为创建清洁生产企业，尽可能减少高炉煤气放散，提高资源的综合利用效率，进一步改善区域环境，新钢公司从1998年起加大高炉煤气的综合利用，相继建设了6MW和12MW汽轮发电机组3台，利用富余的高炉煤气进行发电。这3台汽轮发电机组均采用传统的直流励磁机励磁调节器励磁方式。随着电力系统的发展，对发电机组励磁控制系统提出了更高的要求。除维持发电机电压水平外，还要求励磁控制系统能对电力系统的静态和暂态起作用。在提高励磁控制系统的可靠性及实现复杂控制规律的控制方面，微机型励磁调节器具有明显的优势。

　　2励磁装置的性能比较传统的励磁方式为直流励磁机励磁方式，这种方式原理简单，接线明了，但运转噪音高，反应速度慢，故障率高，整流子和炭刷维护困难，而且维修期长，励磁发电机励磁线圈引出线老化，焊接接头松动，整流子易积炭粉导致片间短路产生环火，炭刷更换往往制约着发电机的长期运行，炭刷材质不同易烧等。

　　2.1直流励磁机励磁调节装置（1）调试繁琐。调节器外反馈磁放大器负载特性曲线、电压校正器输出特性曲线、输出特性曲线是通过作图法求取。因调节器的实际元件参数之差导致作图法求出的理论曲线与实际值偏差很大，这些曲线必须由实验求取作出。

　　（2）调整复杂。调节器各元件的主要技术参数分别列在8个图表内（调节器主要元件有相复励变压器BKF、电抗器DK、三相测量变压器BC、磁放大器fc、自耦变压器BZ、非线性整流器Z fl、线性整流器Z XL、磁放大器整流器Z fc，其主要技术参数通过厂家给出的8个图表选择），元件在接线板上的换接列在6个图表内，在具体的KFD－3调节器内，以上数据可能与实际情况有些不符，单纯地改变某个元件的参数，往往要重新校验，甚至整个调试从头开始，代入公式重新验算。

　　（3）反馈相互交错，更增加了调试的难度。例如校正器输出电流负反馈的减小或正反馈的增大，可使调节器输出电流的斜率增加，故负反馈减小过渡过程的振荡，提高调节器的稳定度，而正反馈增加过渡过程的振荡，降低了调节器的稳定度，同时负反馈增加调节器的负调差率，减小调节器的正调差率。而正反馈则相反。

　　（4）调试周期长，维护较难。仅6MW发电机KFD－3调试，需要省电力试验中心技术专家三个星期的时间，可见必须由具有相当专业技术水平的人员才能完成这项工作。

　　2.2半导体励磁调节装置目前大多采用70年代的模拟控制技术，设计线路复杂，元件较多，装置整体性能不高，调试步骤繁多，分立元件技术参数离散性大，受温度影响大，易产生零点漂移及温度漂移，给维修及调试工作带来相当大的困难，尤其是故障波形的随机性，往往导致元件损坏或装置无法工作，且故障内容不明确。

　　2.3数字式同步发电机自动调节装置综合现代励磁控制理论采用数字控制技术。其主控单元通过对运行参数、运行曲线及特性曲线进行优化处理，达到了对同步发电机的最优控制。

　　FYS2采用液晶显示技术，充分运用了数控调节器的优良控制算法，因而，功能更齐全，设计更可靠，性能更优良，抗干扰性好。3FYS2微机励磁装置的工作原理显示的是按给定发电机外特性进行调节的闭环系统。

　　由发电机机端电压互感器1PT电压、仪表2PT电压和定子电流互感器CT电流来的信号输入微机励磁调节器。直流信号有调节器输出电流和反映装置电源电压的信号。各路信号经各自的信号处理及变换电路对信号滤波、隔离放大，变换成适合于A／D采样的信号。这些信号送入A／D变换器，由程序控制依次进行模数转换成数字量，存放在存贮器中，供微机励磁调节器使用。

　　微机励磁调节器利用以上采集转换后的数据，经过数据计算处理，得到发电机机端电压和无功电流的对应值U c和I w。调差计算是使系统静态特性具有一定的调差率δ（发电机外特性曲线斜率），计算发电机机端电压U c与参考电压U g之差，调差计算输出值与差值比较，得到偏差值e＝U g－U c－δiw（式中δ也称为调差系数），并进行PID运算后得到一个控制量。

　　PID的调节目的是使e趋于0。根据PID计算输出值的控制量大小来改变可控硅的控制角。两片定时电路8253输出的六个单脉冲，经组合、功率放大形成双窄脉冲经过脉冲变压器隔离去触发晶闸管。

　　当触发脉冲的控制角减小时，输出到发电机励磁线圈的电流就增大，反之则减小。为解决响应的快速性与调节的稳定性之间的矛盾，本调节器采用了变增益的PID调节规律。

　　PID的计算式：ΔY k＝K b〔K p（e k－e k－1）＋k i e k＋k d（e k－2e k－1＋e k－2）〕式中，ΔY k―――输出增量；k p、k j、k d―――比例、积分和微分系数；k b―――变增益分子（为e k的函数）；e k、e k－1、e k－2―――本次，上一次和上二次的偏差值。

　　4微机励磁装置的应用由于新钢公司是利用富余的高炉煤气进行发电，汽轮发电机组的运行负荷随高炉煤气量波动而经常改变，要求发电机励磁系统调节功能更强。为此，新钢公司在2004年新建15MW汽轮发电机组中引进数字式同步发电机自动调节装置。该励磁装置综合运用了同步发电机的现代励磁控制理论，采用流行的数字控制技术。

　　其主控单元通过对同步发电机的运行参数、运行曲线及特性曲线进行优化处理，达到了对同步发电机运行的最佳控制。

　　4.1调节器选用有16路开关量输入、16路开关量输出通道。主控室对调节器工作方式的选择，增、减励磁操作，主断路器和灭磁开关等状态量作为开关量输入信号以及故障告警等开关量输出信号都是经过光电隔离与CPU接口的。

　　4.2励磁调节器中设有保护功能模块如失脉冲检测，低励磁限制，过励限制，V／Hz限制，PT断线保护等，它们都是通过软件来实现的。

　　4.3励磁调节主回路（功率输出部分）采用三相全控晶闸管整流桥。改变晶闸管U 1～U 6的控制角即可得到不同值的直流电压，控制角越大直流输出电压就越小。

　　5结束语实践证明，我厂引进的微机励磁调节装置具有硬件简单，可靠性高，技术先进，性能优良，既减轻了操作工人的劳动强度（自动调励，不必人工时刻关注和调节），又避免了负荷波动引起的励磁故障（人为操作的滞后性引起），还消除了磁场变阻器的发热和接触故障，进一步使控制及主回路接线简单，操作简单明了，是当前同步发电机改造及选型的理想产品，为其余3台发电机励磁系统的改造奠定了基础。

　　针对冶金行业电网谐波污染严重及电网故障（尤其是重大短路，瞬间低电压），将引起发电机整流波形畸变及强励（过励）动作，甚至低周自动甩负荷，诱发微机保护装置误动，为此，发电机的励磁调节控制系统可在主回路或模拟量输出回路增加消谐装置。