電機(jī)勵(lì)磁范文10篇

摘要：介紹了用分布式技術(shù)設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)勵(lì)磁監(jiān)控系統(tǒng)。系統(tǒng)中勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)的雙微機(jī)采用松耦合并行通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，調(diào)節(jié)器中的勵(lì)磁控制微機(jī)經(jīng)由通信控制微機(jī)實(shí)現(xiàn)與上位PC機(jī)的通信。介紹了系統(tǒng)的構(gòu)成、通信方案、通信協(xié)議及軟件設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：分布式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是采集發(fā)電機(jī)電壓和電流的變化及其它輸入信號(hào)，并根據(jù)控制準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元輸出勵(lì)磁電流（供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈）的系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)于維持電力系統(tǒng)的電壓水平、提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的能力、改善電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)的運(yùn)行條件等起到重要的作用。微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器是勵(lì)磁系統(tǒng)的核心元件，除了完成控制功能外，還要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、遠(yuǎn)方通信等功能。單微機(jī)難以實(shí)現(xiàn)所有功能，故采用雙微機(jī)設(shè)計(jì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，并通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分布式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁監(jiān)控系統(tǒng)。

1硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中，勵(lì)磁控制微機(jī)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互和勵(lì)磁電流控制，通信控制微機(jī)協(xié)調(diào)上位監(jiān)控PC機(jī)和勵(lì)磁控制微機(jī)的數(shù)據(jù)交換。

勵(lì)磁控制微機(jī)采用51單片機(jī)的應(yīng)用模式，由顯示、顯示召喚、按鍵、模擬量輸入、PID參數(shù)設(shè)置、看門狗電路、同步信號(hào)輸入、觸發(fā)脈沖輸出、滅磁接點(diǎn)輸入等單元組成。顯示單元采用外接6片串入并出移位寄存器芯片74LS164驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼管，顯示內(nèi)容由召喚顯示撥輪開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇，有巡回和召喚兩種顯示方式。外擴(kuò)一片并行接口芯片8155，8155的A口與面板上的撥輪開(kāi)關(guān)相連，用于召喚顯示；B口與八位地址開(kāi)關(guān)相連，用于設(shè)定PID參數(shù)；C口用于輸出觸發(fā)脈沖，脈沖經(jīng)達(dá)林頓管放大、脈沖變壓器隔離后接到主回路可控硅的觸發(fā)極。滅磁接點(diǎn)、按鍵接到單片機(jī)的I／O口線，按鍵主要有增勵(lì)、減勵(lì)、運(yùn)行方式恒電壓／恒電流選擇等。同步信號(hào)經(jīng)隔離后接到單片機(jī)的INT1管腳。模擬量經(jīng)ADC0809A／D轉(zhuǎn)換芯片接到單片機(jī)，采集的主要模擬量有發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、勵(lì)磁電流、發(fā)電機(jī)送出的無(wú)功電流、電壓給定值、勵(lì)磁電流給定值等。

摘要：介紹了針對(duì)3／3相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)的勵(lì)磁系統(tǒng)，該系統(tǒng)由DSP和FPGA構(gòu)成。給出了控制系統(tǒng)的接口電路和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

關(guān)鍵詞：DSPFPGA3／3相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)

1系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3／3相雙繞組感應(yīng)發(fā)電機(jī)帶有兩個(gè)繞組：勵(lì)磁補(bǔ)償繞組和功率繞組，如圖1所示。勵(lì)磁補(bǔ)償繞組上接一個(gè)電力電子變換裝置，用來(lái)提供感應(yīng)發(fā)電機(jī)需要的無(wú)功功率，使功率繞組上輸出一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓。

圖1中各參數(shù)的含義如下：

isa,isb,isc——補(bǔ)償繞組中的勵(lì)磁電流；

1勵(lì)磁系統(tǒng)的構(gòu)成及分類

根據(jù)勵(lì)磁方式不同，勵(lì)磁系統(tǒng)可分為他勵(lì)和自勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng)。按整流方式是靜止或是旋轉(zhuǎn)、以及交流勵(lì)磁機(jī)是磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)或電樞旋轉(zhuǎn)的不同，又可分為以下4種勵(lì)磁方式：交流勵(lì)磁機(jī)（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)式）加靜止硅整流器、交流勵(lì)磁機(jī)（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)式）加靜止可控硅、交流勵(lì)磁機(jī)（旋轉(zhuǎn)電樞式）加旋轉(zhuǎn)硅整流器、交流勵(lì)磁機(jī)（旋轉(zhuǎn)電樞式）加旋轉(zhuǎn)可控硅。

2勵(lì)磁系統(tǒng)的典型形式

2.1他勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng)

交流主勵(lì)磁機(jī)（ACL）和交流副勵(lì)磁機(jī)（ACFL）都與發(fā)電機(jī)同軸。副勵(lì)磁機(jī)采用自勵(lì)式，副勵(lì)磁機(jī)輸出電壓經(jīng)整流后向其勵(lì)磁繞組供電。

2.2自勵(lì)交流勵(lì)磁系統(tǒng)

隨著電力系統(tǒng)向智能電網(wǎng)發(fā)展的趨勢(shì)的確立和實(shí)現(xiàn)．百萬(wàn)千瓦級(jí)發(fā)電機(jī)組的大規(guī)模投入使用，多種不同類型發(fā)電和儲(chǔ)能系統(tǒng)的接入，作為發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)電壓控制的主要支持系統(tǒng)一勵(lì)磁系統(tǒng)，將迎來(lái)技術(shù)更新和新的發(fā)展機(jī)遇，以適應(yīng)智能電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保和使用安全的目標(biāo)要求。盡管當(dāng)前勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展在可靠性、功能和性能等方面有了很大提高，但是就智能電網(wǎng)的要求和特征而言，未來(lái)智能化的勵(lì)磁系統(tǒng)與現(xiàn)有的勵(lì)磁系統(tǒng)，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，控制方式，技術(shù)應(yīng)用和目標(biāo)要求等方面將有很大的不同。

1未來(lái)勵(lì)磁系統(tǒng)的新特征

(1)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的量測(cè)信號(hào)數(shù)字化，連接和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)化。常規(guī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器所需的模擬量和開(kāi)關(guān)量，由數(shù)字化的傳感器連接終端設(shè)備，如光CT，光和電網(wǎng)廣域測(cè)量等，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送；加載于設(shè)備上的智能控制器和發(fā)電電壓控制單元，通過(guò)高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)，相互連接，接受數(shù)據(jù)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的控制和監(jiān)測(cè)。

(2)勵(lì)磁設(shè)備智能化。勵(lì)磁設(shè)備的主體功率整流器、滅磁裝置和勵(lì)磁變壓器分別設(shè)有智能控制器。分散安裝在各自的設(shè)備中，執(zhí)行相關(guān)的控制、限制保護(hù)和監(jiān)測(cè)等功能，由各自的智能控制器分散化的實(shí)現(xiàn)；而常規(guī)電壓調(diào)節(jié)器對(duì)發(fā)電機(jī)電壓和無(wú)功調(diào)節(jié)和控制的功能，由發(fā)電電壓控制單元實(shí)現(xiàn)，該單元可現(xiàn)地就近安裝，也可遠(yuǎn)距離集中裝設(shè)，進(jìn)行集中而冗余的控制。

(3)勵(lì)磁系統(tǒng)將綜合應(yīng)用最新和先進(jìn)的通信、電力電子、控制、決策支持和電力系統(tǒng)穩(wěn)定等技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化的控制方式，使勵(lì)磁系統(tǒng)更加可靠。在任何異常和故障發(fā)生初始，就能采取有效的校正措施，保證發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制；更加安全，在外部干擾和電網(wǎng)擾動(dòng)時(shí)，能準(zhǔn)確的操作和控制，使影響和損失降到最低；更加經(jīng)濟(jì)，勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)以最低的成本提供所期望的功能為準(zhǔn)則，通過(guò)對(duì)設(shè)備實(shí)時(shí)在線地監(jiān)測(cè)和運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估，使設(shè)備能夠在更大的負(fù)荷下使用，發(fā)揮最佳的能力；更加高效，采用效率更高的功率整流電路，低功耗和節(jié)能的器件及設(shè)備：更加穩(wěn)定，先進(jìn)的電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制技術(shù)理論和方法，將得到實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用和推廣，最大限度的發(fā)揮勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用；更加環(huán)保節(jié)能。大大減少連接電纜損耗和附加損耗，采用對(duì)電網(wǎng)諧波電流注入少。開(kāi)關(guān)涌流擾動(dòng)小的功率和滅磁電路。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1前言

雙繞組電抗分流式發(fā)電機(jī)組曾在小型水力發(fā)電站應(yīng)用較多，由于其勵(lì)磁系統(tǒng)簡(jiǎn)單，單機(jī)運(yùn)行時(shí)能適應(yīng)農(nóng)村負(fù)荷的變化，維護(hù)也比較方便，許多發(fā)電機(jī)運(yùn)行了十幾年，還維持原運(yùn)行方式聯(lián)入網(wǎng)上或多機(jī)組并列運(yùn)行。根據(jù)我縣多臺(tái)電抗分流式發(fā)電機(jī)運(yùn)行情況，當(dāng)空載調(diào)整好其電抗線圈匝數(shù)后，在負(fù)荷變化時(shí)外特性較差，不能保證電壓穩(wěn)定。目前，因電網(wǎng)覆蓋面廣，農(nóng)村小型水電站已進(jìn)入了并網(wǎng)運(yùn)行。在并網(wǎng)運(yùn)行中，穩(wěn)定性也較差，容易產(chǎn)生振蕩，過(guò)勵(lì)或欠勵(lì)，甚至失磁等現(xiàn)象，難以調(diào)整無(wú)功功率來(lái)適應(yīng)無(wú)功負(fù)荷需要。為了解決這一發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系型式，我們配合有關(guān)廠家對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)多方面的改造和研究。如改變副繞組和主繞組的相位關(guān)系，改變電抗器的匝數(shù)比；在交流側(cè)加裝晶閘管分流的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；在并列的多臺(tái)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組之間加裝均壓線等，效果都不理想，滿足不了發(fā)電機(jī)多機(jī)并列或并網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和無(wú)功調(diào)節(jié)的要求。因此，針對(duì)這一現(xiàn)狀，結(jié)合小型水電站的技術(shù)能力，設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單實(shí)用的可控硅勵(lì)磁系統(tǒng)。甩掉了原勵(lì)磁系統(tǒng)中的電抗器，將發(fā)電機(jī)的主繞組和副繞組的尾端分別短接，同時(shí)改三相橋式不可控整流電路為三相橋式半控整流電路(見(jiàn)圖1、圖2)，其主要特點(diǎn)是技術(shù)和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅對(duì)其接線端進(jìn)行接線處理，不占用主繞組的容量，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，改造費(fèi)用低。1988年在改造縣水電公司沙港電站3臺(tái)320kw雙繞組電抗分流式發(fā)電機(jī)時(shí)，就配置了該套勵(lì)磁裝置。通過(guò)幾年的運(yùn)行，實(shí)踐證明，其使用維護(hù)方便，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，特別是聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行中，穩(wěn)定性更佳，無(wú)功功率能根據(jù)網(wǎng)上要求任意調(diào)節(jié)，解決了過(guò)勵(lì)或欠勵(lì)現(xiàn)象；同時(shí)，又能保證單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行或多機(jī)并列運(yùn)行的電壓穩(wěn)定。我們認(rèn)為該可控硅勵(lì)磁裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，適合小型水電站雙繞組電抗分流式發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁改造，有推廣使用的價(jià)值。

2工作原理

該勵(lì)磁裝置由三相橋式半控整流電路、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器以及殘壓起動(dòng)電路組成。運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)副繞組產(chǎn)生的三相交流電通過(guò)由可控硅（1—3）SCR和整流二極管（1—3）Z組成的三相橋式半控整流電路整流后，供給勵(lì)磁繞組L1；勵(lì)磁電流的大小，決定于可控硅的導(dǎo)通角β，而可控硅的導(dǎo)通角β由自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器ZLT自動(dòng)控制。當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓高于整定值時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖信號(hào)推遲，使可控硅的導(dǎo)通角β減小，勵(lì)磁電流減小，發(fā)電機(jī)端電壓降低；當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓低于整定值時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖信號(hào)提前，使可控硅的導(dǎo)通角增大，從而導(dǎo)致勵(lì)磁電流增大，發(fā)電機(jī)端電壓升高。通過(guò)運(yùn)行實(shí)測(cè)，靜態(tài)調(diào)壓范圍﹢10%～﹢15%，運(yùn)行電壓穩(wěn)定值為±2%，瞬時(shí)最大電壓降小于10%，電壓恢復(fù)時(shí)間小于0.2s。由于機(jī)組起動(dòng)時(shí)，主副繞組中產(chǎn)生的剩磁電壓比較低（約為額定值的2%～3%），這時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器還不能正常工作，可控硅不導(dǎo)通，只有利用由按鈕QA、熔斷器RD、電壓繼電器CJ、整流二極管5Z等組成的殘壓起勵(lì)電路進(jìn)行起勵(lì)操作（按住按鈕QA）；當(dāng)發(fā)電機(jī)端相電壓上升到100V左右，電壓繼電器CJ啟動(dòng)，其常閉接點(diǎn)斷開(kāi)起勵(lì)回路，自動(dòng)進(jìn)入自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作狀態(tài)，避免了可能產(chǎn)生的過(guò)電壓現(xiàn)象，把機(jī)組穩(wěn)定在正常情況下。

3安裝

按照?qǐng)D2提供的勵(lì)磁系統(tǒng)接線，要改變?cè)瓌?lì)磁系統(tǒng)接線的部位，主要有3處：一是拆除電抗器，將發(fā)電機(jī)的主繞組和副繞組尾端分別短接；二是原三相橋式整流電路中的3只共陰極整流二極管換為3只可控硅；三是在三相橋式整流電路輸出端并接一只正向壓降低的硅整流二極管，起續(xù)流二極管的作用。

本文作者：胡明旭王維華工作單位：哈電集團(tuán)現(xiàn)代制造服務(wù)產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司

1風(fēng)電設(shè)備型式的演化

齒輪箱存在的主要問(wèn)題是噪聲、磨損、功率損耗、維修、油污等,特別是在高達(dá)百米的高塔上作業(yè),頻繁地進(jìn)行維修、更換部件,使廠家不堪承受,目前尚無(wú)保證其壽命的成熟技術(shù)。然而,為了達(dá)到更高的速比,使用多級(jí)齒輪箱更適宜。單級(jí)齒輪箱的速比選為6,齒輪箱功率損耗與速度成比例,三級(jí)齒輪箱損耗功率是額定功率的3%,單級(jí)是額定功率的1.5%。從1991年開(kāi)始,推出無(wú)齒輪箱發(fā)電機(jī)系統(tǒng),即所謂的直驅(qū)式發(fā)電機(jī),主要是為了避免齒輪箱故障和減少維護(hù)量。為了和電網(wǎng)聯(lián)接,這種風(fēng)電設(shè)備還需要一個(gè)全功率電力電子變流器。然而配套的低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩發(fā)電機(jī)和全功率變流器是相當(dāng)貴的,因此,那時(shí)大多數(shù)采用直驅(qū)式直流或交流電勵(lì)磁的發(fā)電機(jī),后來(lái)推出永磁鋼勵(lì)磁,從而消除了勵(lì)磁損耗。為了增加功率和降低轉(zhuǎn)速,直驅(qū)式發(fā)電機(jī)變得越來(lái)越大和更加昂貴,為此提出了采用一個(gè)單級(jí)齒輪箱(速比為6或者更高)的裝置,這一系統(tǒng)雖然仍有帶齒輪箱、直驅(qū)式系統(tǒng)昂貴的發(fā)電機(jī)及全功率變流器等缺點(diǎn),但與直驅(qū)式系統(tǒng)相比,它可以使發(fā)電機(jī)成本降低,效率提高。這個(gè)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩仍然相當(dāng)高,轉(zhuǎn)速相當(dāng)?shù)?擁有一個(gè)大的直徑和氣隙,就有大的勵(lì)磁電流和高的損耗。然而,變流器的額定容量可以降到30%,從成本和效率方面占有優(yōu)勢(shì)。這種單級(jí)齒輪箱的使用,使得整機(jī)外形尺寸顯著縮小。

2風(fēng)輪機(jī)特性

2.1功率P=(1/2)QCr2v3(1)式中:P為功率,MW;Q為空氣密度,kg/m3;r為轉(zhuǎn)輪半徑,m;v為風(fēng)速,m/s;C為功率系數(shù),即空氣動(dòng)力效率,%;d為葉尖速比,葉尖周速/風(fēng)速;a為槳葉節(jié)距角。2.2主要參數(shù)以P=3MW,額定轉(zhuǎn)速為15r/min,額定風(fēng)速v=12m/s,平均風(fēng)速…v=7m/s,轉(zhuǎn)輪直徑為90m,最優(yōu)葉尖速比8,最大空氣動(dòng)力效率(轉(zhuǎn)輪)為48%,空氣密度Q=1.225kg/m3為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置方案對(duì)比。

3結(jié)構(gòu)布置方案對(duì)比

一．前言

新鄉(xiāng)火電廠#5發(fā)電機(jī)為三機(jī)交流勵(lì)磁系統(tǒng)，原滅磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是短弧柵原理的DM2型來(lái)分?jǐn)喟l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行滅磁。由于該開(kāi)關(guān)在材質(zhì)、結(jié)構(gòu)上存在的不足，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，給勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)了隱患。為此，我們采用主勵(lì)磁機(jī)磁場(chǎng)回路滅磁方式取代常規(guī)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路滅磁開(kāi)關(guān)進(jìn)行滅磁，對(duì)#5機(jī)滅磁系統(tǒng)進(jìn)行了改造，并進(jìn)性了全面的滅磁性能試驗(yàn)，事實(shí)證明該項(xiàng)改造是成功的。這是我們對(duì)發(fā)電機(jī)滅磁理論和滅磁方式長(zhǎng)期研究的實(shí)踐，也是我們?yōu)槿珖?guó)同行做出了有益的嘗試。

二．滅磁方式的發(fā)展歷程

在主要采用直流勵(lì)磁機(jī)作為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源的年代，普遍采用發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路裝設(shè)大容量直流滅磁開(kāi)關(guān)的滅磁方式。對(duì)直流勵(lì)磁機(jī)系統(tǒng)采用這種滅磁開(kāi)關(guān)，有以下原因和作用：

1、直流勵(lì)磁機(jī)殘壓較高，即使直流勵(lì)磁機(jī)電流減少到零，如果發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路不斷開(kāi)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓仍可能達(dá)到額定值的20左右，這樣可能造成發(fā)電機(jī)電壓不能降低到故障點(diǎn)電弧的熄滅電壓以下，大大擴(kuò)大發(fā)電機(jī)的損壞程度。

2、早期的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子阻尼較弱，運(yùn)行功率因數(shù)較低，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路里裝設(shè)滅磁開(kāi)關(guān)可以提高滅磁速度，效果較好。

摘要：勵(lì)磁系統(tǒng)是水電站的關(guān)鍵設(shè)備，也是水電站相對(duì)于變電站的主要區(qū)別之一，本文提出了一種滿足IEC-61850通信標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并列表分析了相對(duì)傳統(tǒng)水電站，在數(shù)字化勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要解決的關(guān)鍵點(diǎn)，為數(shù)字化水電站的整體建設(shè)打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：IEC-61850通信標(biāo)準(zhǔn)；數(shù)字化水電站；數(shù)字化勵(lì)磁系統(tǒng)；具體實(shí)施方案

近年來(lái)，國(guó)家電網(wǎng)已明確提出建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的發(fā)展目標(biāo)，并大力發(fā)展水電、抽水蓄能等清潔能源項(xiàng)目。數(shù)字化變電站建設(shè)則是其中重要的組成部分。在國(guó)內(nèi)電網(wǎng)大力推廣已建設(shè)并運(yùn)行的數(shù)字化變電站[1]中，IEC-61850[2]通信標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用、完善也得到很大發(fā)展，變電站的數(shù)字化技術(shù)（滿足IEC-61850通信標(biāo)準(zhǔn)）已趨于成熟，變電站內(nèi)各類滿足該標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備均已投入運(yùn)行，設(shè)備性能安全穩(wěn)定，相關(guān)設(shè)備廠家也有了響應(yīng)特定需求的成熟產(chǎn)品，并具備研究開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的實(shí)力，目前已具備建設(shè)數(shù)字化水電站的基礎(chǔ)。

1數(shù)字化水電站勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

相對(duì)于數(shù)字化變電站，水電站領(lǐng)域則暫未出現(xiàn)完整且成熟的數(shù)字化解決方案。參考數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)方案，依據(jù)《DL/T1547-2016智能水電廠技術(shù)導(dǎo)則》[3-4]，基于“一次設(shè)備智能化，二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化，符合IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)”的思路，數(shù)字化水電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為“過(guò)程層”、“單元層”、“站控層”，采用過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)（GOOSE網(wǎng)、SV網(wǎng)）、站控層網(wǎng)絡(luò)（MMS網(wǎng)）的3層2網(wǎng)結(jié)構(gòu)層次。數(shù)字化水電站的所有電氣設(shè)備均應(yīng)滿足IEC-61850通信規(guī)約。勵(lì)磁系統(tǒng)[5]是水電站發(fā)電機(jī)的重要組成部分，它通常由勵(lì)磁功率單元、勵(lì)磁調(diào)節(jié)單元和滅磁單元3部分構(gòu)成，通過(guò)勵(lì)磁系統(tǒng)中的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)勵(lì)磁功率單元進(jìn)行控制，達(dá)到調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無(wú)功功率和電壓的效果。勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)能夠滿足系統(tǒng)在正常和事故情況下的調(diào)節(jié)需要。在數(shù)字化水電站中，勵(lì)磁系統(tǒng)除完成水輪發(fā)電機(jī)組的開(kāi)機(jī)、停機(jī)、增減無(wú)功功率、緊急停機(jī)等任務(wù)外，還應(yīng)能滿足IEC61850數(shù)據(jù)建模及通信功能，全面支持與站控層網(wǎng)（MMS網(wǎng)）、過(guò)程層網(wǎng)（GOOSE網(wǎng)和SV網(wǎng)）兩網(wǎng)通信。同時(shí)，應(yīng)能接受監(jiān)控系統(tǒng)提供無(wú)功功率給定值，完成無(wú)功功率的閉環(huán)控制。為滿足實(shí)際應(yīng)用需求，勵(lì)磁系統(tǒng)在邏輯上被劃分為許多個(gè)可以獨(dú)立訪問(wèn)和處理的邏輯設(shè)備。勵(lì)磁系統(tǒng)裝置布置在數(shù)字化水電站系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的單元層，合并單元[6]、智能終端[7]、輔控單元等裝置或智能設(shè)備布置在過(guò)程層（圖1）。數(shù)字化電站站控層的上位機(jī)滿足IEC61850通信標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過(guò)MMS網(wǎng)將勵(lì)磁系統(tǒng)的信號(hào)上送監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。數(shù)字化勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)滿足可與GOOSE網(wǎng)及SV網(wǎng)交換機(jī)相連接，采集過(guò)程層的數(shù)據(jù)。過(guò)程層的數(shù)字化則要求CT、PT及現(xiàn)地元件輸出的數(shù)據(jù)均為數(shù)字化形式，CT、PT與合并單元相連接（電子式互感器[8]通過(guò)光纜連接，電磁式互感器通過(guò)電纜連接），電流、電壓數(shù)據(jù)數(shù)字化后通過(guò)光纜與SV網(wǎng)交換機(jī)連接，現(xiàn)地元件則要求經(jīng)電纜連接至智能終端，將開(kāi)關(guān)量或模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并經(jīng)光纜傳輸至GOOSE網(wǎng)交換機(jī)。參考數(shù)字化變電站的設(shè)計(jì)模式，電流、電壓模擬量數(shù)據(jù)的傳輸方式有組網(wǎng)模式（網(wǎng)采）和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式（直采）兩種，基于最大化精簡(jiǎn)電纜或者光纖數(shù)量及利用網(wǎng)絡(luò)安全、快速、數(shù)據(jù)共享等的傳輸優(yōu)勢(shì)原則，本文推薦SV網(wǎng)采用組網(wǎng)模式進(jìn)行采樣。

2水電站勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)字化具體實(shí)施方案

摘要：PMM8731是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器。而SI-7300則是日本三青公司生產(chǎn)的高性能步進(jìn)電機(jī)集成功率放大器。它們和單片機(jī)一起可構(gòu)成一種高效電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路。文中介紹了PMM8713與SI-7300的功能，給出了由它們組成的功率驅(qū)動(dòng)電路及其在步進(jìn)電機(jī)上的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：PMM8731；SI-7300；步進(jìn)電機(jī)；功率驅(qū)動(dòng)電路

1PMM8713的功能特點(diǎn)

PMM8713是日本三洋電機(jī)公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)脈沖分配器。該器件采用DIP16封裝，適用于二相或四相步進(jìn)電機(jī)。PMM8713在控制二相或四相步進(jìn)電機(jī)時(shí)都可選擇三種勵(lì)磁方式（1相勵(lì)磁，2相勵(lì)磁，1－2相勵(lì)磁三種勵(lì)磁方式之一），每相最小的拉電流和灌電流為20mA，它不但可滿足后級(jí)功率放大器的要求，而且在所有輸入端上均內(nèi)嵌有施密特觸發(fā)電路，抗干擾能力很強(qiáng)，其原理框圖如圖1所示。

在PMM8713的內(nèi)部電路中，時(shí)鐘選通部分用于設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)脈沖輸入法。PMM8713有兩種脈沖輸入法：雙脈沖輸入法和單脈沖輸入法。采用雙脈沖輸入法的連線方式如圖2（a）所示，其中CP、CU兩端分別輸入步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制脈沖。當(dāng)采用單脈沖輸入法時(shí)，其連線方式如圖2（b）所示，該圖中的CK為時(shí)鐘脈沖輸入，步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)方向由U／D的高、低電位決定。

片中的激勵(lì)方式控制電路用來(lái)選擇采用何種勵(lì)磁方式。激勵(lì)方式判斷電路用于輸出檢測(cè)；而可逆環(huán)形計(jì)數(shù)器則用于產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)在選定的勵(lì)磁方式下的各相通斷時(shí)序信號(hào)。

1水輪發(fā)電機(jī)組改造

我縣大多數(shù)電站建于七、八十年代，水輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)過(guò)二、三十年的運(yùn)行，發(fā)電機(jī)絕緣老化、發(fā)熱增加、滑環(huán)嚴(yán)重冒火、端蓋無(wú)防護(hù)罩等影響運(yùn)行安全；水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪等過(guò)流部件磨損、變形，或雖幾經(jīng)補(bǔ)焊但葉片變厚、變粗糙與原設(shè)計(jì)誤差較大，機(jī)組效率嚴(yán)重下降；有的是歷史原因機(jī)組選型不配套，造成出力不足、水量浪費(fèi)，效益差。針對(duì)上述問(wèn)題，近幾年我們?cè)诮ㄔO(shè)新電站的同時(shí)，根據(jù)具體情況對(duì)一些老電站進(jìn)行了改造。特別是對(duì)發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行更換，不僅提高了絕緣等級(jí)，而且也提高了發(fā)電機(jī)出力。采用新型轉(zhuǎn)輪，提高了機(jī)組的效率，使電站有了更好的收益。對(duì)其它影響安全生產(chǎn)的缺陷要求電站及時(shí)采取有效措施，提高了水輪發(fā)電機(jī)組的健康水平。

2發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置改造

要使發(fā)電機(jī)安全和穩(wěn)定的運(yùn)行，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的性能是關(guān)鍵，早些年使用的三次諧波式、相復(fù)勵(lì)變壓器式、雙繞組電抗分流式等幾種勵(lì)磁裝置，由于調(diào)節(jié)性能差，易引起振蕩，不適應(yīng)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)其故障較多影響機(jī)組安全運(yùn)行，所以必須加以更新改造。

我們現(xiàn)在基本上改用了可控雙繞組電抗分流式勵(lì)磁，此裝置在雙繞組電抗分流式的基礎(chǔ)上增加了可控硅分流的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器，空載電壓調(diào)節(jié)范圍大，并網(wǎng)后運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)功功率調(diào)節(jié)方便。由于是廠家隨機(jī)生產(chǎn)，安裝在發(fā)電機(jī)上結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，不需另占地方。在主斷路器跳開(kāi)后不失磁，發(fā)電機(jī)仍有端電壓。在電網(wǎng)停電時(shí)仍有電源供給調(diào)速器，能迅速將機(jī)組關(guān)閉，省去了備用電源。在我縣近200臺(tái)發(fā)電機(jī)上使用結(jié)果證明，能夠安全、可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。這種勵(lì)磁方式當(dāng)勵(lì)磁回路對(duì)地一點(diǎn)接地時(shí)，接地點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)(低壓發(fā)電機(jī)繞組中性點(diǎn)一般都接地)構(gòu)成回路。勵(lì)磁電流被分流減少，會(huì)發(fā)生機(jī)組振蕩、不能正常建壓等故障。所以特別要對(duì)滑環(huán)及周圍等勵(lì)磁部位的定期清掃，防止勵(lì)磁回路對(duì)地絕緣嚴(yán)重下降而發(fā)生接地故障。

也有采用可控硅靜止勵(lì)磁裝置，如FKL、ZL1A1等型號(hào)，其性能良好，但結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜。采用獨(dú)立屏柜增加了安裝位置，布置上還需注意整齊和美觀。由于主斷路器跳開(kāi)時(shí)聯(lián)動(dòng)跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，使機(jī)組無(wú)電壓，故這種勵(lì)磁裝置尚需備用交流電源或配置TC操作器。