一种同步发电机励磁系统的制作方法

本实用新型涉及自动控制技术领域，尤其涉及一种同步发电机励磁系统。

背景技术：

励磁系统是发电机重要组成部分，用于为同步发电机提供可调励磁电流，以满足发电机正常发电和电力系统安全运行的需要。因此，对发电机的励磁进行调节和控制，不仅可以保证发电机及电力系统运行的可靠性、安全性和稳定性，而且还可以提高发电机及电力系统的技术经济指标。

出于对电网更高稳定水平的需求，部分电网对系统中小容量机组的励磁系统提出较高要求。如多目标控制要求励磁控制器的计算性能更高效；快速控制要求励磁控制器的控制性能更加实时精准；电厂信息自动化(dcs、lan、internet)要求微机励磁控制器的通讯性能更加方便快捷；与此同时，用户对厂家产品的成本控制也提出更加严格的要求。

目前，同步发电机上的励磁系统在控制的时候，其自动化和操作界面的友好性都比较差；同时，目前的励磁系统的控制功能也比较单一，无法实现更好的控制效果。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种同步发电机励磁系统，结构简单，可靠性高，执行速度快，通讯快捷可靠。

一种同步发电机励磁系统，包括：励磁变压器、励磁控制器以及功率整流单元，其中，所述励磁变压器连接于发电机出口端，所述励磁变压器的输出端连接所述励磁控制器和所述功率整流单元的输入端，所述励磁控制器的输出端连接所述功率整流单元的输入端，所述功率整流单元的输出端连接发电机转子。

优选的，所述同步发电机励磁系统为双机系统，包括第一励磁控制器和第二励磁控制器，所述第一励磁控制器和第二励磁控制器电连接。

优选的，所述励磁控制器，包括：分别与主控单元连接的开关量输入单元、模拟量输入单元、同步电压输入单元、主控单元、显示单元、开关量输出单元、脉冲输出单元以及通讯单元。

优选的，所述开关量输入单元一端通过光电隔离单元连接至所述主控单元，所述主控单元输出的状态信号经光电隔离单元连接至所述开关量输出单元。

优选的，所述模拟量输入单元一端连接至仪表pt三相电压ua′、ub′、uc′，励磁pt三相电压ua、ub、uc，发电机端电流a相电流ia+、ia-，发电机端电流c相电流ic+、ic-，励磁交流采样a相电流ifa+、ifa-；另一端通过限幅滤波单元连接至所述主控单元。

优选的，所述同步电压输入单元一端连接至同步电压uta、utb，另一端通过光电耦合单元连接至所述主控单元。

优选的，所述脉冲输出单元一端连接至所述主控单元，所述脉冲输出单元一端输出的六相双脉冲信号连接至所述功率整流单元的输入端。

优选的，所述开关量输入单元、模拟量输入单元、同步电压输入单元、主控单元、显示单元、开关量输出单元、脉冲输出单元以及通讯单元集成为一主模块。

本实用新型简单可靠，软硬件功能集成度高，控制准确稳定；采用高度集成的soc信号处理器，计算处理速度快。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本实用新型一个实施例的同步发电机励磁系统的结构框图；

图2是根据本实用新型一个实施例的同步发电机励磁系统的电路原理图；

图3是图1中的励磁控制器的结构框图；

图4是图2中的第一励磁控制器avra的电路原理图；

图5是图2中的第二励磁控制器avrb的电路原理图；

图6是图2中的功率整流单元的电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述本实用新型实施例的同步发电机励磁系统，本实用新型实施例的同步发电机励磁系统为双机系统，双机系统可工作于单机模式，也可工作于双机模式，当单机系统时，则自动工作于所述的单机模式，当双机并列运行时，则工作于所述的双机模式；双机分为a机(图2中的第一励磁控制器avra)与b机(图2中的第二励磁控制器avrb)，设定a机为主控机，b机作为热备用机，兼对a机进行监控，当诊断到a机出故障，则自动或用按键手动进行双机切换，切换至b机运行。通过两套励磁控制器互为热备用运行，每套励磁控制器均能满足包括强励在内的同步发电机各种运行工况对励磁的要求。

如图1至图6所示，本实用新型的同步发电机励磁系统，包括：励磁变压器1、励磁控制器2、功率整流单元3，其中，所述励磁变压器1连接于发电机出口端，所述励磁变压器1的输出端连接励磁控制器2和功率整流单元3的输入端，励磁控制器2的输出端连接功率整流单元3的输入端，功率整流单元3的输出端连接发电机转子，用于向发电机提供励磁电流。

具体地，所述励磁变压器1连接于发电机出口端，用于为同步发电机励磁系统提供三相交流励磁电源，由于发电机出口端电压较高，而励磁装置额定电压较低，励磁变压器1用于将发电机出口电压(例如：10.5kv)降为电力可控硅的输入电压(例如：600v)，在发电机机端和励磁绕组之间提供电气隔离。

本实施例中，励磁变压器1的输出端701a、701b和701c通过变压器连接至励磁控制器2，本实施例中的同步电动机励磁系统包括两套励磁控制器，分别为第一励磁控制器和第二励磁控制器，具体地，701a端、701b端连接至变压器tb1的输入端，变压器tb1的输出端712a端和712b端接入第一励磁控制器，701c端、701b端连接至变压器tb2的输入端，变压器tb2的输出端722c端和722b端接入第二励磁控制器，其中，712a、端、712b端、722c端以及722b端为同步电压的输入端，变压器tb1和变压器tb2用于对励磁变压器1的输出电压进行二次降压。

进一步地，所述励磁变压器1的输出端701a、701b和701c通过开关连接功率整流单元3，励磁控制器2输出的六路双脉冲后经脉冲变压器隔离放大连接至功率整流单元3，用于触发功率整流单元3中的可控硅，本实施例中的功率整流单元3包括第一整流桥(即图2中1#整流桥)和第二整流桥(即图2中2#整流桥)，第一整流桥和第二整流桥为由六个可控硅组成的三相全控整流桥，具体地，输出端701a、701b和701c通过第一开关yk1连接第一整流桥，输出端701a、701b和701c通过第二开关yk2连接第二整流桥，励磁控制器2输出的六路双脉冲信号+a,－c，+b，－a，+c，－b分别连接至第一整流桥和第二整流桥中的可控硅，所述功率整流单元3的输出端连接至发电机转子，用于向发电机提供励磁电流。

如图2至图5所示，第一励磁控制器和第二励磁控制器的结构相同，本实施例中的励磁控制器2，包括：供电单元21、开关量输入单元22、模拟量输入单元23、同步电压输入单元24、主控单元25、显示单元26、开关量输出单元27、脉冲输出单元28以及通讯单元29，其中，电源单元21、开关量输入单元22、模拟量输入单元23、同步电压输入单元24、显示单元26、开关量输出单元27、脉冲输出单元28以及通讯单元29分别与主控单元25连接。

在一种优选的实施方式中，上述单元可集成在一块电路板上。

本实施例中的供电单元21与主控单元25连接，用于向励磁控制器提供交流/直流电，可以采用单路供电，也可采用双路供电，双路供电时，一路来自于直流蓄电池电源控母dc220v，另一路来自厂用交流电ac220v。两路电源并联运行，互为冗余，提高了装置的可靠性。

所述主控单元25采用美国微芯公司最新的高速dspic30f作为核心，最高速度可达120mhz，强大的数据处理能力及快速的浮点计算为励磁控制器模型的精准数码化和励磁控制器其它辅助功能的实现提供了保证。

开关量输入单元22用于接收开入继电器输入信号，例如：恒功率因素、信号复归、起励、灭磁、增磁和减磁等状态信号，并供给主控单元25；开关量输出单元7接收主控单元25输出的状态信号，以控制相应的继电器工作。继电器输出信号可以为综合报警、pt断线、强励限制、欠励限制等信号。具体地，端子j5为开入量端子，j5-1至j5-4、j5-9至j5-12通过光电隔离单元连接至主控单元5，j5-5至j5-8通过psd连接至控制单元5。可以理解的是，光电隔离单元为现有的光电耦合器等，本实施例不再详述。

模拟量输入单元23用于根据采样周期采集电压和电流模拟信号，并经由限幅滤波单元送入主控单元25；这里的电压和电流信号可以包括仪表pt三相电压、励磁pt三相电压、发电机电流和励磁电流等外部模拟信号，本实施例中的电压和电流信号为端子j4中的仪表pt三相电压ua′、ub′、uc′，励磁pt三相电压ua、ub、uc，发电机机端电流a相电流端子ia+、ia-，发电机端电流c相电流端子ic+、ic-，ifa+、ifa-为励磁交流采样a相电流端子。此外，j4端子中，ag、if+为励磁电流直流采样地、正极。usa、usb为系统电压a、b相电压端子。可以理解的是，限幅滤波单元为现有的滤波器等，本实施例不再详述。

同步电压输入单元24用于采集同步发电机的同步交流电压信号，经光电隔离单元后发送至主控单元25，由主控单元25计算测量该信号的周期和频率，并确定交流采样的周期，以确保移相脉冲在频率变化时的准确性。其中，j4中的uta、utb为同步电压端子，主控单元25计算发电机电压ut和参考电压ur之差，然后综合调差信号和辅助控制模块的控制量，送入pid运算模块得到一个控制量uc。经过反余弦运算模块计算得到可控硅的触发角，通过脉冲输出单元8发出+a,－c，+b，－a，+c，－b六相双脉冲即j6端子中，-b、+c、-a、+b、-c、+a，经隔离放大后触发三相全控可控硅整流桥，从而改变励磁电流，控制发电机的运行状态。

本实施例中，712a端、712b端、722b端以及722c端为同步电压的输入端，其中，712a端、712b端通光电隔离单元输入至第一励磁控制器的主控单元25中，722c端以及722b端通另一光电隔离单元输入至第二励磁控制器的主控单元25中。

所述脉冲输出单元28与所述主控单元25连接，所述主控单元25产生六路脉冲后经脉冲变压器隔离放大去触发功率整流单元中的可控硅。

所述通讯单元29包括：独立并进行隔离的rs485通讯接口、rs232通讯接口以及can通讯接口，本实施例中的励磁控制器具有强大的通讯功能，非常方便的实现励磁控制器与触摸屏的连接(rs232)和上位管理机的通讯以及与电厂dcs系统的连接(rs485、can)。

进一步地，还包括显示单元26，所述显示单元26为设置人机交互的触摸屏，以及液晶显示器(lcd)，用来接收用户输入的操作命令以及参数，以信号的形式传送给主控单元25，同时也接收来自主控单元25处理后的信号并显示。数据显示直观明了，信息量大。可以非常直观地在线选择、切换工作方式，设置、修改参数和对运行状态监控。并能够实时进行显示励磁装置输出励磁电压波形，可以很方便地进行波形分析和查看，能在线随时观察波形变化。

本实用新型的同步发电机励磁控制器由主控单元进行励磁控制，完成开停机、恒机端电压调节、恒无功调节、总线通讯、故障诊断等功能。主控单元的主要作用是根据发电机电压或其他参数的变化，对整流桥施加控制作用，以调节发电机的励磁电流。

在具体应用中，本实用新型主要用直流24v完成外部开关量输入信号的隔离，从外部开入增、减磁节点等，均经过直流24v隔离，因为这些信号一般传送距离较远，且混在强电电缆里，直流24v操作有利于提高抗干扰能力。di/do经光耦隔离后读入计算机，由此可见dcw-12/s的开关量经过电磁与光电双重隔离，并保证柜外均是强电接口，柜内24v电源不引出柜体，从而保证可靠性。

本实用新型适用于用于中小型发电机(机组容量小于50mw)励磁控制，适用于自并励、三机励磁等励磁控制系统，采用代表了目前最高的集成度水平的片上系统(system-on-chip)技术，实现了系统的简单化与高可靠性，保证了励磁控制器的高效性。