí)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(huì)被更新一次，因此稱此種運(yùn)作方式為輸出輸入端“程式結(jié)束再生”。

(1)強(qiáng)力式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。早在50年代中期，前蘇聯(lián)提出了強(qiáng)力式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，除 了采用發(fā)電機(jī)端電壓偏差ΔUt外，還采用發(fā)電機(jī)頻率偏差Δf及其一次微分和發(fā)電機(jī)定 子電流及其一次微分等輔助反饋?zhàn)兞?。在設(shè)計(jì)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(lì)磁、提高發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)與暫態(tài)運(yùn)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(yīng)用。但由于設(shè)計(jì)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(yīng)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(chǔ)上，附加發(fā)電機(jī)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(hào)的二階超前校正環(huán)節(jié)作為附加控 制。其作用是，增加對(duì)電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩的阻尼，以增強(qiáng)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性。有資 料說明，采用PSS可將系統(tǒng)極 限運(yùn)行角提高到110°～120°。 以Δf(Δω) 為附加信號(hào)的 PSS控制器傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。
我國引進(jìn)設(shè)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(gè)放大因子KSS1和KSS2“加權(quán)”用計(jì)算機(jī)程序 計(jì)算。設(shè)定值取決于機(jī)組參數(shù)、機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)阻抗，從而決定其相位超前和滯后以 及穩(wěn)定信號(hào)的幅度，以求所有運(yùn)行點(diǎn)都達(dá)到好的阻尼效應(yīng)。

(3)線性最優(yōu)勵(lì)磁控制LOEC。為了進(jìn)一步改善電力系統(tǒng)小干擾穩(wěn)定及動(dòng)態(tài)品質(zhì)， 70年代初，國際上一些學(xué)者提出了線性最優(yōu)控制方式LOEC。80年代清華大學(xué)對(duì)此進(jìn) 行了研究，研制成功工業(yè)樣機(jī)，經(jīng)由天津電氣傳動(dòng)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(jī)組上投入運(yùn)行。有資料說明， 結(jié)合實(shí)際計(jì)算，這種勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式，可將系統(tǒng)動(dòng)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(shí)際測量，從而給實(shí)際應(yīng)用帶來了困難。而且將其應(yīng)用于多機(jī)電力系統(tǒng)勵(lì)磁控制設(shè)計(jì)時(shí)，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(shè)計(jì)工況，最優(yōu)控制就不存在了。
(4)零動(dòng)態(tài)多變量勵(lì)磁控制ZDEOC。ZDEOC的設(shè)計(jì)原則是僅僅保證輸出狀態(tài)量的 動(dòng)態(tài)品質(zhì)在任何時(shí)刻都是最優(yōu)的，即系統(tǒng)輸出狀態(tài)量的動(dòng)態(tài)偏差Y (t)在任何時(shí)候都 趨于零，即，當(dāng)t≥0時(shí)，Y (t) =0。而對(duì)其發(fā)電機(jī)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(xué)提出，在電力自動(dòng)化研究院電氣控制 技術(shù)所生產(chǎn)SJ800微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上配置，已在動(dòng)模上作了單機(jī)無窮大系統(tǒng)試驗(yàn)，證明 能有效改善遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)穩(wěn)定性，現(xiàn)已在巖灘水電站300MW機(jī)組上投入運(yùn)行。
非線性多變量勵(lì)磁控制NEC
NEC在設(shè)計(jì)中，對(duì)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(yīng)用微 分幾何方法對(duì)電力模型(可表示為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的仿射非線性系統(tǒng))進(jìn)行精確線性化，尋找適 當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)變換及非線性狀態(tài)反饋，使系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一個(gè)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(xué)用這種NEC的理論和方法設(shè)計(jì)并研究成功GEC-1型微機(jī)非線性勵(lì)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(duì)電網(wǎng)參數(shù)的魯棒 性、分散最優(yōu)控制等三個(gè)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(jī)非線性勵(lì)磁控制器，從1994年11月起已經(jīng)在豐滿水電站一臺(tái)容量為 85MW的水輪發(fā)電機(jī)組和10臺(tái)容量為100～200MW的汽輪發(fā)電機(jī)上成功地運(yùn)行。西北電網(wǎng)的穩(wěn)定仿真計(jì)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(dòng)態(tài)穩(wěn)定極限。對(duì)三峽工程機(jī)組勵(lì)磁方式的研究表明，采用NEC方式，在 各種運(yùn)行方式下，都能提供很強(qiáng)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(jī)對(duì)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%。