发电机励磁的PLC控制应用研究与实现

摘 要：当前工业生产的水平在不断的提高，同时PLC很多领域都得到了较为广泛的应用，在电力行业尤其如此，此外，由于社会需求的不断变化，PLC技术也在这一过程中产生了较为明显的变化，发电机励磁PLC控制系统也逐渐出现在了很多领域当中，本文主要分析了发电机励磁的PLC控制应用。以供参考和借鉴。

关键词：发电机励磁；PLC；应用

当前电力系统的发展水平在不断的提高，发电机单片的容量也有了十分显著的提升，低发电机和与之相关的励磁系统在整个电力系统中发挥着越来越重要的作用，所以系统在运行的过程中一定要具有非常好的动态和静态性能，同时还能根据不同的要求去控制信号，系统并自身要具备很好的可靠性和安全性，不能频繁出现故障。

1 系统方案

可编程控制器在实际的工作中主要的功能是控制顺序，在运行的过程中模入和模出的速度都不是很快，但是励磁调节器在这一过程中刚好有很多的模拟量需要处理，这样就会使得PLC励磁装置在运行的过程中速度也偏慢，对PLC的应用效果展现出了较为不利的影响，所以在实际的工作中我们需要解决的是如何使用我们可得的PLC对系统进行更加科学合理的设置，同时还要在这一过程中更好的对系统的反应速度和接口形式进行有效的控制，从而也就提高了励磁系统响应的效率，此外还要在这一过程中及时的解决余弦移相及频率自动更正的问题，这样也就可以更好的满足发电机励磁控制的基本需要。

发电机电压和电流信号在经过一定的处理之后要传输到高速AD当中，这样就可以很好的实现发电机及励磁系统状态信息的采集工作，在这一过程中，开关量输入信号会直接和PLC的主机连接在一起，PLC控制器会按照控制和计算之后产生的相关信息传送出去，同时还要将控制输出转换成模拟量，直接传送到移相触发模块当中，这样也就可以产生一定的脉冲，传输到晶匣管整流桥当中，这样就可以很好的实现了对整流输出进行适当的调节的目的。此外在系统运行的过程中采用触摸屏当做是人机界面，状态和信号显示的过程中更加Dev生动直观，同时在参数设置上也更加的方便，数据的可信性和可靠性大大增强，在信息查询的过程中也更加的方便快捷。

1.1 测频测相模块

测频的工作原理如图1所示：

图1 测频的工作原理

其在运行的过程中将发电机的电压信号转换成方波的形式，同时在这一过程中还要由CPLD电路和平滑滤波电路共同对方波进行一定的处理，将方波的频率转化成响应的电压信号，同时将其传送给高速的AD模块，在这一过程中，输出的脉冲宽度处于相对较为固定的状态，我们将其设定为常熟t，在这样的情况下，V的大小就只和频率f的大小有关，所以我们就得到了以下的等式关系：

V=kf（1）

有了以上的数据作为基础，我们很容易就可以计算出频率，测相的工作原理如图2所示。

电子当中的定子电流信号在经过处理之后也转换成了方波的形式，同时还要由CPLD电路测量这一要素和电压方波信号之间的相位差，在其经过了平滑滤波处理之后直接输送到高速AD模块当中，这样就可以对发电机的功率因数角进行更加全面有效的测量，所以在这一过程中就有：

在等式当中T是信号的周期，周期的数值就是点击功率的倒数，由于发电机在运行的过程中，频率一般都设置在50Hz左右，同时频率变化的范围也十分的有限，所以我们就可以在实际的计算过程中将T看成是一个常数，所以就可以得到：

V=k？渍（3）

在测量出了发电机功率因数角之后就可以顺利的计算出发电机运行过程中的功率因数，之后再将其和测量得出的发电机电压信号和电流信号的具体数值进行详细的计算，这样就可以得到发电机的有功功率和无功功率。其计算过程满足：

P=UIcos ？渍Q=UIsin ？渍（4）

1.2 移相触发模块

在这一模块当中引入了频率修正的概念，这样也就保证了输出角率能够和控制电压一直保持在正比例的关系当中，从而也就减少了频率变化对整流桥输出电压所产生的不利影响，同时在这一过程中也引入了电压修正的概念，如果交流电压处于较高的状态时，控制角会自动增大，而交流电压处于较低水平的时候，就会适当的减小控制角，这样也就保证了整流桥输出的电压和控制电压成正比关系，但是不会受到电流侧电压的影响。

该移相触发模块分辨率高，使用频率信号范围宽，能在25～80Hz频率范围内正常工作，满足了水电机组的运行要求。并采用余弦移相技术以保证励磁系统在全工域内具有相同的放大倍数。

2 控制算法

在PLC励磁调节器中采用了自调整规则的模糊控制器，如图3所示。

图3 自调整规则的模糊控制器

控制量取决于输入量E（误差）和EC（误差变化），Ot。和Ol。为可调整因子，用来对误差和误差的变化进行加权，从而可根据误差大小和误差变化的大小来改变控制量，从而得到更好的控制效果。Kr，比例作用系数，Ku。为积分作用系数，为一小的时间常数，规则的调整采用解析规则。

3 实施效果

采用Siemens公司的高性能PLC控制器s7-300进行实现并已在某电站投入运行。2008年2月，对电机MEC-PLC微机静止励磁系统进行了全面的性能测试，测试项目包括自动建压、调压范围、10%阶跃、通道切换、运行方式切换、PT断线、自动灭磁、频率特性、低励限制、突甩负荷、整流桥均流测试和PSS试验等共15项试验。10%阶跃扰动试验，因采用了新型控制算法。

经试验，发电机励磁系统具有良好的动态特性，超调量9%（0.9%。），振荡次数0.5次，调节时间小于1s。其他主要结果为：调压精度0.1%；频率特性0.1%/Hz；零起升压超调量0%；振荡次数0次；调节时间5.32s；突甩负荷时超调量11.7%，振荡次数0.5次，调节时间1.7s；调压范围（10%～125%）U；均流系数0.97。

结束语

采用高性能通用可编程序控制器（PLC）作为硬件平台，研制了基于高可靠性的可编程序逻辑控制器（PLC）的发电机励磁控制器，并解决了测频测相与移相触发等PLC励磁控制器中的关键技术问题。同时将新型控制策略用于发电机的励磁控制，取得了较好的应用效果，受到了用户的欢迎和好评。发电机PLC励磁控制装置基于标准的模件，可提高国产励磁产品质量并减少故障率，也将减少电站的故障停机小时数，提高电力系统的安全运行水平。

参考文献

[1]马幼捷，邵宝福，周雪松，康文广.基于DSP的同步发电机励磁控制系统[J].电力电子技术，2007（10）.

[2]吕飞.发电机励磁装置的调试[J].东方企业文化，2012（20）.