GEC300技术说明书 - 图文

目 录

第一部分 系统概述........................................................ 3 1 概述.................................................................. 3 2 核心技术...............................................................4

2.1 分层的多处理器体系结构............................................4 2.2 SoC系统级芯片技术................................................5 2.3 IPU智能功率单元与反馈均流技术....................................6 2.4 TFA高精度高速度交流采样技术......................................7 2.5 网络发布与远程维护技术............................................8 3 高可靠性设计原则.......................................................8 4 用户价值................................................. .............8 5 主要技术指标..........................................................10 6 适用范围与使用环境....................................................11

6.1 静止式自励励磁系统(GEC-31X).......................................11 6.2 具有直流励磁机的间接自励系统(GEC-32X).............................12 6.3 三机励磁系统(GEC-33X).............................................12 6.4 晶体开关管式微机励磁系统（GEC-34X）...............................13

第二部分 软件功能...................................................... .14 1 功能规范..............................................................14 2 软件的可靠性设计......................................................15

2.1 结构化软件设计的重要性...........................................15 2.2 结构化编程原则...................................................16 2.3 软件测试.........................................................17 3 励磁控制............................................................ .17 4 软件流程............................................................ .20 5 ADC采样技术......................................................... 20 6 控制规律.............................................................. 23

6.1 PID控制......................................................... 23 6.2 电力系统稳定器PSS.................................................. 23 7 限制与保护............................................................ 25

7.1 V/F限制......................................................... 25 7.2 欠励限制........................................................ 26 7.3 瞬时/延时过励磁电流限制......................................... 26 7.4 PT断线.......................................................... 27 8 切换逻辑............................................................ 28

8.1 主从切换........................................................ 28 8.2 自动/手动切换........................................ .......... 29 9 智能反馈均流........................................................ .30

1

第三部分 硬件配置.......................................................31 1 基本配置.................................................. ..........31 2 调节器柜.............................................................31

2.1 扩展通讯单元ECU................................................32 2.2 自动电压调节单元AVR............................................32 2.3 AVR与外部接口..................................................34 3 智能功率柜IPU............................................ ..........35

第四部分 监控软件.......................................................37 1 主画面.................................................... ..........37 2 状态波形.................................................. ..........38 3 均流波形.................................................. ..........39 4 AVR状态.............................................................39 5 IPU状态.................................................. ..........40 6 报警信息.................................................. ..........40 7 参数设置.................................................. ..........41 8 机组参数.................................................. ..........42 9 调试...................................................... ..........43

附录：GEC-300励磁控制系统命名规范

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第一部分 系统概述

1 概述

GEC-300 励磁控制系统是清华大学电机工程系和北京吉思电气有限公司联合研制的

新一代微机励磁控制系统。该系统采用了分层的多处理器体系结构、集成了SoC系统级芯片技术、CAN现场总线技术、智能反馈均流技术、网络远程发布及维护等一系列领先技术。凭借清华大学在理论研究及产品研发方面的优势，凭借吉思电气在励磁系统领域多年的实际经验及规范化产品与服务，相信能够为电力系统中的广大用户提供更高可靠性、更高性能的产品以及更高质量的服务。

回顾近二十年微机励磁的发展历程，大致经历了以下三个阶段：

? 第一代(1G)：半数字式微机励磁，其前端的采样为直流采样，仍旧沿用模拟式变送

器，后端脉冲输出也仍旧沿用模拟电路；

? 第二代(2G)：全数字化微机励磁，其前端为交流采样，后端的脉冲直接形成，以及

控制策略的实现均采用了数字化技术，硬件结构简洁，如GEC-1全数字式微机励磁调节器；

? 第2.5代(2.5G)：32位图形化界面的微机励磁，其结构形式与第二代的最大区别

为增加一个上位机作图形化人机界面，而下位机则采用32位的DSP控制技术，如GEC-2数字式微机励磁调节器。

随着时代的发展，在电力系统中大容量高参数机组的普遍应用，对励磁控制系统的可靠性和性能提出了更高的要求。如多目标控制（电压精度PID/PSS/NOEC、动态与暂态稳定、二级电压控制、高压侧电压控制等）对励磁调节器的计算性能提出了更高的要求；快速控制（自并励快速励磁、高起始励磁、准连续控制dT）对励磁调节器的控制性能提出了更高的要求；电厂信息自动化（DCS、LAN、Internet）对微机励磁控制器的通讯性能提出了更高的要求；并且用户对厂家的服务也提出了更高的要求(全方位、及时的客户服务,远程调试与维护)。为了满足用户的以上需求，我们采用了全新的设计思想和当今最前沿的技术，开发了GEC-300 励磁控制系统。

GEC-300 励磁控制系统开发的全新设计思想体现在以下两个方面：基本单元的简单化与高度集成和系统结构的分散、分层。当今的微电子技术的发展使得我们有可能将以往的微处理器系统的大部分功能芯片集成到单个芯片中(System-on-Chip)，SoC代表了目前最高的集成度水平，是实现系统的简单化与高可靠性的有力保证。虽然目前SoC的性能已非常高，但企图以单个SoC实现新励磁控制系统的所有功能是比较困难的，为此GEC-300 励磁控制系统采用了分散、分层的系统结构，依靠这种多处理器体系结构来满足用户的各项需求，这种方式不仅实现容易，而且将风险分散化，任何一个重要部件的失效只影响系统的局部功能，保证了系统的高可靠性。

本说明书主要介绍GEC-300 励磁控制系统的技术特点、软硬件配置、基本工作原理等，以便用户对本产品有一个全面的了解。与本说明书相关的技术资料有：

? GEC-300 励磁控制系统操作说明书 ? GEC-300 励磁控制系统检测报告

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? GEC-300 励磁控制系统参数整定说明 ? GEC-300 励磁控制系统设计图

? GEC-300 励磁控制系统现场投运报告

2 核心技术

GEC-300 励磁控制系统采用了五大核心技术：分层的多处理器技术、SoC系统级芯片技术、IPU智能功率单元与反馈均流技术、TFA高精度高速度交流采样技术、网络发布与远程维护技术。这些先进技术的采用使得GEC-300 励磁控制系统的技术性能与可靠性得到了很大的提高。

2.1 分层的多处理器体系结构

GEC-300 励磁控制系统是采用分层的多处理器体系结构来满足用户对励磁产品的控制性能、图形化界面、通讯等多方面的要求。GEC-300 励磁控制系统分为三层式的结构：底层为智能功率单元IPU、中间层为自动电压调节单元AVR、上层为扩展通讯单元ECU，如下图。

IPU: Intellingent Power Unit

智能功率单元，标准6U单元控制盒，实现脉冲的直接产生，智能反馈均流及对功率单元的过流、超温停风等就地保护功能。 AVR:Auto Voltage Reglator

自动电压调节单元，采用SoC系统级芯片技术。32位DSP技术等实现励磁的快速、准确的调节。可实现高级的控制策略（PSS/LOEC/NPSS）。

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ECU:Extended Communication Unit

扩展通讯单元，实现图形化可定制的人机界面MMI，可与DCS等电厂自动化信息网相连接， 进行网络远程发布，实现对客户零距离即时服务。 CAN：Controller Area Network

现场控制总线网络，实现IPU与AVR之间实时、可靠的信息交换。CAN的应用大大减少了IPU与AVR之间的联线电缆，实现独立布置。

2.2 SoC系统级芯片技术

GEC-300励磁控制系统采用了领先的SoC系统级芯片技术和时频分析TFA高精度采样技术，使得AVR的性能与可靠性有了质的飞跃。AVR是励磁控制系统的核心，信号与状态的采集、电压反馈控制、辅助稳定控制等主要功能均由该单元实现，其性能和可靠性直接影响到整个系统的安全与稳定运行。

SoC：System-on-Chip

SoC将以往的微处理器系统板的大部分功能芯片集成到单个芯片中，SoC是当今微电子研究的前沿，代表了目前最高的集成度水平。SoC改变了我们进行系统设计的思维方式：从以往的功能设计、选择芯片、进行原理图设计及印制线路板PCB、设计、调试的过程转变为直接选择SoC，定制我们所需的功能。

? SoC用单个芯片集成了以往的微处理系统

SoC内部含A/D，RAM，ROM/FLASH，CPU，DSP，DIO，CAN... ? SoC真正实现了\总线不出芯片\

SoC是对以往的\总线不出机箱\、\总线不出板\的飞跃 ? SoC提高了抗干扰能力和可靠性

SoC的高频、高速的总线部分全集成在芯片内部，外围是低频50Hz的信号。在EMC及可靠性上超越以往DSP+FPGA的实现方式。

? SoC目前可实现150MIPS的高性能

150MIPS＝每秒执行1.5亿条指令

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