基于PLC的同步发电机励磁调节器的研究

基于PLC的同步发电机励磁调节器的研究

摘要：当前我国的电力系统发展水平有了十分明显的提升，同时单机容量也有了非常明显的提升，而在这一过程中，远距离输电线路在这一过程中也明显增多，这也给电力系统运行的质量产生了非常重大的影响，所以必须要应用可靠性更高，功能性更强的励磁控制器，这样才能更好的满足当前的社会需求。而PLC技术是一种十分先进的技术，PLC同步发电机励磁调节器就可以很好的保证其运行的质量和水平，本文主要分析了基于PLC的同步发电机励磁调节器，以供参考和借鉴。

关键词：PLC；同步发电机励磁调节器；研究

用，还能够保证正常的电压和电流的供给，从而也就可以使得无功功率分配更
加的合理。这样一来也就使得继电保护动作的灵敏程度得到了十分显著的
提升。

1 PLC 励磁调节控制系统的优势
首先是其可靠性相对较高。PLC有其自身的工作方式和工作特点，同时其抗干扰能力也比其他方式更强，这样就可以有效的防止控制器励磁系统出现频繁的死机现象，其次是其结构更加的简单，PLC在应用的过程中具备十分明显的可靠性，同时其也不需要采用多个通道，逻辑操作也由PLC 完成，这样也就使得系统操作的过程中不容易出现一些失误。再次是

其智能化调节的功能具有十分强的灵活性。PLC在运算的过程中十分的迅速，控制命令也非常多，这样也就为智能化运作奠定了坚实的基础。此外，因为PLC在运行的过程中具备非常强的继电逻辑功能，所以它可以将很多功能结合在一起，系统运行的过程中可以实现更多的功能，此外灵活性也明显的增强。最后是PLC的网络建设十分强大，它能够和上位的机器实现通讯功能，同时，不同的PLC系统之间也能够水仙通讯的功能，因此其不会受到诸多因素的。

2 PLC 励磁调节器的硬件设计
PLC励磁调节器为双通道系统，包括通道Ⅰ――电压调节器（AVR）和
通道Ⅱ――电流调节器（AER）。调节器采用复励桥和可控硅桥在直流侧串
联自复励形式供给交流励磁机励磁。本系统采用无刷励磁方式，调节控制
拟量输入/输出单元、S7-200PLC主控单元、移相脉冲产生及放大单元。量
测适配器的输入量是机端电压PT信号，机端电流CT信号，励磁电流信号；
输出量是经过处理且适于PLC采样的信号以及降压后的PT信号和变换为
有功/无功变换器用于产生定子电流的有功分量Icos电压信号的CT信号。

φ和无功分量Isinφ。

图1 励磁调节系统原理
模拟量输入/输出单元是S7-200PLC自带的扩展模块EM235，它有4模拟输入、1 模拟输出，2W，12位。它主要采集变换后的模拟信号，如机端 、励磁电流（If）及有功、无功等模拟信号。将其传送到PLC电压（UG）

主机中经过运算处理后，由模拟量输出去控制移相脉冲单元。S7-200PLC主控单元是调节器的核心，它完成信号综合、给定值产生、PID运算、通道跟踪、保护等功能。

移相脉冲及放大单元接受来自PLC模拟量输出的控制信号产生移相脉冲，并经过脉冲放大去触发晶闸管。晶闸管的输出电压在励磁绕组中产生一定的励磁电流，从而来控制发电机的输出电压。此外，硬件系统还包括励磁电源、起励和灭磁等其它部分。

3 PLC 励磁调节装置的软件设计
励磁调节在应用的过程中主要是为了能够更加准确和科学的对同步
发电机一端的电压和无功功率进行控制，为了可以顺利的实现这一目标，
励磁电压一定要在运行的过程中迅速的对工况产生的微妙变化予以反应，
候不要出现较大的延时现象，其在能够对机端的电压进行适当的调整之外，
励磁调节器在应用的过程中一定要可以有效的发挥其、坚实和其他方
面的重要功能。

励磁调节器主要由两个部分组成，一个部分是电压调节通道，一个是电流调节通道，电压啊调节通道是PLC按照机端励磁的PT信号和内部软件所给出的信号差值，借助放大器的放大功能对其予以适当的调整，此外还要在这一过程中按照CT来的定子店楼信号检测出的无功分量进行有效的无功补偿工作，经由PID调节之后，控制电压已经能够从模拟量扩展模 块当中顺利输出，这样就能够对移相触发电路进行有效的控制，闭环调节

过程至此完成。

为了更好的保证发电机自身运行的安全性和稳定性，电压调节通道在设计的过程中设置了对最大励磁电流、定子电流和最小励磁电流，低励及V/F的功能，器在设计的过程中采用了PID的控制方式，其和电压调节使用的是同一个PID，也就是说系统在运行的过程中采用的是多变量单回路的PID调节器，事先设置还的逻辑运行程序就直接决定了PID在运行的过程中需要对哪一个对象进行严格的控制，电流控制器的正常运行也需要借助PLC应用软件，其主要是依据励磁电流量测量值和软件给出的信号差值，由PI根据实际的情况去进行适当的调节，这样也就起到了稳定电压的作用。

励磁控制系统在运行的过程中一定要保证调节器自身能够在较大的
中采用了积分分离PID算法，如果其自身的差值相对较大的时候，就应该
撤销积分，偏差不是很大的时候，就应该在这一过程中加入积分，这样就
可以有效的体现出积分所产生的积极作用，此外也使其自身的控制作用更
加的明显。

4 励磁系统仿真
同步发电机的暂态模型为：
定子绕组方程：
式中，vq为定子q 轴电压；vd为定子d 轴电压；Eq为空载q 轴电势； iq为定子q 轴电流；id为字子d 轴电流；rs为定子绕组等效电阻；x′d

为直轴暂态电抗；E′q为q轴暂态电势；x′g交轴暂态电抗；T′d0为定子绕组开路时励磁绕组的时间常数；T′q0为定子绕组开路时q轴阻尼绕组的时间常数；Tem为电磁转矩；2H为转动物体惯性时间常数；ωr为转子角速度；ωe为转子额定角速度；ωb为转子角速度基值；Tmech为驱动转矩（机械转矩）；Tdamp为阻尼转矩；Ef为励磁机产生的电势。

结束语
PLC 励磁调节器比传统的微控制器励磁调节器具有可靠性高、结构简单、智能化调节和控制灵活等显著特点。

参考文献
[1]闫晓坤.基于PLC的发电机励磁系统模糊控制器设计[J].电机与控
制应用，2008（1）.