在跟踪水电站发电配置设备中，关健在于网路电压、配送电变压器、励磁装置、发电机控制、技术操作。调压（无功功率）系统 　发电机无功功率的调节主要取决于发电机的调压系统。调节调压系统的电压给定值就可调节发电机承担电网中无功功率的大小。这也是维持电网电压恒定的主要措施。调压是通过调节发电机励磁绕组的励磁电流来实现的。为了保证并联电网的稳定性，调压特性也应该是下垂的有差特性，调差系数不大于2～5％，调压特性的离散度也要尽可能小。为了克服短期的故障失压，调压系统还应该有足够大的强励能力和响应速度。为此，人们用反馈控制和复合控制原理来设计调压器。单机组运行的小电站曾经用扰动调节原理来设计它的调压器,但由于它的调压特性离散度大,没有特殊措施配合不能并联运行，现在已很少用这种原理来设计调压器。
　　早期的调压器曾经广泛应用按负反馈控制原理设计的碳阻调节器。它的响应速度慢、调节死区大，很快被以磁放大器为主要组件的复合控制原理所代替。但是，磁性元件电磁惯性大，用它组成的调压系统，其静态调压精度和动态稳定性之间的矛盾难于得到根本解决。20世纪70年代以后出现的大功率半导体器件，具有很大的功率放大倍数和极小的电磁惯性。采用这种器件的调压系统静态精度高、离散度小，动态品质指标好，能大大地提高调压系统的性能，已得到广泛的应用。随着单机容量和并联电网容量的扩大，采用快速励磁调节器之后，电网的阻尼作用减弱，只用电压负反馈、电流正反馈的复合调节原理设计的调压系统不能完全满足稳定性的要求。70年代以后，在原有的调压系统中增加了转速、频率、发电机电磁功率等物理量作为内反馈，称为电力系统稳定器，简称PSS。它能提高调压系统的稳定性,已获得广泛应用。同时期人们又开始研究全状态反馈的最佳励磁控制系统。
　　自动操作和保护装置 　根据发电机运行操作程序，为在故障状态下保证发电机和电力系统的安全，还需要配备相应的自动操作和保护装置。大中型发电机组采用自动同步装置(准同步或自同步)来保证机组在正常或紧急状态下能迅速起动并投入电网运行。水轮发电机组有时需要工作在调相运行状态或抽水蓄能的水泵状态，有时又要工作在发电机状态，因此机组应该有相应的控制装置，以保证这些运行状态的自动切换。在故障状态下，应能迅速地从并联电网中解列出来，甚至必要时停机。通常还设有发电机内部故障（定子和转子绕组短路、断线或接地等）和外部故障（电网短路、过电压等）的保护装置等。当发电机处于过负荷、过电压、低频率、低励磁或失励磁等异常运行状态时，还应该有相应的保护装置发出报警信号，或自动采取相应措施以消除异常状态。上述要求往往用继电逻辑线路来实现，统称继电保护装置。随着固体电路的发展，快速、灵敏和功能完善的电子逻辑保护装置获得应用。现在人们正在研究应用微处理机来实现上述各种要求。http://s9/mw690/001ZxEAVgy6KWbCA7Y408&690
                                                                 http://s8/mw690/001ZxEAVgy6KWbPknAjd7&690

当发电机单机运行时，励磁调节器通过调整发电机的励磁电流来调整发电机的端电压，当电力系统中有多台发电机并联运行时，励磁调节器通过调整励磁电流来合理分配并联运行发电机组间的无功功率，从而提高电力系统的静态和动态稳定性。

在同步发电机的控制系统中，励磁调节器是其中的重要组成部分。当发电机单机运行时，励磁调节器通过调整发电机的励磁电流来调整发电机的端电压，当电力系统中有多台发电机并联运行时，励磁调节器通过调整励磁电流来合理分配并联运行发电机组间的无功功率，从而提高电力系统的静态和动态稳定性。因此，国内外相关专业人士一直致力于励磁调节器的研究。励磁调节器的发展也由机械式到电磁式，再发展到今天的数字式。目前，数字式励磁调节器的主导产品是以微型计算机为核心构成的，但其造价高，需要较高技术支持，在一些小型机组上推广有一定难度。由此，出现了以MCS-51单片机为核心的励磁调节器MCS-51单片机内部资源较少使得外围电路复杂，从而影响了整个励磁控制系统的精确性、快速性和稳定性。这里提出了一种基于PIC16F877的同步发电机自并励微机励磁调节器的设计方法。

PIC16F877是美国Microchip公司生产的PIC16F87X系列芯片中功能最为齐全的微控制器。它可以实现在线调试和在线编程，内部带有8路10位A/ D 转换器 ，8KХ14位FLASH程序存储器,368Х8位RAM,256Х8位的EEPROM,14个中断源和3个定时/ 计数器,片内集成多达15个外围设备模块，因此外围电路大大简化，成本降低。

自并励微机励磁调节器基本工作原理
为自并励励磁系统的原理接线图。发电机励磁功率取自发电机端，经过励磁变压器LB降压，可控硅整流器KZL整流后给发电机励磁。自动励磁调节器根据装在发电机出口的电压互感器TV和电流互感器TA采集的电压、电流信号以及其它输入信号，按事先确定的调节准则控制触发三相全控整流桥可控硅的移相脉冲，从而调节发电机的励磁电流，使得在单机运行时实现自动稳压，在并网时实现自动调节无功功率，提高电力系统的稳定性。

发电机的线电压UAC和相电流IB分别经电压互感器和电流互感器变送后，经鉴相电路产生电压周期的方波脉冲和电压电流相位差的方波脉冲信号送PIC16F877微控制器，用PIC的计数器测量这两脉冲的宽度，便可得到相位差计数值，即电网的功率因素角。然后通过查表得出相应的功率因素，进一步求出有功功率和无功功率。

控制单元选用一片PIC16F877单片机，因PIC16F877单片机内部有A/D转换功能，从而不用外部A/D模块，这样减少了外部器件，降低了成本，增强了抗干扰能力。PIC单片机根据从输入通道采集的发电机运行状态变量的实时数据，进行控制计算和逻辑判断，求得控制量。在可控硅整流电路中，要求控制电路按照交流电源的相位向可控硅控制极输出一系列的脉冲，才能实现可控硅顺利导通和自然换相。“同步和数字触发控制电路”的作用就是将计算机CPU计算出来的、用数字量表示的可控硅控制角转换为触发脉冲。由功率放大电路将触发脉冲放大后去触发可控硅，从而控制励磁电流。

3.1 CPU控制模块

CPU控制模块是励磁调节器的控制核心，采用美国Microchip 公司生产的PIC16F877 单片机。PIC16F877具有独特的RISC(精简指令集) 结构,数据总线和指令总线分离的哈佛总线结构,使指令只有单字长的特性,且允许指令码的位数可多于8 位的数据位数,这与传统的采用CISC 结构的8 位单片机相比,可以达到2∶1 的代码压缩,速度提高4 倍。PIC16F877内部带有8路10位A/ D 转换器，8KХ14位FLASH程序存储器,368Х8位RAM,256Х8位的EEPROM,14个中断源和3个定时/ 计数器,片内集成多达15个外围设备模块。此外，还有低功耗睡眠模式和片内看门狗电路，易于实现低功耗设计和抗干扰设计。

3.2 数据采集模块

PIC单片机励磁调节器采集反映发电机运行工况的4个模拟信号，即发电机机端电压UAC和定子电流IB，励磁电压UL和励磁电流IL。这4个模拟信号经过整形滤波后，分别送入对应的4片采样保持器LF398，采样保持器在PIC16F877微控制器RE1脚产生的同步控制信号下，完成4路信号同步采样，将此4路被测信号分别接入RA0、RA1、RA2、RA3 4个10位A/D端口引脚。模拟输入的模拟参考电压可以在寄存器中设定。PIC16F877的A/D转换结果储存在两个8位的寄存器ADRESH和ADRESL中。由于PIC的A/D模块是电压输入的，所以在回路输入中，电压信号可以直接输入，而电流信号要在输入处接一适当电阻，将其转换成电压后再输入。当A/D模块的输入中有输入电压超过它的最高输入电压5V时，就可能损坏器件。因此，在A/D输入端接上对地5V的稳压管，这样，当有高于最高允许电压的输入电压出现时，利用稳压管可以把它稳定在正常的范围之内。

开、停机，起、停励，手、自动，增、减功率等开关量通过光电隔离后与PIC16F877的端口B相连。

3.3 显示模块

  为了节约引脚，利用PIC16F877单片机强大的I/O扩展功能，采用MSSP模块的SPI方式和移位寄存器芯片74HC595实现数码管的静态显示。

3.4 通信模块

目前，绝大多数励磁系统与上位机的通信采用RS-485。RS-485是一种半双工的通信协议，只能构成主从式结构的通信网络，通信联络方式为命令型。这种机制使得在构建大型复杂工业现场的实时测控网络时存在不足。CAN总线具有点对点、一点对多点、全局广播传送数据等功能，以及可靠性高、抗电磁干扰能力强、传输速率快、通信距离较远、易于使用和维护、便于网络扩张等优点，并考虑到励磁系统是在强电磁干扰环境中使用，所以本系统使用CAN总线通信。PIC16F877芯片没有集成CAN功能模块，但可以通过其SPI方式和CAN控制器MCP2510芯片与带智能适配卡的PC机实现CAN通信。

4 微机励磁调节器软件设计

PIC微机励磁调节器的软件采用PIC16F877的汇编语言和C语言混合编程，人机界面友好，操作简单。另外，采用模块化设计思想，以主程序为核心，设计了各功能模块子程序，使大量的功能在子程序中实现，简化了软件设计结构。子程序模块主要包括系统初始化及上电自检模块、PID调节模块、运行方式跟踪模块、过励和欠励控制模块、开停机模块、通信模块等。

系统提供了三种不同的运行方式，即恒电压调节、恒励磁电流调节、恒无功功率调节。不同的运行方式可以通过键盘切换和设定给定值，此外，系统还设置了运行方式跟踪模块，即备用运行方式输出对当前运行方式输出的跟踪，以实现运行方式切换时的无扰动。

由于励磁系统有惯性和滞后的控制对象，同时要求有较高的控制精度和较快的响应速度，因此本设计中采用改进型PID调节方式，即通过采用积分分离算法消除积分饱和效益，减小超调，同时利用在动态响应中加大比例作用，稳态过程中减小比例作用的变增益方法，消除大偏差，加快过渡过程，使励磁调节器具有较理想的调节特性。

为了提高整个系统的可靠性，除了在上电时进行自检外，在每个计算周期内都进行了检错、容错处理和软件看门狗。

所有发电机的励磁电流都是通过励磁屏上的可调电阻测量，大中型发电机通过一步进电机调整，在励磁屏，并网屏上都可以操作；小型发电机直接手动调整可调电阻；特小型发电机有些不能调整，发电机固定按0.8的功率因素发电。

    从物理结构来说，发电机的定子和转子除了是一个原动力的拖动外，是完全独立、互不干扰的两部分；
    发电机的定子是有功源，产生感应电动势、电流，在原动力的拖动下，向外输出交流电的有功，由原动力（油量、气量、风量、水量等）决定有功功率的大小。
    发电机的转子是无功源、绕组从外部引入直流电建立磁场，在原动力的拖动下，向外输送交流电的无功，由输入转子的直流电大小决定无功功率的大小。
    从电磁原理来说，转子和定子又是紧密联系的，发电机的有功和无功都是由定子输出的，转子的力矩决定有功功率 

       的大小，转子线圈的直流电流决定无功功率的大小。

励磁电压和励磁电流是输入到发电机的励磁绕组中的直流电压与电流，该回路一般串联有磁场变阻器，用于调节励磁电流的大小，以调节发电机输出的交流电压，使得在额定电压附近，满足用户负载的需要。可以手动与自动调节。
励磁电压通常是该发电机的一个绕组利用发电机的剩磁产生出来的交流电压经过整流为直流而得，也有用一个单独的直流发电机来提供。

发电机发电原理：原动机带动发电机转子以额定转速旋转后，由于转子中的剩磁，使副绕组(励磁绕组)中感应出电压，这电压经整流后供给励磁，如这个磁场与剩磁方向一致，则使转子磁通增加，如此反复增强，使发电机建立起空载电压。
发电机的励磁电源经整流后串联有一套调压装置(多级电阻档)，调节电阻档的阻值大小就可以改变转子的激磁电流大小，从而控制电机的输出电压。

（1）发电机在未并网时（或小网运行），通过励磁电流来调整机电压，此时如果转速发生变化也会影响电压，但此时自动励磁调节器会把这个电压调回给定的电压。频率的变化是根据输入发电机的的机械能大小而定，如水能发电机就是依靠调整导叶开度的大小来改变频率的。
（2）发电机在并入大网运行时，因为把大网看成是无限大的，此时，所有输出功率的设备和消耗功率的设备（负载及中间环节）能量保持平衡，就是说电压，频率等参数保持稳定不变。所以在正常运行时单个发电机无法影响电网的电压和频率，而此时单个发电机调节励磁电流就会改变发电机输出的无功分量大小，调节发电机输入机械能的大小可以改变发电机输出的有功分量的大小。输出的视在功率的大小可以在发电机的定子电流大小看出。

     在交流同步发电机中，发电机励磁电压是指加在发电机转子线圈的电压，而励励磁电压是指加在励磁机励磁线圈（一般是转子线圈）的电压，发电机励磁电流是过发电机转子线圈的电流而励磁机励磁电流是指流过励磁机励磁线圈（一般是转子线圈）的电流。

     励磁电流越大，转子磁场越强，同样转速下定子线圈中的感应电动势越高；在空载时，极端电压取决于转子磁场的大小；带上负荷后，由于定子线圈中的负荷电流产生的磁场（电枢反应磁场）和转子磁场共同形成了合成磁场，这时机端电压则取决于合成磁场的大小；由于负荷电流的大小和性质的不同，电枢反应磁场对转子磁场有增强（进相时）或削弱（迟相时）的作用，定子电流中产生这个增强或削弱作用磁场的电流就是无功电流，这个电流乘电压就是无功功率咯；如果无功功率平衡，那么机端电压维持不变，如果负荷变动，电枢反应磁场变化引起合成磁场的变化，机端电压就会波动，那么就需要我们调节励磁电流来调整转子磁场的大小使合成磁场保持不变，以维持机端电压不变。

     无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40瓦的日光灯，除需40多瓦有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80乏左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它不对外做功，才被称之为“无功”。无功功率的符号用Q表示，单位为乏(Var)或千乏(kVar)。

你发电机传输的是视在功率，包括无功和有功。有功大了，功率因数就高了