摘要：本文将重点讨论两套自动励磁调节器切换原理与实现方式，进而讨论要实现自动励磁调节器切换所必须解决的问题，就是抗干扰问题。并以此文提醒在选购自动励磁调节器时，必须注意的相关问题。
关键词：自动励磁调节器；切换策略；选型
在励磁控制系统中，自动励磁调节器是其中的核心组件。之所以自动励磁调节器具有如此重要的功能，因为在励磁系统设备中，自动励磁调节器的组成最为复杂，并且其稳定度最为薄弱；同时，自动励磁调节器具有十分重要的功能，只有自动励磁调节器提供稳定的磁场，才能够对发电机的电压与无功功率实施有效调节，进而维持发电机的稳定性，实现发电机组的并网[1]。当前大多数发电厂所采用的数字式自动励磁调节器，其中的电子元件数量极多，并且以弱电元件和芯片为主，在使用过程中容易发生各种损坏或被干扰。基于此，在励磁控制系统中，当自动励磁调节器发生故障的时候，必须迅速启动其备案，这就需要至少有两套自动励磁调节器才能够为系统提供足够的可靠性保障，而且，还能够实现两套自动励磁调节器之间的并行和切换。
一、自动励磁调节器的切换原理
（一）切换目的
之所以要在两套自动励磁调节器之间实现自动切换，其目的是为了保证励磁控制系统中，其中一套自动励磁调节器运行出现问题，另外一套自动励磁器能够迅速接替发生故障的那一套，在励磁控制系统中发挥应有的功效，从而保证励磁系统不会因为励磁调节器设备故障而影响发电机的正常运转。所以要实现正确切换，就必须具有两个必要条件，一是励磁调节器能够发出正确的故障信号，二是系统要能够做出正确的切换动作。当前，自动励磁调节器的型号有很多种，从分类上来看，主要有两通道和三通道两种[2]。
（二）自动励磁调节器的构成与其功能
本文我们将以某型号自动励磁调节器作为例子，来分析设备构成、功能。该型号自动励磁器共包括了两套彼此之间处于独立地位的励磁调节器（其中一套为A套，另一套为B套）。当自动励磁调节器在电压闭环状态下正常运行时，A套设备其状态处于为工作方式，B套设备状态处于热备用方式。A套和B套调节器均有各自独立的电源、计算、采样等模块。为了避免两套设备在切换时候产生干扰，B套设备在热备用状态下必须对A套设备的工作状态实施跟踪和监控，监控的主要内容包括下面的几点。
1、监控A套设备的电压给定值；
2、监控A套设备的触发角；
3、“看门狗”电路，监控系统中A套设备与B套设备的实时状态。
于是，在整个系统中，由于B套设备对A套设备的状态有实时监控，再辅之以系统中的容错措施；如此一来，当A套设备发生故障，B套设备能够自动接替设备A所发挥的功能，从而实现无扰自动切换。
（三）两套自动励磁调节调节器间的切换
通常来说，两套设备之间切换，是由于下面的几种情况所引发。
1、A设备的CPU因为受到某种干扰而死机，于是“看门狗”电路自动发出A设备故障的信号；
2、自动励磁调节器在自检的过程中，发现出现异常，比如电源电压不在正常范围内，或脉冲缺相、无相等，调节器自身发出故障信号。
3、人工实施两套设备的切换。
综上所述，两套设备切换只有在两种情况下才可能会出现，一种是设备故障，另一种是人工切换。当B套处在热备用状态，只要接收到这两种信号中的任何一种，则将自身状态改变为工作状态，并将原工作状态的A设备转变为备用状态。此后，不管出现任何情况，B设备已经转变为工作状态，则不会再次自动切换为备用状态。由此可见，A套设备与B套设备之间完全依据功能信号来实现切换。其中表决电路主要由继电器构成，而且电路极为简单。同时，A套设备与B套设备处于完全并联状态，之间没有电气连接，所以系统中的表决系统具有较高的可靠性。
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二、自动励磁调节器无扰动切换的实现
（一）无扰动切换的条件
如果要保证两套设备之间的切换无扰动，必须具备以下的两个条件：一是两套设备具有完全相同的给定值与触发角；二是两套设备的采样值差异不大。当设备发生故障时，要想实现无扰动切换，对于故障的判断速度至关重要。发电机转子作为一个极大的电感，所以在0.1s的时间内，转子电流不会出现大幅变化。因此，如果可以在0.1内将A设备的错误信息清除，则设备的切换就不会引发波动。但是，对于A套设备来说，有些故障是无法迅速发出信号的，比如CPU死机就必须由“看门狗”电路监控得出。“看门狗”电路的工作原理如下：当设备CPU运转正常，则CPU就会定期通过软件向“看门狗”系统发送脉冲信号复位，则“看门狗”系统保持正常状态；一旦CPU出现死机，则软件无法发送脉冲复位，于是，“看门狗”电路会反馈CPU死机。然而，这个过程往往需要1s左右，这显然不符合无扰动切换的需要。所以，要实现无扰动切换，则必须将脉冲发送功能与CPU相互分离。这个功能可通过增加专用控制器电路来实现，如此一来，即使CPU死机，也能够发送定期脉冲，从而防止出现失磁现象。
于是，当A套设备的“看门狗”电路发出故障信号，则本处于热备用状态的B套设备自动成为工作状态下的励磁调节器，而原处于工作状态下的A套设备则成为备用状态。特别需要指出的是，为了保证备用设备不会追踪工作设备的故障信息，通常备用设备对工作设备的信息追踪会设定为前几秒状态[3]。
（二）两套自动励磁调节器无扰动切换的方式
1、两套设备之间的跟踪
该型号的设备是数字式自动励磁调节器，A套设备与B套设备之间通过数字通信方式实现追踪，并且在保证数据传达正确的基础上尽量采用高速通信。无论异步串行通信还是同步串行通信都有着较为广泛地应用。异步串行通信尽管具有较强的抗干扰性，然而其数据传递稳定性不佳，因此，同步串行通信方式使用更多。
2、三机切换
当前，一些厂商也会使用三套设备并行的方式来进一步保证励磁系统的稳定性。整个自动励磁调节器中包括了三套完全相同且相互独立的励磁调节器，并且每套设备均能够实施自动或手动控制，从而实现停机保护。当其中一套设备发生故障，则系统会将另外两套设备的中值作为调节信号并发出报警。当两套设备发生故障，则会切换到手动设备。
三机切换系统与两套设备相比，其可靠性事实上并没有得到真正提高，然而，能够更加有效的避免误调节的出现。
三、励磁调节器切换所需要解决的关键问题
事实上，多次实践经验证明，两套完全相同的设备，放置于统一柜中，一旦外界出现较为强烈的干扰信号时，其中一套设备发生故障，另一套设备也会出现故障。曾经发生的多期励磁调节器故障导致的停机事件都屡次证明了这一点。无论是两机体系或者三机体系，都会出现同样的问题。所以，可以看出，为了保持机组的稳定运行，励磁调节器必须要尽量选择具有较强抗干扰能力的。
此外，不管是两机体系或者三机体系，决定其整体稳定性的依然是每一套设备的稳定性，此外，要绝对保证不同设备之间完全保持独立，没有任何一部分是公用的。
四、小结
综上所述，自动励磁调节器的切换能够有效保障励磁控制系统的运行稳定性。然而，在设备的选购中，应当将注意力集中在设备本身质量的好坏上，切换方式的可靠性，抗干扰性等等。只有设备本身具有良好的质量保障，才能够通过自动切换更好保证系统的运行质量。
参考文献
[1]段俊东，陈家林，谢芸卉.发电机外部故障切除后励磁调节器调整特性分析[J].电子测量技术，2016，39（11）：60-64.
[2]郭帅，康锦萍，许国瑞，张志坚.考虑励磁调节作用及发电机饱和的静态稳定性[J].华北电力大学学报（自然科学版），2017，44（01）：58-64.
[3]陈章.浅谈励磁调节器的应用控制研究[J].山东工业技术，2016，（01）：209.
论文作者:马艳红
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：调节器论文; 设备论文; 励磁论文; 两套论文; 故障论文; 状态论文; 系统论文; 《电力设备》2018年第26期论文;