发电机组自动调压系统设计 第11页
信号，其宽度和最小调节间隔时间在TD200中设置[13]。励磁调节器控制流程见图5.2，其中电压调节计算由调差计算和PID计算组成。
图5.2 控制流程图
5.2.1调差计算
当发电机组并联于电站运行时，输出的有功功率由原动机输入的功率决定，而发电机输出的无功功率则与流入发电机转子的励磁电流大小有关，控制励磁电流可改变发电机组输出的无功功率。实际运行中，改变励磁会使端电压和输出无功功率都发生变化，但端电压变化较小，而输出的无功功率会有较大的变化。控制并联运行的发电机组之间的无功分配是励磁调节系统的一个重要功能，这与发电机端电压的调差率有关[14]。发电机端电压调差率是在自动励磁控制器的调差单元投入后、电压给定固定不变、发电机功率因数为零的情况下，当发电机无功功率从零变化到发电机定子电流额定值时发电机端电压的变化率，用电压百分数表示为：（5.1）
式中： ——无功电流为零，即空载下的机端电压;
U——无功电流等于发电机额定定子电流值时的机端电压。
数字式励磁调节器的自然调差率一般小于1%，所以必须附加调差环节，人为地把调差率提高到4%~6%，无功负荷才能按机组容量稳定分配。
软件实现调差功能的基本原理是：在电压给定相加点处附加一个与发电机无功功率成正比的值，其比例系数即为调差系数。当无功功率增加（减小）时，使电压给定减小（增大），通过励磁调节器去减小（增加）发电机的励磁，这样就增大了发电机的调差系数[15]。计算公式如（5.2）所示： （5.2）
式中： ——电压给定；
——机端电压测量值；
Q——人工调差部分；
Q——无功功率测量值；
——为调差系数，k>0时为正调差，k<0时为负调差；
——电压给定的改变。
调差率可在线修改设定，采用数字输入，理论上变化等级可以任意小，调差率调整范围可达 15%。
5.2.2PID控制的实现方法
PLC的PID控制的设计是以连续系统的PID控制规律为基础，将其数字化写成离散形式的PID控制方程，再根据离散方程进行PID控制程序设计。在连续系统中，根据参数的给定值r(t)与参数实际输出值c(t)构成控制偏差，即 ，将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，控制规律为： （5.3）
式中： 为控制器的输出量， 为输出的初始值， 为给定值与被控变量的误差值信号， 为比例系数， 为积分时间常数， 为微分时间常数[16]。将上式离散化，第n次采样时控制器的输出为：
式中包含9个监控PID运算的参数，构成S7-200的PID运算回路表，参见表5.1：
表5.1 PID回路表
偏移地址 域 格式 类型 描述
T+0 过程变量（反馈）（P ）
双字=实数 输入 过程变量，必须在0.0~1.0之间
T+4 设定值（给定）（S ）
双字=实数 输入 给定值，必须在0.0~1.0之间
T+8 输出值（ ）
双字=实数 输入/输出 输出值，必须在0.0~1.0之间
T+12 增益（P参数）（K ）
双字=实数 输入 增益是比例常数，可正可负
T+16 采样时间（T ）
双字=实数 输入 单位为秒，必须为正数
T+20 积分时间（I参数）（T ）
双字=实数 输入 单位为分钟，必须为正数
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T+24 微分时间（D参数）（T ）
双字=实数 输入 单位为分钟，必须为正数
T+28 积分项前项（ ）
双字=实数 输入/输出 积分项前项，必须在0.0~1.0之间
T+32 PV
双字=实数 输入/输出 最近一次PID运算的过程变量值
5.2.3PID程序实现
PID程序是控制算法的核心，其主要任务如下：
(1)数据处理：对电量变送器测量数据进行标度变换等;
(2)调节算法：按选定的调节规律进行调节计算;
(3)控制输出：把调节计算得到的计算结果进行转换并限幅输出，通过触发回路对IGBT进行控制;
(4)其他处理：输入整定值，修改参数，改变运行方式，进行报警，实现其他功能等。
一、输入输出量转化
（1）输入量转化
首先将给定值或过程变量整数值由16位整数转化成浮点数，然后将实数进一步用下面的公式对给定值或过程变量标准化即转化为0.0~1.0之间的标准实数。公式为： （5.5）
——标准化实数值；
——标准化前的值；
——取值范围（变量的最大值减去最小值），单极性变量的典型值为32000，双极性变量的典型值为64000；
——偏移量，对单极性变量为0.0，对双极性变量为0.5。
（2）输出量转化
回路输入转化的逆过程，将0.0~1.0之间的标准实数转化为16位二进制整数。
二、 PID电压控制程序
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