本發(fā)明屬于自動控制領(lǐng)域，更具體地，涉及一種采用高速信號采集裝置的高冗余度勵磁系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、大中型發(fā)電機組需要較大的勵磁電流，而可控硅器件通流能力可能達(dá)不到要求，所以勵磁系統(tǒng)一般配置了多個功率柜并聯(lián)輸出，以降低對可控硅通流能力的要求。智能均流技術(shù)在每個功率柜配置了控制器，各智能功率柜在勵磁調(diào)節(jié)柜在線控制通道輸出的控制角基礎(chǔ)上疊加均流控制得到的本功率柜均流角后生成觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)智能均流功能。

2、在智能均流控制中，智能均流分為柜均流與管均流兩種，前者以智能功率柜輸出電流為控制對象，保證各功率柜輸出電流一致；后者以功率柜橋臂電流為控制對象，保證所有功率柜橋臂電流一致。通過采集的功率柜輸出電流和橋臂電流進行控制計算，并將生成的控制角通過光纖通信發(fā)送到智能功率柜的控制模塊，均流控制由各控制模塊執(zhí)行，得到各功率柜對應(yīng)的均流角，由各功率柜在控制角上疊加自身均流角，自行生成觸發(fā)脈沖，各智能功率柜的控制模塊輸出的觸發(fā)脈沖相位和寬度略有差異，均只供控制模塊所在的功率柜使用。

3、一種基于分布式控制的高冗余度勵磁系統(tǒng)(專利號201510571800.3)為智能功率柜增加了勵磁控制功能，在勵磁調(diào)節(jié)柜的2個控制通道全部退出運行后可以選擇智能功率柜中預(yù)置優(yōu)先級最高的作為在線控制模塊，協(xié)調(diào)所有智能功率柜按照恒陽極電壓方式運行，實現(xiàn)了2+n冗余，其中2是勵磁調(diào)節(jié)柜的2個控制通道，n是功率柜數(shù)量。但是2+n是不對等的，勵磁調(diào)節(jié)柜控制通道在爭奪在線控制權(quán)時具有高優(yōu)先級，智能功率柜不具備完全的勵磁控制功能，為低優(yōu)先級控制器，僅當(dāng)高優(yōu)先級控制器全部退出后才能爭奪在線控制權(quán)。

4、一種具備勵磁控制及調(diào)差功能的智能功率柜及其控制方法(專利號201810680844.3)通過外加數(shù)字式功率變送器的方式為所有智能功率柜提供了實時刷新的有功功率和無功功率信息，使智能功率柜具備了調(diào)差能力，可以在無功功率負(fù)載變化時使勵磁系統(tǒng)所在的發(fā)電機組與其他并聯(lián)的發(fā)電機組合理分擔(dān)無功功率負(fù)載。

5、但目前勵磁系統(tǒng)主要的運行方式是以三相定子電壓為控制對象的自動方式(恒機端電壓方式)和以勵磁電流為控制對象的手動方式(恒勵磁電流方式)，智能功率柜沒有直接測量三相定子電壓，不能實現(xiàn)自動方式，智能功率柜也沒有直接測量三相定子電流，不能計算有功功率、無功功率和角速度，pss(power?system?stabilizer)是勵磁系統(tǒng)輔助控制，主流的pss2b算法以有功功率和角速度為輸入，所以智能功率柜不能實現(xiàn)pss功能。其余限制保護中欠勵限制和過無功限制以無功功率為控制對象，強勵限制、負(fù)荷限制以勵磁電流為控制對象，定子過流限制以定子電流為控制對象，空載過壓保護、伏赫限制和pt斷線以定子電壓為控制對象，這些狀態(tài)量相關(guān)的限制保護功能對智能功率柜而言均無法實現(xiàn)。常規(guī)勵磁流程中起勵流程需要以三相定子電壓、勵磁電流或系統(tǒng)電壓為控制對象，電氣制動投入和退出流程需要勵磁電流為控制對象，智能功率柜也無法實現(xiàn)這些流程。這樣即使智能功率柜獲得了在線控制權(quán)，也只能維持當(dāng)前狀態(tài)，不適合長期運行。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：使智能功率柜在實現(xiàn)恒機端電壓方、恒勵磁電流方式、pss控制方式及欠勵限制、過無功限制、強勵限制、負(fù)荷限制、定子過流限制、空載過壓保護、伏赫限制、pt斷線保護、起勵流程時均具備2+n對等冗余度。

2、根據(jù)以上存在的問題，本發(fā)明提供一種采用高速信號采集裝置的高冗余度勵磁系統(tǒng)，包括與通信網(wǎng)絡(luò)連接的勵磁調(diào)節(jié)器和多個并聯(lián)的智能功率柜，勵磁調(diào)節(jié)器包括互為備用的兩套勵磁控制通道，每個智能功率柜配置一個獨立控制模塊，兩套勵磁控制通道通過通信網(wǎng)絡(luò)連接控制模塊，所述智能功率柜的控制模塊通過電流互感器和電壓互感器分別從本柜的三相陽極電源和輸出電流端、輸出電壓端采樣，并通過信號調(diào)制整形獲得三相陽極電壓、三相陽極電流、三相過零方波參考信號、功率柜輸出電壓和功率柜輸出電流，控制模塊的輸出端連接到本柜可控硅控制端；還包括高速信號采集裝置，高速信號采集裝置通過通信網(wǎng)絡(luò)連接所有控制模塊，所有智能功率柜的控制模塊之間采用光纖進行點對點互聯(lián)，控制模塊和勵磁調(diào)節(jié)器按照預(yù)置的優(yōu)先順序選擇優(yōu)先級順序最高的一個控制模塊或勵磁調(diào)節(jié)器取得在線控制權(quán)；

3、勵磁控制通道取得在線控制權(quán)時，勵磁控制通道得到的控制角通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各個智能功率柜的控制模塊，智能功率柜的控制模塊以通過信號調(diào)制整形獲得的三相過零方波參考信號為同步信號，按照所獲控制角生成可控硅全控整流橋觸發(fā)脈沖，實現(xiàn)勵磁控制；

4、控制模塊取得在線控制權(quán)時，取得在線控制權(quán)的控制模塊以接收自高速信號采集裝置實時刷新的狀態(tài)數(shù)據(jù)為控制對象，執(zhí)行勵磁控制算法，根據(jù)勵磁控制算法生成觸發(fā)脈沖到本柜可控硅控制端；

5、狀態(tài)數(shù)據(jù)包括：三相定子電壓、三相定子電流、有功功率、無功功率、角速度、系統(tǒng)電壓、勵磁電流，三相定子電壓和三相定子電流由高速信號采集裝置通過電壓互感器和電流互感器分別從被勵磁系統(tǒng)控制的發(fā)電機組的輸出電壓端和輸出電流端采樣，勵磁電流是由高速信號采集裝置通過電流互感器從各功智能功率柜的輸出電流端采樣得到的功率柜輸出電流的總和。

6、進一步，所述控制模塊還執(zhí)行保護流程控制程序，保護流程控制程序包括：pt斷線保護、伏赫限制、空載過壓限制、強勵限制、定子過流限制、欠勵限制、過無功限制。

7、進一步，所述勵磁系統(tǒng)配置2個高速信號采集裝置，每個高速信號采集裝置均與通信網(wǎng)絡(luò)信號連接；

8、一個高速信號采集裝置故障時對應(yīng)的控制模塊將狀態(tài)數(shù)據(jù)的來源切換到另一個高速信號采集裝置。

9、進一步，高速信號采集裝置根據(jù)儀用電壓互感器pt的三相定子電壓va1、vb1、vc1或勵磁電壓互感器pt的三相定子電壓信號va2、vb2、vc2，以及勵磁電流互感器ct的三相定子電流信號ia、ib、ic，計算定子電壓、有功功率、無功功率和角速度，高速信號采集裝置還通過電流互感器從各功智能功率柜的輸出電流端采樣得到的功率柜輸出電流的總和作為勵磁電流，并按照預(yù)置協(xié)議發(fā)送到所述控制模塊或其他設(shè)備；

10、在勵磁電壓互感器pt信號異常時判斷故障并將計算定子電壓、有功功率、無功功率和角速度的數(shù)據(jù)源切換為來自儀用電壓互感器pt的數(shù)據(jù)。

11、進一步，勵磁控制算法包括：智能均流控制，pss2b附加控制，恒機端電壓方式，或恒勵磁電流方式，或恒陽極電壓控制。

12、進一步，所述控制模塊之間采用光纖點對點通信，每個工頻周期交互一次狀態(tài)信息，包括定子電壓、pid控制中間狀態(tài)量、控制角、橋臂電流、功率柜輸出電流、開關(guān)量狀態(tài)以及模塊之間通信狀態(tài)；pid控制的中間狀態(tài)量用于實現(xiàn)在線控制權(quán)切換時控制輸出的無擾切換，各備用控制模塊均以在線控制的控制模塊的pid中間狀態(tài)量為基礎(chǔ)進行pid控制計算。

13、進一步，勵磁控制通道及各智能功率柜按照從勵磁控制通道的序號至智能功率柜的序號的升序排列預(yù)置在線控制優(yōu)先級，序號越低者在線控制優(yōu)先級越高；

14、與高速信號采集裝置通信中斷的任一智能功率柜的控制模塊，或與存在pt斷線故障的高速信號采集裝置通信的任一智能功率柜的在線控制優(yōu)先級被降低；

15、勵磁控制通道及剩余的智能功率柜的控制模塊的在線控制優(yōu)先級，按照勵磁控制通道及剩余的智能功率柜的控制模塊與其他智能功率柜的控制模塊通信正常的數(shù)量降序排列；

16、若勵磁控制通道及剩余的智能功率柜的控制模塊與其他智能功率柜的控制模塊通信正常的數(shù)量相同，則勵磁控制通道較剩余的智能功率柜的控制模塊優(yōu)先取得在線控制權(quán)。

17、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：

18、使用高速信號采集裝置為智能功率柜提供高頻實時刷新的定子電壓、定子電流、有功功率、無功功率、勵磁電流、頻率、系統(tǒng)電壓和角速度等狀態(tài)數(shù)據(jù)，使智能功率柜能夠?qū)崿F(xiàn)與勵磁控制通道相同的控制功能及所有限制保護。這樣在線控制權(quán)切換時智能功率柜與勵磁調(diào)節(jié)柜控制通道具有相同的優(yōu)先級。

19、可以讓智能功率柜實現(xiàn)完整的勵磁控制功能，搶奪在線控制權(quán)時與勵磁調(diào)節(jié)柜的2個控制通道具備相同的優(yōu)先級，實現(xiàn)了完全對等的2+n冗余。