| 用SIMADYN D控制器改造动态无功补偿系统 |
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| 2001-04-28 |
1、前言
随着可控硅控制技术及计算机技术的应用，电力系统无功补偿技术取得了很大的发展。在使用电弧炉、轧钢机等无功功率波动较大的场合，经常采用静止型动态元功补偿装置，用以提高供电系统的稳定性，抑制供电系统的过电压和谐波，改善其动态特性，提高供电系统的功率因素。武钢热轧厂元功补偿系统已运行二十多年，其控制单元及功率单元中部分元器件已出现老化，导致设备事故增加，影响了生产。有必要利用先进的计算机控制技术及电力电子技术对其控制系统进行改造。
2、可控硅功率装置的改造
 以前的可控硅体积大，不如现在的轻便，当可控硅需要更换时相对而言要困难些。现有的脉冲功放板与SIMADYN D控制器在配套衔接上比较困难。现用的电气柜及柜内元件看上去都比较陈旧。对功率装置进行改造，保留原整流变压器不变，新、老系统之间的切换如图1所示，用交、直流接触器完成，这种办法的好处是，当一套系统运行时，另一套系统完全与电源相隔离，便于检修。
3、SlMADYN D控制器
SIMADYN D控制器成功地用于国内外多套大型可控硅交、直流调速系统。控制器由机箱和模块组成，用户可根据不同的控制要求灵活选定相应的模块来构成相应的控制系统。开发软件为STRUC G，运行在SCO UNIX环境下，可提供大量而丰富的功能模块，用以完成I/O检测、逻辑控制、数字运算、开/闭环调节、系统诊断等功能，给系统设计和软件编制带来极大的方便。
3.1机箱
机箱是SIMADYN D的硬件基础，用于插装各种模板，并可提供一或两个内部通讯总线，以实现模板之间的内部通讯，机箱内带有向模板供电的电源，电源机箱共有二槽、六槽、十二槽、二十四槽四种机箱可供选择。本系统采用一套SR12.3十二槽机箱。
3.2微机板（CPU）
微机板是SIMADYN D中最重要的硬件板，用于全部系统软件及应用软件的存储和运算，依据微机板所使用的微处理器的不同，微机板可分为两大类，即32位微机板（P32）及16位微机板（P16）。目前，32位微机板主要有PM4，PM3，阳、32，16位微机板主要有PM16、阿20M及PT20G，在一个机箱中，只要插槽位置足够使用，最多可同时插入8块微机板，32位微机板可与16位微机板在同一机箱内混合使用，每一种微机板自带接口，输入输出口及所能实现的控制功能均有不同，可依具体应用选用。
 本系统机箱内插PG16CPU一块，该CPU为16位处理器板，可完成开/闭环控制、各种运算，与功率单元连接构成可控硅控制系统，内存容量512K RAM，用于存放实时数据，可插MS48512K FUSEf存储器子模块，用于存放用户程序；板上带有RS-485串行接口；有与外围连接的I/O接口，可接数字量输入/输出、模拟量输入/输出和脉冲译码信号；七段数码显示器用作故障和错误码显示，板上带有复位按纽。在本系统中归20G CPU完成电流调节控制、脉冲的产生及形成。
本系统机箱内还选用PM4微机板一块，该CPU为32位处理器板，可完成开/闭环控制、各种运算，内存容量4M RAM，用于存放实时数据，可插MS5 2M FLASH存储器子模块，用于存放用户程序；板上带有RS-485串行接口；有与外围连接的I/O接口，可接数字量输入/输出；七段数码显示器用作故障和错误码显示，板上带有复位按纽。在本系统中PM4微机板完成加法器、滤波器、无功调节器、抗浪涌调节器、PID调节器及多回路比较器的功能，并且完成与OP2操作面板通讯的任务。
SE20.2为接口板，实现功率变换装置和微机板的连接，接口板SA60连接同步信号。
3.3输入/输出板
输入输出板用于过程信号及监测信号的输入或输出，与外部的继电器和执行机构等相连，目前，主要的输入输出板有EM11、EB11、IT41及EA12可供选用。本系统选用IT41数字量/模拟量输人/输出板二块。每块IT41可连接4路模拟量输入、4路模拟量输出、20个数字量输入、16个数字量输出。
3.4通讯板
通讯板用于SIMADYN D与其它设备或系统的通讯，以及其它SIMADYN D系统之间的通讯，通讯协议有USS、SINEC U-DKL2-FMS及SINEC HI。SIMADYN D在上述通讯网中既可作为主站，又可作为从站使用，目前主要的通讯板有：CS12、CS13、CS14、CS22、CS61、CSH11及CS7可供选用，如使用CS7通讯板，一定要附加通讯子板，目前，共有三种子板可供选用：SS4、SS5、SS520本系统选用CS7通讯处理板，CS7通讯板内装有SS4通讯子板二块；一块SS4通讯子板用于连接OP2操作面板，另一块接编程器。
3.5OP2操作面板
OP2操作面板用来手动设定Isin*************给定信号、抗浪涌调节器的手动设定值、电流偏置信号。通过OP2操作面板，操作人员还可设置系统的时间，选择操作方法等等。
3.6STRUC G软件
选用目前功能最强的编程软件，其特点在于所有编辑工作均为图形化，且包容量大。STRUC G包括了以下软件：基于SCO UNIX3.0版以上操作系统、对所有微机板的图形编辑软件和表格形式的编辑软件IBS G，基于Windows3.1的服务软件RCOP4.2和IBS。
主要功能包括：
※用于开闭环控制、通讯及数学逻辑运算的控制软件
※用于确定硬件配置的系统软件
※用于启动、在线调试及诊断的服务软件控制软件选用SIEMENS公司提供的功能块（FB），主要有：
※闭环控制功能块
※大功率直流传动控制功能块
※数学运算功能块
※逻辑运算功能块
※输入输出功能块
※通讯功能块
※信号转换功能块
※诊断服务功能块
这些功能块是SIEMENS公司在各种工程应用中的结晶，完全可以满足本系统的要求。
4、控制系统功能
控制系统功能框图见图3。
4.1元功电流检测器
无功电流检测器是本系统最主要的单元之一，本次改造将肝、CT信号经隔离后直接送人SIMADYND，在软件中完成Isin 的计算。算法采用原算法。
4.2激磁电流检测
电流信号从主回路中分流器上取出，经一隔离放大器送给SIMADYN D控制器。隔离放大器为新选产品。
4.3电压检测
电压信号从可控硅整流桥的直流侧经分压电阻取出，通过隔离放大器送给SIMADYN D控制器。
4.4保护
为了保证系统可靠运行，防止事故发生，设计了机内保护和机外保护，所谓机内保护即是由软件实现的保护，机外保护是由各种继电器实现的保护。
机内保护有：
※缺相
※相序错
※主回路过压
※主回路过流
机外保护：
※快熔熔断检测以及过压保护。
4.5元功调节器
它将设定的无功电流信号与实际的无功电流相综合后送给抗浪涌调节器。
其输入信号来自无功调节器的输出，输出信号送往电流调节器。它将输入信号和输出信号相比较，如果两信号的差值超出允许的范围，则将其积分时间常数从1秒切换为0.01秒。
4.6电流调节器及脉冲产生
电流调节器将设定电流偏置信号与浪涌调节器的输出信号相综合后送给PI调节器。
在PI调节器上完成励磁电流实际值与给定值的综合处理。脉冲单元控制触发脉冲的相位。脉冲由软件产生。
4.7PID调节器
对实际电流信号进行处理，处理的结果送给多回路比较器。
4.8多回路比较器
比较的结果用于控制多个信号继电器。
4.9数字量输入、输出点
数字量输入、输出点用于与外围设备联锁及控制。
4.10模拟量输入点
六个交流量，5V AC，50HZ，分别为R相电流、S相电流、T相电流、RT线电压、四线电压、SR线电压；二个直流量，DC10V，分别为激磁电流、激磁电压。
4.11模拟量输出
R相元功电流、S相元功电流、T相元功电流。
4.12OP2送往SIMADYN D的信号
Isin给定、手动调节值、手动调节选择、电流偏置设定值、多路比较基准值。
5、结束语
SIMADYN D控制器是一种功能齐全、多CPU并行运行的、性能稳定的控制器，适用于快速、复杂的控制任务。将该控制器用于电网的动态元功补偿，选择两块CPU并行运行、完成无功电流计算、控制、逻辑联锁、操作及显示的方法是行之有效的。
摘自：《自动化信息》2001.2
产品配置:
SIMADYN D控制器、无功调节器、
适用领域及情况:
电力系统 |
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