可控硅智能整流器
KLF型
宜昌邦卓科技有限公司
2012年12月
可控硅智能整流器 说明书 KLF-□□□A
可控硅智能整流器（可控硅励磁风冷整流器）
应用范围
应用于0-300A的大功率直流输出的场合，特别是发电机励磁系统。
装置硬件
功率组件：
◇ 采用国内优质高反压、大电流可控硅和二极管模块。
◇ 采用32位高性能嵌入式微机处理器， 大容量的RAM和Flash Memory；利用 SoC 解决方案，数据处理、逻辑运算和信息存储能力强，运行速度快，可靠性高。 ◇ 采用高精度测量芯片，测量精度高，计量准确。 ◇ 采用蓝色液晶，中文显示，菜单式操作。
主要特点
◇ 实时多任务操作系统，模块化编程；实时性好，可靠性高。 ◇ 三相同步工作，保证功率稳定。
◇ 采集机组有功、无功、机端电压、定子电流、发电机转速、转子电流等发电机的运行量。 ◇ 具有丰富的保护功能。
◇ 标准通信规约，方便与微机监控或保护管理机联网通讯。
◇ 自愈式环形光纤以太网接口，保证长距离的通信可靠性（具有光口的设备）。 ◇ -40℃～70℃宽温工作环境，满足现场恶劣条件。 ◇ 电网标准的励磁数学模型（PID+PSS2A）
我公司保留对本说明书进行修改的权利； 产品与说明书不符时，请参照实际产品说明。
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可控硅智能整流器 说明书 目录
1 装置简介.....................................................................................................................................3
1.1 功能配置..........................................................................................................................3 1.2 装置主要特点..................................................................................................................4 2 技术指标.....................................................................................................................................5
2.1 额定数据............................................................................................................................5 2.2 装置功耗............................................................................................................................5 2.3 环境条件............................................................................................................................5 2.4 抗干扰性能........................................................................................................................5 2.5 绝缘性能............................................................................................................................6 2.6 机械性能............................................................................................................................6 2.7 测量精度............................................................................................................................6 2.8 触点容量............................................................................................................................6 3.装置硬件........................................................................................................................................7
3.1 机箱结构............................................................................................................................7 3.2 主要板卡............................................................................................................................8 3.3 励磁控制器之CPU 板...................................................................................................8 3.4 智能液晶显示屏..............................................................................................................12 3.5 功率组件..........................................................................................................................17 4.装置功能......................................................................................................................................17
4.1 励磁限制..........................................................................................................................17 4.2 励磁保护..........................................................................................................................19 4.3 自动跟踪..........................................................................................................................20 4.4 在线机切换......................................................................................................................20 5.主要性能指标..............................................................................................................................20 6.使用环境......................................................................................................................................21 7.应用范围......................................................................................................................................21 8.励磁控制原理..............................................................................................................................21
8.1 发电机励磁控制系统的作用..........................................................................................22 8.2 励磁反馈控制原理..........................................................................................................22
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可控硅智能整流器 说明书 1 装置简介
KLF是一个基于微处理器的完整的数字式励磁控制系统。它包括了限制、控制和保护一台发电机工作于其容量范围之内的所有的必需的功能。KLF 在设计上的一个改进之处是具有允许非运行模式跟随运行模式，并允许在模式之间无扰动地切换这一可选特性。可以通过软件在KLF之间进行通讯，并允许KLF单元之间自动跟随和切换。它还能够通过RS-232 口与PC 通讯，用于就地编程和测量，也可以通过RS-485 口使用ModbusTM 协议与远至1200 米的LCU通讯。KLF具有一个基于微处理器的完美的产品所能够具有的各种特性、功能、灵活性和可编程能力。
1.1 功能配置
多种控制规律可选
PID控制
LOEC线性最优控制 PID+PSS控制 P、PI、PID控制 五种调节运行方式
自动电压调节（AVR：Automatic Voltage Regulate） 恒无功运调节（RPR：Reactive Power Regulate） 励磁电流调节（FCR：Field Current Regulate）
恒alpha角（主要用于开环、短路试验以及线路融冰等） 恒功率因数运行方式（选用） 主要控制功能
机组开停机时励磁系统的顺序操作 机组的起励控制
磁场断路器的合、分闸控制 输出模拟量、状态量及报警信号 微机通道故障自动切换控制 自动准同期和手动准同期控制 人机界面的操作 三种起励方式
按设定的励磁电流起励； 按设定的机端电压起励；
跟踪系统（母线）电压起励。 六种励磁限制
瞬时/延时过励磁电流限制； 过无功限制； 欠励限制；
功率柜停风或部分功率柜退出时限励磁电流； 伏/赫限制； 定子电流限制 两种断线保护
PT断线保护；
同步回路断线保护。 空载过压保护。
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可控硅智能整流器 说明书 运行参数显示及控制参数整定。
自检、自诊断、容错及故障检测功能。
微机系统自身具有自我诊断能力。软件时刻对CPU、A/D芯片、计数器、通讯、脉冲输出、微机工作电源等进行在线诊断，可以提前发现问题。发现故障立即由软件输出、硬件自动切换。
控制器内部各功能模板及各组成单元故障，出现故障后自动切换运行通道或转运行方式，通讯故障能报警但不影响控制器的正常运行。同时具有与电站优化维护系统通讯接口，通讯接口采用以太网或485接口。
与上位机和PC机通讯，具有运行状态指示、运行参数显示、事件记录、录波等功能。 具有完备的信号报警功能。 辅助励磁功能配置 彩色液晶触摸显示屏； 中英文可选菜单操作；
设置用户口令在线修改、整定各种励磁限制参数，并设掉电保护； 励磁系统运行状态图实时显示； 电气参数动态曲线显示； 状态参数、控制参数显示； 故障状态显示； 各种静特性试验；
运行方式切换、控制方式切换、主/从通道切换； 起励试验，并根据录波图完成数据处理； 空载扰动试验，并根据录波图完成数据处理； 系统稳定试验，并根据录波图完成数据处理；
人工录波功能，根据操作人员发出的录波命令录波； 自动录波功能，起励、阶跃及PSS试验自动录波； 离线能用PC机在Windows环境处理试验、录波数据。 1.2 装置主要特点
基于32 位高性能微处理器和高速数字信号处理器的设计 精确的单相或三相交流有效值测量 电压调节精度≤0.25%
通过前面板HMI 或Windows®}PC 软件进行设定 20 组标准PID 参数选择 1 组用户自定义PID 参数 并联补偿/调差
低频率（UF）或伏赫比（V/Hz）限制器 残压起励，最小3Vac 软启动建立电压
励磁电流调节模式（手动模式）
在运行模式之间和KLF 单元之间自动跟踪（可选） 最小励磁限制器（内部生成或用户自定义曲线） 在线和离线最大励磁限制器 无功功率和功率因数控制器 励磁机旋转二极管故障监测 事件顺序记录 宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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可控硅智能整流器 说明书
波形记录 电压匹配
8 个发电机保护特性 可编程的输出接点
前面板64×128 像素背光液晶显示器 RS-232、RS-485 通讯口
RS-485 通讯口，ModbusTM 协议，通讯距离可达1200 米 12 个发电机参数测量，精度<1% 远方给定值控制，通过 —接点输入
—RS-232（ASCII）或RS-485（ModbusTM）通讯
2 技术指标 2.1 额定数据
a. 额定电源电压：直流或交流 220V 或直流 110V (订货及使用时区分规格) b. 额定交流数据：
交流电压： 150V
交流电流： 5A 或 1A (订货及使用时区分规格) 额定频率： 50Hz c. 热稳定性：
交流电压回路：长期运行 1.5Un 交流电流回路：长期运行 2In
2.2 装置功耗
a. 交流电压回路： 每相不大于 0.5VA；
b. 交流电流回路： In=5A 时每相不大于 1VA；
In=1A 时每相不大于 0.5VA；
c. 保护电源回路: 正常工作时，不大于 12W；保护动作时，不大于 15W。
2.3 环境条件
a. 环境温度：
工作： -40℃～+70℃。
储存： -40℃～+85℃，相对湿度不大于 80%，周围空气中不含有酸性、碱性或其它腐蚀性及爆炸性气体的防雨、防雪的室内；在极限值下不施加激励量，装置不出现不可逆转的变化，温度恢复后，装置应能正常工作。
b. 相对湿度：最湿月的月平均最大相对湿度为 90％，同时该月的月平均最低温度为 25℃且表面不凝露。最高温度为+40℃时，平均最大湿度不超过 50％。
c. 大气压力：80kPa～110kPa（相对海拔高度 2km 以下）。
2.4 抗干扰性能
a. 脉冲群干扰试验：能承受 GB/T14598.13－1998 规定的频率为 1MHz 及 100kHz 衰减振荡波（第一半波电压幅值共模为 2.5kV，差模为 1kV）脉冲群干扰试验。
b. 快速瞬变干扰试验：能承受 GB/T14598.10－2007 第四章规定的严酷等级为 A 级的快速瞬变干扰试验。
c. 辐射电磁场干扰试验：能承受 GB/T14598.9－2002 第四章规定的严酷等级的辐射电磁场干扰试验。 宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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可控硅智能整流器 说明书 d. 静电放电试验：能承受 GB/T14598.14-1998 中 4.1 规定的严酷等级为Ⅲ级的静电放电试 验。
e. 电磁发射试验：能承受 GB/T14598.16－2002 中 4.1 规定的传导发射限值及 4.2 规定的辐射发射限值的电磁发射试验。
f. 工频磁场抗扰度试验：能承受 GB/T17626.8－2006 第 5 章规定的严酷等级为Ⅳ级的工频磁场抗扰度试验。
g. 脉冲磁场抗扰度试验：能承受 GB/T17626.9－1998 第 5 章规定的严酷等级为Ⅳ级的脉冲磁场抗扰度试验。
h. 阻尼振荡磁场抗扰度试验：能承受 GB/T17626.10－1998 第 5 章规定的严酷等级为Ⅳ级的阻尼振荡磁场抗扰度试验。
i. 浪涌抗扰度试验：能承受 IEC 60255-22-5:2002 第 4 章规定的严酷等级的浪涌抗扰度试验。
j. 传导骚扰的抗扰度试验：能承受 IEC 60255-22-6:2001 第 4 章规定的射频场感应的传导骚扰的抗扰度试验。
k. 工频抗扰度试验：能承受 IEC 60255-22-7:2003 第 4 章规定的工频抗扰度试验。
2.5 绝缘性能
a. 绝缘电阻：各带电的导电电路分别对地(即外壳或外露的非带电金属零件)之间,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,用开路电压为500V的测试仪器测试其绝缘电阻值不应小于 100MΩ。
b. 介质强度：装置通信回路和 24V 等弱电输入输出端子对地能承受 50Hz、500V(有效值)的交流电压,历时 1min 的检验无击穿或闪络现象；其余各带电的导电电路分别对地(即外壳或外露的非带电金属零件)之间,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,能承受 50Hz、2800V 的直流电压,历时 1min 的检验无击穿或闪络现象。
c. 冲击电压： 装置通信回路和 24V 等弱电输入输出端子对地,能承受 1kV(峰值)的标准雷电波冲击检验；其余各带电的导电端子分别对地,交流回路和直流回路之间,交流电流回路和交流电压回路之间,能承受 5kV(峰值)的标准雷电波冲击检验。 2.6 机械性能
a. 振动响应：装置能承受 GB/T 11287-2000 中 4.2.1 规定的严酷等级为 I 级振动响应检验。
b. 冲击响应：装置能承受 GB/T 14537-1993 中 4.2.1 规定的严酷等级为 I 级冲击响应检验。
c. 振动耐久：装置能承受 GB/T 11287-2000 中 4.2.2 规定的严酷等级为 I 级振动耐久检验。
d. 冲击耐久：装置能承受 GB/T 14537-1993 中 4.2.2 规定的严酷等级为 I 级冲击耐久检验。
e. 碰撞：装置能承受 GB/T 14537-1993 中 4.3 规定的严酷等级为 I 级碰撞检验。
2.7 测量精度
a. 各模拟量的测量误差不超过额定值的±0.5%; b. 功率测量误差不超过额定值的±1%; c. 开关量输入分辨率不大于 2ms；
2.8 触点容量
a. 在电压不大于 250V，电流不大于 1A，时间常数为 5ms±0.75ms 的直流有感负宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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荷电路中，触点断开容量为 50W，长期允许通过电流不大于 5A。
b. 在电压不大于 250V，电流不大于 2A 的交流回路（cosφ=0.4±0.1）中触点断开容量为250VA，长期允许通过电流不大于 5A。
3.装置硬件
装置采用加强型单元机箱，按抗强振动、强干扰设计；确保装置安装于条件恶劣的现场时仍具备高可靠性。不论组屏或分散安装均不需加设交、直流输入抗干扰模块。面板上包括液晶显示器、信号指示灯、操作键盘、RS-232 调试通信口等。
3.1 机箱结构
装置的外形如图 3-1 所示 （尺寸：600*500*225 高*宽*深）
实物图
前视
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俯视
侧视
图 3-1 外形尺寸
3.2 主要板卡
本保护装置由以下模块构成：励磁控制器、功率组件。
3.3 励磁控制器之CPU 板
GK1102型工业控制板以高性能ARM芯片作为主控器件，主要针对电厂复杂的电磁环境设计，具有结构简单，运行稳定，功耗低、运行效率高等特点。GK1102型工业控制板主要有以下特点及参数：
（1）CPU：32位ARM，主频72MHZ，90 DMIPS 256K Flash 48K RAM； （2）AD采样，4路交流电压信号（0-150V/0-400V），4路交流电流信号（0-5A/0-1A）,2路外接模拟量信号（-10V-10V AC/DC）；
（3）数字可编程开入：12路（12-36V DC，其中4路可作为高速计数器及测频）； （4）可编程数字开出：8路；
（5）PWM输出口：6路（可作为脉冲输出及PWM输出，具有刹车功能） （6）通讯： 1 路RS232接口，波特率可达1M bps 1 路RS485接口，波特率可达1M bps
1路CANBUS接口，波特率可达1M bps 宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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所有串口可编程。 （7）具有实时时钟，带闰年补偿。 （8）供电：DC24V <3W。 （9）使用温度：-10-50℃。
GK1102示意图
12345678910111213141516171819202122232425266667一般采用三角形接法BOOT64SWD6527282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263
定义说明 编号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
电压输入A*
交流电压采样A相
电压输入An 电压输入B* 电压输入Bn 电压输入C* 电压输入Cn 电压输入D* 电压输入Dn 数字开出公共端
交流电压采样B相
交流电压采样C相
交流电压采母线电压
数字开出公共
所有数字开出为
交流电流信号0-150V
或
定义
功能
备注
0-450V，订货需说明
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10 11 12 13 14 15 16 17 18
数字开出公共端 数字开出1 数字开出2 数字开出3 数字开出4 数字开出5 数字开出6 数字开出7 数字开出8
数据波特率最
20 485A 21 485GND 22 CANH 23 CANL 24 232TX RS232通讯接
25 232RX 口
26 232GND 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38
交流电流输入An
转子电流A相
交流电流输入A* 交流电流输入Bn
转子电流B相
交流电流输入B*
信号为0-5A或
交流电流输入Cn
转子电流C相
交流电流输入C* 交流电流输入Dn
定子电流
交流电流输入D* 模拟量输入1 模拟量输入1 GND 模拟量输入2 模拟量输入2 GND
模拟量输入通
模拟量输入范
道1
围
模拟量输入通
AC/DC
道2
为
-10-10V
0-1A，订货需说明
交流电流输入大为1M
数据波特率最
CANBUS通讯接口
数据波特率最大为1M
485通讯接口
大为1M
数字开出型号（低电平） 端（负）
公共端为负，开出光电隔离，可接受12-36VDC电源，开出公共端为负，即所有开出信号为低电平，输出电流可达1A。
19 485B 宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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39 PWM1（+A） 40 PWM2（+B） 41 PWM3（+C）
PWM输出
42 PWM4（-C）
所有脉冲输出光电
43 PWM5（-B） 44 PWM6（-A） 45 PWM VCC 46 PWM VCC 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63
数字开入1路 数字开入2路 数字开入3路 数字开入4路 数字开入5路 数字开入6路 数字开入7路
数字开入
数字开入8路 数字开入9路 数字开入10路 数字开入11路 数字开入12路 数字开入公共端 数字开入公共端 接地 电源负 电源正
设备供电
供电为24V 或12V订货需说明，供电功耗小于3W。
主要用于配置程序的引导方式，当
64 BOOT 程序引导配置
跳线接上时，程序正常运行，当跳线断开
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PWM输出为正信号，公共端为正，接受12-36V电压，
隔离。输出电流50mA(外部需加驱
PWM公共端（正）
动)
数字开入接受电平范围为18-36V DC，公共端为负，即开入信号为高电平，开入信号光电隔离。
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时，用于程序的更新（RS232口，通讯方式更新）
用于连接仿真
65 SWD 66 RS485匹配电阻 67 CANBUS匹配电阻
3.4 智能液晶显示屏
励磁控制器的主要功能大部分由管理机进行管理，管理机的操作主菜单包括：“模拟量”、“标幺量”、“开关量”、“方式设置”、“实验”、“参数设置”、“AD校正”和“记录”如图3－4所示。
系统仿真口
器
图3－4 管理机主画面图
三种起励方式：
起励方式设置
起励方式由管理机“方式设置” 主菜单中的“起励方式”框选择设置。可以分别设置为“恒机端电压”、“恒转子电流”和“跟踪系统电压”三种方式。微机上电后处于等待状态，当接收到开机令和检测到95%转速的频率信号，则按事先选择的起励方式自动起励。微机上电时自动设置起励方式为100%额定定子电压。
在自并励方式或带直流励磁机励磁方式下一般可残压起励。如果发电机残压太低，则宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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可控硅智能整流器 说明书 自动投入外界起励电源助磁，如果经10秒钟后起励未成功，则报起励失败信号并停发触发脉冲。由运行人员检查起励回路及可控硅整流电源。再次起励前，需按“逆变”按钮清除起励失败标志，再按“起励”按钮进行起励操作。
在调试中进行起励试验，可按面板上的“起励”按钮。
恒机端电压起励
这种起励方式是将我们所需要的机端电压作为起励给定值，机组转速达到额定后，如果给励磁控制器起励命令，系统不断地将机端电压与给定值进行比较，最终将机端电压调节到设定值，并保持恒电压运行方式。恒机端电压起励方式的缺省给定值为100%Ug，即选择恒机端电压起励方式后，如不调整给定值，机组将按100%机端电压起励。但我们可以通过管理机分别按“10%”、“50%”、、“80%”和“100%”五种给定起励。因此，这种方式特别适合发电机递升加压和空载特性试验。
恒转子电流起励
这种起励方式是将我们所需要的转子电流作为起励给定值，机组转速达到额定后，如果给励磁控制器起励命令，系统不断地将当前转子电流与给定值进行比较，最终将转子电流调节到设定值，并保持恒转子电流运行方式。恒转子电流起励方式的缺省给定值为10%Ifn，即选择恒转子电流起励方式后，如不调整给定值，机组将按10%转子电流起励。但我们也可以通过增、减磁按钮改变给定。恒转子电流起励方式与机端电压无关，因此，这种方式特别适合发电机做短路试验或发电机短路干燥（必须做相应的措施）以及当PT测量回路故障又必须开机的情况。
跟踪系统电压起励
这种起励方式是将系统电压作为起励给定值，当励磁控制器收到起励命令后，系统不断地将机端电压与系统电压比较，最终将机端电压调节到与系统当前电压一致。显然选择这种起励方式后，起励给定值是不能调整的，但可以达到发电机快速并网的目的。
五种运行方式：
运行方式的设置与人工转换：
运行方式由管理机“方式设置” 主菜单中的“运行方式”框选择设置，按“确认”按钮后命令下传进行人工运行方式转换。运行方式可以分别设置、转换为“恒机端电压运行”、“恒励磁电流运行”、“恒无功功率运行” 、“恒功率因数运行”和“恒触发角运行”五种方式。
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恒机端电压运行
这种运行方式是以机端电压为调节对象，即始终维持机端电压为恒定。因此，励磁控制器在运行中不断地采集发电机端电压并与给定值比较，从而计算出调节误差，确定出相应控制量以保证发电机电压与给定值相等。在这种运行方式下，发电机的无功负荷会随着系统电压变化而变化，系统电压升高则发电机无功减小，系统电压降低则发电机无功增大。发电机转子电流也会随电压调节而变化。
恒转子电流运行
这种运行方式是以发电机转子电流为调节对象，即始终维持发电机转子电流为恒定。因此，励磁控制器在运行中不断地采集发电机转子电流并与给定值比较，从而计算出调节误差，确定出相应控制量以保证发电机转子电流与给定值相等。同样，这种运行方式发电机的无功负荷会随着系统电压变化而变化——系统电压升高发电机无功减小，系统电压降低发电机无功增大。这种运行方式控制增量与机端电压无关，因而没有强励功能。
恒无功功率运行
这种运行方式是以发电机无功为调节对象，即始终维持发电机无功为恒定。励磁控制器在运行中不断地采集发电机定子电压和定子电流并计算出无功与给定值比较，从而计算出调节误差，确定出相应控制量以保证发电机无功与给定值相等。这种运行方式发电机的机端电压会随着系统电压变化而变化，系统电压升高发电机电压就高，系统电压降低发电机电压降低。同样这种运行方式控制增量与机端电压无关，因而也没有强励功能。
恒功率因数运行
这种运行方式是以发电机功率因数为调节对象，即始终维持发电机无功功率与有功功率的比值为恒定。励磁控制器在运行中不断地采集发电机定子电压和定子电流并计算出无功功率与有功功率的比值与给定值比较，从而计算出调节误差，确定出相应控制量以保证该比值与给定值相等。这种运行方式发电机的机端电压会随着系统电压变化而变化，系统电压升高发电机电压就高，系统电压降低发电机电压降低。同样这种运行方式控制增量与机端电压无关，因而也没有强励功能。
恒触发角运行
这种运行方式是以给定的触发角运行，属于开环控制，与系统无关。这种方式适用于阳极电压恒定的他励方式，可以用作系统静态调试、备励等工况，但不能用于闭环系统，否则系统是不稳定的。
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运行方式的自动转换
发电机在空载运行时，用机端电压方式起励和跟踪母线电压起励方式起励后励磁控制器均保持在恒电压方式运行，只有恒转子电流起励后励磁控制器才在恒转子电流方式运行。但是无论空载在何种方式运行，发电机一旦并网，只要无“限制”信号和相应故障信号，励磁控制器就会自动转换到恒电压方式运行。
当出现PT断线故障、功率柜故障后自动转换到恒转子电流运行。PT断线故障恢复后，再自动转换为断线前运行方式。这是因为PT断线后，电压采样将会降低，如不转换到恒转子电流运行势必会引起误强励。
当励磁系统发出无功过载和欠励限制动作信号时，系统将会自动转换到恒无功运行方式，当限制信号解除时，会自动恢复到以前的运行方式。
当系统由于某种原因，强励限制动作，励磁控制器也会自动转换到恒转子电流运行方式。同样，强励限制消除后，系统会自动恢复到以前的运行方式。
控制方式在线转换：
IES微机励磁控制器具有P、PI、PID、PID+PSS、线性最优控制等5种控制方式，系统上电时根椐用户的要求可以自动设置为其中的任意一种控制方式。
控制方式由管理机“方式设置” 主菜单中的“控制方式”框选择设置，按“确认”按钮后命令下传进行人工控制方式转换。
试验功能
为方便机组检修试验，GK1102为用户开放了完善的试验功能，由检修人员操作完成。在管理机操作主菜单的“口令”中键入口令后进入完整操作主画面，点击“试验”主菜单后，可进入试验选项。
试验选项包括“空载实验”、“PSS试验”、“AD校正”、“负载实验”和“起励试验”。
起励试验：
起励试验适用于机组检修后的开机升压试验，为保证机组的安全，通常的起励升压过程由低至高渐进完成。因此，起励试验设置了25%、50%、80%和100%四个起励运行点。该试验仅在机组停机等待状态时有效，机组起励成功后自动闭锁。
阶跃试验：
阶跃试验是检验控制器运行控制性能的可靠而有效的手段。因此IES设置了＋10%、－10%、＋20%、－20%额定定子电压的阶跃响应试验。该试验仅在空载条件下开放，在负宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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可控硅智能整流器 说明书 载情况下自动闭锁。
试验：
励磁控制器为电力系统提供正阻尼是提高现代电力系统稳定性的重要手段之一。PSS即“Power System Stabilization”的英文缩写，IES在PID＋PSS设有±1%、±2%、±3%、±4%和±5%额定定子电压的阶跃响应试验。试验目的是检验控制器控制稳定性性能。该阶跃响应试验同时还对空载开放。
限制试验：
IES设有五种励磁功能。为检验这些限功能是否正确，因此设置了其中的四种限制试验，包括“欠励限制”、“过励限制”、“V/f限制”和“强励限制”。在限制曲线画面中可以在线实时修改各种整定限制参数。
控制参数调整
前面介绍了限制参数的整定方法。为了得到最优的控制性能，IES还设置了控制参数的调整功能。
控制参数调整由检修人员操作完成。在管理机操作主菜单的“口令”中键入口令后进入完整操作主画面，点击“参数设置”主菜单后，可进入控制参数调整选项。IES中可调整的参数包括：（1）PID控制参数；（2）PSS控制参数；（3）限制保护参数；（4）AD采样系数；（5）其它参数；（6）Flash 固化；参数的调整必须在专业人员的指导下进行。否则可能导致严重后果。
PID控制参数
。 PID控制参数包括运行方式放大倍数（Kv、Kif）和状态变量放大倍数（Kp、Kd）
PSS控制参数
PSS控制参数包括隔直环节时间常数Tw1-Tw3、超前环节时间常T1~T9和PSS放大倍数Ks1-Ks3。
其它参数
包括调差系数、过电压保护设定值、最大转子电流设定值，起励角,AD系数等。
Flash 固化
调整后的参数可以在机组停机状态下固化到主GK1102板的EEPROM中，以保证调整后的参数在停电后仍然有效。
逆变灭磁
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三相全控静止励磁的最大优点是能够逆变灭磁。所谓逆变是指三相全控整流桥的控制角大于90°、小于180°，此时整流桥输出的平均电压为负，将直流电能变为交流电能，并反馈回到交流电网中去。在全控桥励磁系统中，利用逆变原理可将贮存在发电机转子线圈中的磁场能量变换为交流电能并馈回交流电源，以迅速降低发电机的定子电势，实现逆变灭磁。在IES中逆变角设为120°。
发电机处于空载运行状态，如需要手动逆变，可按面板上的“逆变”按钮。如果发电机已并网运行，则自动封锁“逆变”按钮，“逆变”按钮无效。
发电机处于空载运行状态时，以下两种情况将自动逆变： 1、检测到“停机令”； 2、发电机频率低于40Hz。
3.5 功率组件
KLF的功率组件采用国内优质厂家可控硅模块，控制电流低于100A，采用自冷工作模式，大于100A采用强迫风冷模式；
4.装置功能 4.1 励磁限制
励磁限制对发电机组及励磁系统的安全运行具有重要意义。IES微机励磁控制器设有五种励磁限制：(1) 瞬时/延时过励磁电流限制；(2) 无功过载限制；(3) 欠励限制；(4) 空载V/F限制；(5) 功率柜故障分级励磁电流限制。 瞬时/延时过励磁电流限制
瞬时/延时过励磁电流限制通常称为强励限制，励磁系统强励的原因大部分是由发电机及其相联系统发生短路故障，励磁系统为保证系统稳定和继电保护可靠动作自动强行励磁所致。设置这一限制的目的是防止励磁绕组较长时间过电流而过热。限制曲线按发热量大小作成反时限特性，并考虑当电力系统中发生短路，应保证机组强励到顶值，不受限制，反时限特性的设计曲线示意图如所示。实际限制参数根据电厂要求设定。
过励倍数
2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 30 60 90 120 t(s) 宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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瞬时/延时过励磁电流限制曲线
设定当励磁电流小于或等于额定励磁电流的1.1倍时不限制；当励磁电流超过1.1倍时，则经过相应的延时后立即限制到1.1倍额定励磁电流运行。 无功过载限制
无功过载限制通常又称为过励限制，设置无功过载限制的目的是防止人为或计算机监控系统自动增加无功过多。以致于定子电流过大造成过热。无功过载限制线示意图如图所示。实际限制参数根据用户要求设定。
无功过载限制只针对增磁操作出错时限制无功增加过多。当电力系统发生短路，系统电压降低，这时机组送出的无功不受限制，以支援电力系统。
Q（标么） 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 ( a ) 过励限制 0.2 0.0 -0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 P（标么） -0.4 ( b ) 欠励限制 -0.6 -0.8 -1.0 欠励限制及过无功限制曲线 欠励限制
设置欠励限制的目的是防止人为或计算机监控系统自动减小无功过多。以致于电磁功率过小造成发电机失步。欠励限制由软件实现，整定值可在线修改。限制线示意图如图3-3(b)所示。实际限制参数根据用户要求设定。
欠励限制线以上，无功过载限制线以下，有功限制线（由调速器设定）以左围成的区域（参看图），为机组P、Q安全运行区。 伏/赫限制（V/f限制）
设置伏/赫限制的目的是防止机组在低转速下运行时过多地增加励磁，以致发电机电压过高，铁芯磁通密过大。同时可作为主变压器的过磁通保护。
其基本原理是通过软件在低速区间（40～47HZ）使 V（标么值）/f（标么值）=常数
常数值根据要求设置，本控制器取为1.1，即在低转速区间铁芯中磁通密度最高限制到110%，以防过热。
程序设定f在47.5HZ以上不限制，f ≤45HZ，自动逆变灭磁。机组并网后V/F限制无效。限制曲线如图所示。
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V (标么) 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 40 46 47 48 49 50 f（Hz）
V/f限制曲线
功率柜停风或部分功率柜退出时限励磁电流
当功率柜部分退出或停风，由主控制板判断是否发出限负荷信号，一旦满足限负荷条件，立即向微机发出限负荷命令，微机将励磁电流最大值设置为额定励磁电流的1.1倍，不再有强励功能。
4.2 励磁保护
为保证机组的安全和、稳定和可靠运行，GK1102设有六种保护功能：（1）空载过压保护；（2）测量PT断线保护；（3）同步回路断线保护。（4）相序保护；（5）起励过程保护；（6）脉冲检测及保护 空载过压保护
发电机定子及其相连系统设备的绝缘水平是一定的，机组在空载运行过程中，如定子电压超过一定的水平（GK1102中设定为1.2倍的额定定子电压），GK1102将自动逆变以保证它们的安全，并报警和指示。 测量PT断线保护
GK1102设置该保护的目的是排除机组运行过程中发生励磁PT或仪用PT断线的误强励事故，以保证机组继续平稳运行。其实现原理是在线机检测到PT断线故障后，将恒电压运行方式自动转换为恒励磁电流运行方式，同时快速切换至另一正常通道并报警指示。
同步回路断线保护
GK1102设置该保护的目的是排除机组运行过程中，由于同步变压器原方或副方发生一相断线故障，机组出现误强励或失磁的事故。 相序保护
GK1102实时检测PT的相序，当检测为逆序时，励磁功能将被屏蔽，并开出逆序信号，以免错误的相序引起误强励。 起励过程保护
起励过程保护是在起励的过程中实时检测机端电压及控制角的关系，当出现异常时，停止起励操作，同时封脉冲，用于防止错误的外部接线而引起过压或误强励。 脉冲检测及保护
GK1102采用交流采样实时检测每个可控硅的电流，从而判断是否有掉脉冲或可控宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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可控硅智能整流器 说明书 硅或快荣是否存在问题。
4.3 自动跟踪
为保证微机间相互切换（自动或手动）平稳、无冲击扰动，装置设有自动跟踪功能。非在线机的给定值跟踪本机的运行方式测量值；非在线机的控制角α自动跟踪在线机的控制角。 4.4 在线机切换
GK1102励磁系统是1个冗余系统，通道Ⅰ和通道Ⅱ是完全冗余的，也就是说它的硬件、软件、功能完全相同。同时，两通道还有各自独立的手动通道，即采用恒转子电流运行方式的通道。
正常时，只有1个通道在线工作，其它3个通道均处于热备用状态。通道Ⅰ和通道Ⅱ套之间没有优先级别，先上电者在线工作，除非人为切换。手动通道为低等级通道。
在运行过程中在线机接受操作调节命令，并发出相应控制量、控制命令及故障信号；非在线机在运行中，始终跟踪系统参数（给定值等于实际值，由于给定值采用标么值，因此在不同运行方式下给定值是不相同的），并接受在线机通过CAN通讯口（或485通讯口）传送来的控制角及相关控制参数。
GK1102励磁控制器通道切换是用硬件方式实现的。由于在双自动通道中采用两套独立PT，分别供给Ⅰ、Ⅱ套电压信号，所以当PT断线后双机之间会自动切换。由于非在线机总是在自动跟踪系统实际参数并接受在线机的控制角，因而这种双机切换是无扰动的。
工控机自检出故障后也通过软件发出通道切换命令，见2.3.2(1)，这种软件切换仍然通过相应硬件来实现，因此十分可靠。
无论何时，只要非在线机处于正常工作状态均可进行手动切换，甚至直接将在线机停电，让其切换。同样这种切换是无扰动的。 5.主要性能指标
自并励残压起励：
100%残压起励，超调量不大于5%、振荡1次，起励时间可调； 自并励逆变灭磁：
灭磁时间小于3s，灭磁过程稳定可靠、无颠覆； 机端电压手动调节速度： 0.5%—1%Ugn/s； 电压/频率特性：
频率每变化1%，机端电压变化不大于额定值的±0．10%； 10%阶跃响应：
无超调、无振荡，调节时间小于1s； 发电机端电压静差率：0.1%； 发电机调压精度：0.2%； 发电机甩额定负荷：
电压超调10%，振荡一次，调节时间小于2s； 可控硅控制角移相范围：
软件设定，15 — 150可调； A/D转换分辨率：2−12 调差率：
0 — ±30%可调； 宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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可控硅智能整流器 说明书 机端电压手动调节范围： 空载：10% — 115%可调； 负载：70 %— 110%可调。 励磁电流手动调节范围： 空载：5% — 65%； 负载：30% — 110%。 发电机无功手动调节范围： -80% — 130% 励磁系统响应时间：
34mS----电力系统短路到强励顶值总时间。
6.使用环境
使用地点的海拨高度不大于3500米。 环境温度为-20～40℃ 环境相对湿度≤90％；
装置周围环境应保持干燥、清洁、通风良好，无爆炸、腐蚀性气体，所含导电尘埃的浓度不应使绝缘水平降低到允许值以下。
7.应用范围
KLF励磁调节装置适用于各种方式的可控硅励磁系统，适用最大到1000MW的各种容量机组的励磁系统。具体适用的励磁方式如下：
1) 自并励励磁系统
2) 两机他励可控硅励磁系统 3) 三机励磁系统 4) 无刷励磁系统
5) 直流励磁机励磁系统 6）同步电机励磁系统
8.励磁控制原理
励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分，直接控制同步发电机磁场电流，从而控制同步发电机的电势，所以它还间接控制发电机的端电压、无功功率、功率因素和定子电流等参量。由于大型机组的这些参量直接影响系统的运行状态，因此在某种程度上也可以说，励磁控制器也控制着系统的运行状态，特别是系统的稳定与励磁控制方式密切相关。
发电机自并励励磁系统一般由励磁控制器、可控硅整流单元、灭磁及过电压保护单元、起励单元和励磁变压器等5部分组成。这5部分以一定的设计参数进行有机的结合，构成一个性能满足一定要求的励磁系统，其相互联接关系如图2-1所示。
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图2-1 励磁系统组成单元及相互联接关系
图2-2 他励静止硅整流器励磁系统原理接线图
其中励磁控制器是励磁控制系统中实现发电机电压调节、无功功率分配和系统稳定功能的核心部分；励磁变压器经电压变换，为发电机励磁控制系统的功率单元提供功率电源；可控硅整流器是由AVR控制，保证发电机各种工况运行的功率部分；起励单元为发电机提供初始励磁；灭磁及过电压保护是在发电机及其系统出现故障的情况下快速切除故障的保护单元，灭磁控制由发电机保护装置完成。
图2-2为他励静止硅整流器励磁系统(三机励磁系统)的原理接线图。G1为发电机，G2为交流励磁机，G3为交流副励磁机。IES励磁控制器根据发电机运行工况的变化改变可控硅的控制角α，以改变G2的励磁电流和输出电压，而G1的励磁电流由G2的输出经硅整流装置D1整流后通过滑环引入，从而起到调节发电机G1励磁电流的作用。 8.1 发电机励磁控制系统的作用
在稳态运行时：
维持发电机的机端电压在给定水平； 合理分配并联运行发电机的无功功率；
提高发电机的静稳极限和输电线路的功率传输能力。 在暂态过程中(大干扰时)： 抑制发电机切负荷时的电压升高。 提高与之相联电力系统暂态稳定性。
8.2 励磁反馈控制原理
如图2-3所示，励磁控制系统是一个闭环控制系统，其反馈控制通过以下过程来实现：首先励磁控制器的测量单元检测PT输入信号从而获得发电机的机端电压Vt， 然后将Vt宜昌邦卓科技有限公司 E_mail：bon_zeal@163.com
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可控硅智能整流器 说明书 与给定电压Vr相比较获得电压差值ΔV=（Vr-Vt），该电压差ΔV经综合放大环节后得到控制电压Vc。
图2-3 自并励静止硅整流器励磁系统原理接线图
如果由于扰动使发电机机端电压Vt上升一个小的值，那么电压差（Vr-Vt）将减少，经综合放大环节后得到控制电压Vc也将减少，使得α增大，经可控硅整流后使得发电机的励磁电压Vf减少，使得发电机的机端电压Vt下降，从而抵消了发电机的机端电压Vt上升的扰动。因此励磁反馈控制可以维持发电机的机端电压Vt的恒定。
如果由于扰动使得发电机的机端电压Ut下降一个小的值，那么类似以上分析一样能得到相同的结论。
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