目 录
第一章 概 述 . ............................... 1
第二章 主要功能和特点 . ......................... 2
第三章 主要技术参数指标 . ....................... 5 1. 模拟量输入 ....................................................... 5 2. 控制脉冲 ......................................................... 5 3. 控制信号 ......................................................... 5 4. 故障信号 ......................................................... 6 5. 供电电源 ......................................................... 6 6. 主要技术指标 ..................................................... 6 7. 调节参数 ......................................................... 6 8. 给定参数 ......................................................... 7
第四章 基本结构和硬件说明 ...................... 8 1. 基本结构 ......................................................... 8 2. 单片机介绍 ...................................................... 11 3. 硬件原理介绍 ................................................... 14
第五章 调节原理和软件说明 ..................... 22 1. 调节器调节原理 ................................................. 22 2. 调节软件说明 ................................................... 24
第六章 使用说明............................... 26 1. 使用环境 ........................................................ 26 2. 安装和接线 ...................................................... 26 3. 面板功能 ........................................................ 28 -I-
4. 参数设置 ........................................................ 30 5. 给定值数字设定 ................................................. 30 6. 调节器典型操作说明 ............................................ 32
第七章 典型应用方案 . .......................... 36
附件 微机励磁监控系统(工控机式) 使用说明 ....... 41 -II- W1-20050705-A-2.0
第一章 概 述
励磁调节器是发电厂的重要控制设备，现代励磁调节器除了维持电压恒定和无功调节外，还必需保证电力系统稳定。而随着电力系统的扩大，稳定问题更加突出，电力系统稳定控制（PSS ）、最优励磁控制（EOC ）、非线性最优励磁控制（NEOC ）等应运而生。常规控制手段难以满足日益发展的技术之需要，采用微处理机技术是唯一行之有效的手段，TDWLT-01微机励磁调节器是以美国INTEL 公司的80C196单片微机为核心，辅以几片大规模集成电路而组成的新型励磁调节装置，该装置采用完全双通道技术，双机混合工作模式，STD 总线结构，硬软件系统均采用模块化设计，具有功能齐全，软件丰富，硬件电路少，结构简单，易于扩展，维护方便，通用性强，可靠性高等优点，广泛适用于大、中、小型发电机组的励磁控制。
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第二章 主要功能和特点
1. 具有完善的电压调节、电流调节、无功调节、功率因数调节模式，适用于不同电站的各种运行方式之需要。
1.1 电压调节：维持发电机机端电压恒定
1.2 电流调节：维持发电机励磁电流恒定
1.3 无功调节：实现无功功率反馈和恒无功运行
1.4 功率因数调节：维持发电机功率因数恒定
2. 具有PID 、PD 、PSS 、EOC 、NEOC 等多种控制规律，以满足系统稳定之需要。
2.1 PID 控制：电压调节基本控制规律
2.2 PD 控制：电流调节基本控制规律
2.3 PSS 控制：电力系统稳定控制
2.4 EOC ：电力系统线性最优励磁控制
2.5 NEOC ：电力系统非线性最优励磁控制
3. 配置有两路串行接口，一路用于双机间通讯，一路用于与上位机通讯，可配接监控器，进行计算机辅助试验和计算机仿真试验以及事件追忆、逻辑控制图和流程图及状态量显示等。
4. 完善的保护控制功能，配置有断线保护、过励限制、顶值限制、低励限制、欠励保护、V/F限制、误强励保护、空载过压保护等。
4.1 断线保护：接入系统PT 的情况下，当励磁PT 和仪表PT 均断线时，
调节器自动转入电流调节方式。
4.2 过励限制：在强行励磁或励磁过电流到达允许时间时，自动将励磁电
流限定在额定值。
4.3 顶值限制：强行励磁时，自动将励磁电流限制在允许的励磁顶值电流。
4.4 低励限制：发电机进相运行时，当进相深度超过低励限制值时，自动
增加励磁电流。
-2- W1-20050705-A-2.0
4.5 V/F限制：根据机组频率限制发电机励磁电流，防止低频过励磁。
4.6 误强励保护：非正常强励时，发出报警信号，并自动切除故障通道。
4.7 空载过电压保护：空载状态下发电机电压过高（＞130%）时，自动
调整给定电压，使发电机电压保持在额定值运行。
5. 可设定的调差系数，保证发电机间无功的稳定分配。
6. 交、直流混合采样技术，三路PT 采样，PT 断线自动识别。
7. 具有自动零起升压和系统电压跟踪功能，接到建压令后，自动将发电机电压从零递升至额定，并保证发电机机端电压与系统电压一致。停机自动灭磁。
8. 通道间采用80C196芯片本身的串行口相互通讯，跟踪环节非常简单，传送数据多，并可传送各种校验及纠错码，保证了相互跟踪的正确性，极大地避免了A/D采样跟踪系统由于硬软件系统故障而导致的错误跟踪。
9. 采用给定跟踪技术，始终保持备用通道与工作通道的给定值一致，再加上独特的数字控制算法，使得两套调节器的性能具有良好的一致性，跟踪性能良好，切换无冲击，同时由于是给定跟踪，从而避免了工作机故障时而导致的备用机错误跟踪。
10. 采用独特的数字余弦移相算法，实现了数字余弦移相，保证了整个励磁系统的放大倍数在各种工作情况下的一致性。
11. 硬、软件均采用模块化结构：完善的自动诊断、自恢复功能，采用抗震性好、抗干扰能力强的STD 总线，箱式结构，单个控制箱即是一个完整独立的微机控制通道，允许在机组运行状态下进行单通道检修工作，极大地提高了系统的可靠性。
12. 操作面板上带有16位数码显示和20个汉字光字显示，可同时显示发电机电压、参考电压、励磁电流、控制角度，也可通过按键操作显示其他约20个参数，能非常直观地了解发电机、励磁调节器和励磁系统的运
W1-20050705-A-2.0 -3-
行状态。
13. 配置有输入小键盘，修改、调整参数方便。可以在线修改控制参数，设定测量参数以及进行上下10%阶跃试验等。
14. 可热插拔的插入式输入小键盘使得调节器在调试完毕投入运行后防止
人为意外误操作。
15. 可配接监控器和调试试验软件，进行试验录波和计算机仿真试验以及
故障录波、事件追忆、逻辑控制图和流程图及状态量显示等。
16. 采用双窄脉冲触发技术，脉冲输出双重隔离及指示。
17. 两套装置独立的双重供电电源，每套调节器均采用AC220V 和
DC220V 两路电源双重供电，两路电源并联使用，无切换电路。（若用户电源等级有差异，请预先说明。）
-4- W1-20050705-A-2.0
第三章 主要技术参数指标
1. 模拟量输入
1.1 发电机励磁PT ：AC 3φ100V
1.2 发电机仪表PT ：AC 3φ100V
1.3 系统母线PT ： AC 3φ100V
1.4 发电机定子电流CT ： AC 3φ5A
1.5 整流桥交流侧电流CT ： AC 3φ5A
1.6 三相交流同步电压信号：
2. 控制脉冲
2.1 控制脉冲（晶闸管励磁调节器）
2.1.1 分辨率： 0.018度/码（50HZ ）
2.1.2 移相范围： 15~135度（含中频的机组为15~140度）
2.2 控制脉宽（开关式励磁调节器）
2.2.1 开关频率： 1500HZ
2.2.2 调整范围：（0~100）%
2.2.3 分辨率： 0.05%
3. 控制信号
3.1 接点型式：开接点（开入）
3.2 接点容量：＜20mA
W1-20050705-A-2.0 -5-
4. 故障信号
4.1 接点型式：开接点（开出）
4.2 接点容量：0.5A/DC220V
5. 供电电源
（若用户电源等级有差异，请预先早明。）
5.1 交流电源：（170~250V）/50HZ
5.2 直流电源：（180~250）V
6. 主要技术指标
6.1 调压精度：≤0.5%
6.2 频率特性：≯±0.25%/0.5Hz
6.3 10%阶跃：超调量 ＜10%
振荡次数 ＜3次
调节时间 ＜5秒
6.4 零起升压：超调量 ＜10%
振荡次数 ＜3次
调节时间 ＜5秒
调压范围 Uf=（10~130）%Ue
7. 调节参数
7.1 调差系数：（-15~+15）%
7.2 放大倍数：kp=（10~200）
7.3 积分时间：Ti=（2~30）秒
7.4 微分时间：Td=（0~5）秒
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8. 给定参数
8.1 电压给定：Ug=（10~130）%
8.2 无功给定：Qg=（0~100）%
8.3 电流给定：Ig=（0~100）%
8.4 功率因数给定：COSg=0~1.00（感性）
W1-20050705-A-2.0 -7-
第四章 基本结构和硬件说明
1. 基本结构
TDWLT-01微机励磁调节器由两套完全相同的通道组成，每套由一个500×180×340的控制箱组成，其总体框图见图一。每个控制箱由测量单元、CPU 、脉冲单元、电源单元、信号单元、显示单元组成，面板布置见图二。其中电流测量、电压测量、控制信号采样、电源、控制输出、同步、脉冲放大等完全独立，单个通道既可组成完整控制系统。因此，对于大、中型发电机组可采用图三所示的由两个控制箱组成的双通道控制系统。对于中、小型发电机组可采用图二所示的由一个控制箱组成的单通道控制系统。
当采用双通道结构时，通道间利用80C196的串行口相互通讯，关键数据相互传送，并始终保持两个通道状态一致，故障时自动切换。同时通道间采用容错式双机混合工作模式，其工作模式见图四。
图中 A1、A2为测量单元
B1、B2为中央处理单元
C1、C2为输出单元
D1、D2为脉冲放大单元
E1、E2为通讯单元
由于每个通道均设置有手动调压（励磁电流调节）和自动调压功能，故有如下运行方式：
A1B1C1D1 自动
A2B2C2D2 自动
A1B1C1D1 手动
A2B2C2D2 手动
A1B1E1E2C2D2 自动
-8- W1-20050705-A-2.0
A2B2E2E1C1D1 自动
六种运行方式，可靠性大大高于单通道调节器和采用并联运行方式的双通道调节器。
本调节器控制箱尺寸为500×180×340(宽×高×深) 。可采用箱式供
图二 控制箱面板布置图
图三 双通道调节器组成示意图
2. 单片机介绍
在全面介绍TDWLT-01型微机调节器硬件原理之前，首先简要介绍其核心芯片INTEL80C196单片机。
80C196单片机组成框图如图五。
它主要由一个高性能的16位CPU 寄存器算术逻辑单元（RALU ）、232字节寄存器阵列（REGISTER FILE）以及一些外围子系统构成。这些子系
统包括：
高速输入输出口（High Speed I/O）
带采样保护（S/H）电路和四通道十位模数转换器（A/D CONVERTER）。 中断控制器和等待状态产生逻辑。 同步异步串行口。
两个16位定时器和一个监督定时器。
可供A/D转换器使用的脉宽调制（PWM ）输出。
80C196为CMOS 芯片，除保留了8098的所有功能外，还有如下新特点：
提供三个特殊功能寄存器窗口，因而扩展了特殊功能寄存器的功能； 增加了六条指令；
增加了8个中断向量，中断方式更灵活； 高速输出CAM 具有锁定功能； 具有空闲和掉电工作方式。
80C196采用68脚PLCC 封装，其管脚配置及功能见表一。
表一 80C196引脚功能说明
目 录
第一章 概 述 . ............................... 1
第二章 主要功能和特点 . ......................... 2
第三章 主要技术参数指标 . ....................... 5 1. 模拟量输入 ....................................................... 5 2. 控制脉冲 ......................................................... 5 3. 控制信号 ......................................................... 5 4. 故障信号 ......................................................... 6 5. 供电电源 ......................................................... 6 6. 主要技术指标 ..................................................... 6 7. 调节参数 ......................................................... 6 8. 给定参数 ......................................................... 7
第四章 基本结构和硬件说明 ...................... 8 1. 基本结构 ......................................................... 8 2. 单片机介绍 ...................................................... 11 3. 硬件原理介绍 ................................................... 14
第五章 调节原理和软件说明 ..................... 22 1. 调节器调节原理 ................................................. 22 2. 调节软件说明 ................................................... 24
第六章 使用说明............................... 26 1. 使用环境 ........................................................ 26 2. 安装和接线 ...................................................... 26 3. 面板功能 ........................................................ 28 -I-
4. 参数设置 ........................................................ 30 5. 给定值数字设定 ................................................. 30 6. 调节器典型操作说明 ............................................ 32
第七章 典型应用方案 . .......................... 36
附件 微机励磁监控系统(工控机式) 使用说明 ....... 41 -II- W1-20050705-A-2.0
第一章 概 述
励磁调节器是发电厂的重要控制设备，现代励磁调节器除了维持电压恒定和无功调节外，还必需保证电力系统稳定。而随着电力系统的扩大，稳定问题更加突出，电力系统稳定控制（PSS ）、最优励磁控制（EOC ）、非线性最优励磁控制（NEOC ）等应运而生。常规控制手段难以满足日益发展的技术之需要，采用微处理机技术是唯一行之有效的手段，TDWLT-01微机励磁调节器是以美国INTEL 公司的80C196单片微机为核心，辅以几片大规模集成电路而组成的新型励磁调节装置，该装置采用完全双通道技术，双机混合工作模式，STD 总线结构，硬软件系统均采用模块化设计，具有功能齐全，软件丰富，硬件电路少，结构简单，易于扩展，维护方便，通用性强，可靠性高等优点，广泛适用于大、中、小型发电机组的励磁控制。
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第二章 主要功能和特点
1. 具有完善的电压调节、电流调节、无功调节、功率因数调节模式，适用于不同电站的各种运行方式之需要。
1.1 电压调节：维持发电机机端电压恒定
1.2 电流调节：维持发电机励磁电流恒定
1.3 无功调节：实现无功功率反馈和恒无功运行
1.4 功率因数调节：维持发电机功率因数恒定
2. 具有PID 、PD 、PSS 、EOC 、NEOC 等多种控制规律，以满足系统稳定之需要。
2.1 PID 控制：电压调节基本控制规律
2.2 PD 控制：电流调节基本控制规律
2.3 PSS 控制：电力系统稳定控制
2.4 EOC ：电力系统线性最优励磁控制
2.5 NEOC ：电力系统非线性最优励磁控制
3. 配置有两路串行接口，一路用于双机间通讯，一路用于与上位机通讯，可配接监控器，进行计算机辅助试验和计算机仿真试验以及事件追忆、逻辑控制图和流程图及状态量显示等。
4. 完善的保护控制功能，配置有断线保护、过励限制、顶值限制、低励限制、欠励保护、V/F限制、误强励保护、空载过压保护等。
4.1 断线保护：接入系统PT 的情况下，当励磁PT 和仪表PT 均断线时，
调节器自动转入电流调节方式。
4.2 过励限制：在强行励磁或励磁过电流到达允许时间时，自动将励磁电
流限定在额定值。
4.3 顶值限制：强行励磁时，自动将励磁电流限制在允许的励磁顶值电流。
4.4 低励限制：发电机进相运行时，当进相深度超过低励限制值时，自动
增加励磁电流。
-2- W1-20050705-A-2.0
4.5 V/F限制：根据机组频率限制发电机励磁电流，防止低频过励磁。
4.6 误强励保护：非正常强励时，发出报警信号，并自动切除故障通道。
4.7 空载过电压保护：空载状态下发电机电压过高（＞130%）时，自动
调整给定电压，使发电机电压保持在额定值运行。
5. 可设定的调差系数，保证发电机间无功的稳定分配。
6. 交、直流混合采样技术，三路PT 采样，PT 断线自动识别。
7. 具有自动零起升压和系统电压跟踪功能，接到建压令后，自动将发电机电压从零递升至额定，并保证发电机机端电压与系统电压一致。停机自动灭磁。
8. 通道间采用80C196芯片本身的串行口相互通讯，跟踪环节非常简单，传送数据多，并可传送各种校验及纠错码，保证了相互跟踪的正确性，极大地避免了A/D采样跟踪系统由于硬软件系统故障而导致的错误跟踪。
9. 采用给定跟踪技术，始终保持备用通道与工作通道的给定值一致，再加上独特的数字控制算法，使得两套调节器的性能具有良好的一致性，跟踪性能良好，切换无冲击，同时由于是给定跟踪，从而避免了工作机故障时而导致的备用机错误跟踪。
10. 采用独特的数字余弦移相算法，实现了数字余弦移相，保证了整个励磁系统的放大倍数在各种工作情况下的一致性。
11. 硬、软件均采用模块化结构：完善的自动诊断、自恢复功能，采用抗震性好、抗干扰能力强的STD 总线，箱式结构，单个控制箱即是一个完整独立的微机控制通道，允许在机组运行状态下进行单通道检修工作，极大地提高了系统的可靠性。
12. 操作面板上带有16位数码显示和20个汉字光字显示，可同时显示发电机电压、参考电压、励磁电流、控制角度，也可通过按键操作显示其他约20个参数，能非常直观地了解发电机、励磁调节器和励磁系统的运
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行状态。
13. 配置有输入小键盘，修改、调整参数方便。可以在线修改控制参数，设定测量参数以及进行上下10%阶跃试验等。
14. 可热插拔的插入式输入小键盘使得调节器在调试完毕投入运行后防止
人为意外误操作。
15. 可配接监控器和调试试验软件，进行试验录波和计算机仿真试验以及
故障录波、事件追忆、逻辑控制图和流程图及状态量显示等。
16. 采用双窄脉冲触发技术，脉冲输出双重隔离及指示。
17. 两套装置独立的双重供电电源，每套调节器均采用AC220V 和
DC220V 两路电源双重供电，两路电源并联使用，无切换电路。（若用户电源等级有差异，请预先说明。）
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第三章 主要技术参数指标
1. 模拟量输入
1.1 发电机励磁PT ：AC 3φ100V
1.2 发电机仪表PT ：AC 3φ100V
1.3 系统母线PT ： AC 3φ100V
1.4 发电机定子电流CT ： AC 3φ5A
1.5 整流桥交流侧电流CT ： AC 3φ5A
1.6 三相交流同步电压信号：
2. 控制脉冲
2.1 控制脉冲（晶闸管励磁调节器）
2.1.1 分辨率： 0.018度/码（50HZ ）
2.1.2 移相范围： 15~135度（含中频的机组为15~140度）
2.2 控制脉宽（开关式励磁调节器）
2.2.1 开关频率： 1500HZ
2.2.2 调整范围：（0~100）%
2.2.3 分辨率： 0.05%
3. 控制信号
3.1 接点型式：开接点（开入）
3.2 接点容量：＜20mA
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4. 故障信号
4.1 接点型式：开接点（开出）
4.2 接点容量：0.5A/DC220V
5. 供电电源
（若用户电源等级有差异，请预先早明。）
5.1 交流电源：（170~250V）/50HZ
5.2 直流电源：（180~250）V
6. 主要技术指标
6.1 调压精度：≤0.5%
6.2 频率特性：≯±0.25%/0.5Hz
6.3 10%阶跃：超调量 ＜10%
振荡次数 ＜3次
调节时间 ＜5秒
6.4 零起升压：超调量 ＜10%
振荡次数 ＜3次
调节时间 ＜5秒
调压范围 Uf=（10~130）%Ue
7. 调节参数
7.1 调差系数：（-15~+15）%
7.2 放大倍数：kp=（10~200）
7.3 积分时间：Ti=（2~30）秒
7.4 微分时间：Td=（0~5）秒
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8. 给定参数
8.1 电压给定：Ug=（10~130）%
8.2 无功给定：Qg=（0~100）%
8.3 电流给定：Ig=（0~100）%
8.4 功率因数给定：COSg=0~1.00（感性）
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第四章 基本结构和硬件说明
1. 基本结构
TDWLT-01微机励磁调节器由两套完全相同的通道组成，每套由一个500×180×340的控制箱组成，其总体框图见图一。每个控制箱由测量单元、CPU 、脉冲单元、电源单元、信号单元、显示单元组成，面板布置见图二。其中电流测量、电压测量、控制信号采样、电源、控制输出、同步、脉冲放大等完全独立，单个通道既可组成完整控制系统。因此，对于大、中型发电机组可采用图三所示的由两个控制箱组成的双通道控制系统。对于中、小型发电机组可采用图二所示的由一个控制箱组成的单通道控制系统。
当采用双通道结构时，通道间利用80C196的串行口相互通讯，关键数据相互传送，并始终保持两个通道状态一致，故障时自动切换。同时通道间采用容错式双机混合工作模式，其工作模式见图四。
图中 A1、A2为测量单元
B1、B2为中央处理单元
C1、C2为输出单元
D1、D2为脉冲放大单元
E1、E2为通讯单元
由于每个通道均设置有手动调压（励磁电流调节）和自动调压功能，故有如下运行方式：
A1B1C1D1 自动
A2B2C2D2 自动
A1B1C1D1 手动
A2B2C2D2 手动
A1B1E1E2C2D2 自动
-8- W1-20050705-A-2.0
A2B2E2E1C1D1 自动
六种运行方式，可靠性大大高于单通道调节器和采用并联运行方式的双通道调节器。
本调节器控制箱尺寸为500×180×340(宽×高×深) 。可采用箱式供
图二 控制箱面板布置图
图三 双通道调节器组成示意图
2. 单片机介绍
在全面介绍TDWLT-01型微机调节器硬件原理之前，首先简要介绍其核心芯片INTEL80C196单片机。
80C196单片机组成框图如图五。
它主要由一个高性能的16位CPU 寄存器算术逻辑单元（RALU ）、232字节寄存器阵列（REGISTER FILE）以及一些外围子系统构成。这些子系
统包括：
高速输入输出口（High Speed I/O）
带采样保护（S/H）电路和四通道十位模数转换器（A/D CONVERTER）。 中断控制器和等待状态产生逻辑。 同步异步串行口。
两个16位定时器和一个监督定时器。
可供A/D转换器使用的脉宽调制（PWM ）输出。
80C196为CMOS 芯片，除保留了8098的所有功能外，还有如下新特点：
提供三个特殊功能寄存器窗口，因而扩展了特殊功能寄存器的功能； 增加了六条指令；
增加了8个中断向量，中断方式更灵活； 高速输出CAM 具有锁定功能； 具有空闲和掉电工作方式。
80C196采用68脚PLCC 封装，其管脚配置及功能见表一。
表一 80C196引脚功能说明