微机励磁调节器的控制模式与装置配置

       微机励磁调节器作为控制发电机磁场电流的关键设备，其运行模式决定了发电机电压和无功功率的调节策略。主流的运行模式有两种：

1. 恒机端电压（自动）模式

       这是励磁调节器最核心的闭环自动运行状态。其首要目标是精确维持发电机端电压在设定值。控制环路通常以发电机端电压为反馈量，采用PID（比例-积分-微分）算法进行实时调节。为了进一步提升电力系统运行的稳定性，现代数字式励磁调节器在此模式下还可叠加更复杂的控制策略，如电力系统稳定器（PSS）、线性最优励磁控制（LOEC）或非线性励磁控制（NEC）等附加功能。恒机端电压模式是调节器正常运行的标准选择。

2. 恒励磁电流（手动）模式

       如同传统模拟调节器，数字式励磁调节器通常也具备独立的“手动”运行通道。在此模式下，调节器直接以励磁电流为控制目标。输入的实际励磁电流信号与设定值进行比较，经过比例（或比例积分）运算后，输出控制量驱动移相触发回路。由于自动模式的电压调整范围有限，在特定场合，如发电机安装调试、检修后或事故跳闸后的零起升压试验时，手动模式因其调整过程平稳且范围宽广的特点而被优先选用，用于精确控制励磁电流或间接调节机端电压及无功功率。

       此外，根据具体需求，调节器还可能支持其他辅助运行方式，例如：恒无功功率/恒功率因数模式、跟踪母线电压模式，以及确保平滑转换的手动/自动模式跟踪与切换功能。

       装置可靠性增强配置，鉴于单套调节器系统难以满足对运行可靠性的高要求，工程实践中广泛采用硬件冗余技术。主流方案包括双重化系统和三机系统。

3. 双重化系统（双机互为备用）

       此方案包含两台硬件结构、软件逻辑完全一致的数字调节器单元（主机A和备机B）。两机接收相同的传感器输入信号，执行完全相同的计算过程。正常情况下，仅在线运行主机发出的触发脉冲有效控制励磁系统。当在线主机因软硬件故障导致功能失常或失磁失控时，系统必须具备自动且即时切换到备机接管控制的能力。此外，系统应支持在无故障情况下的运维人员手动切换。

       为确保切换过程的平稳无扰，备机必须实时跟踪主机的工作状态（即所谓“热备用”状态）。关键跟踪内容包括电压设定值、励磁电流设定值以及控制算法各环节的中间输出结果等。一旦主机发生切换，新上线的调节器（原备机）能立即基于最新的跟踪值无缝输出控制量。实现方案通常利用RS-232或其他高速通信接口（如CAN、以太网）在两机间建立周期性数据同步链路，跟踪更新速率通常与主控程序循环周期同步（即每个运算周期更新一次跟踪数据），以达到快速、精准的无扰切换效果。若主机出现软件跑飞等情况，经多次软件复位尝试无效后，系统也应强制切换至备机运行。

4. 三机系统

       此方案通过投入第三套调节器硬件来进一步提升整体可靠性与安全性。三机方案又细分为两种主要类型：

4.1 三机备用（2+1冗余）方式：

       其基本逻辑是构建两层冗余。首先，包含一个双机互为备用单元（如A机+B机，工作逻辑同前述双重化系统）。在此之上，额外增设一台后备机（C机）。当核心的双备用单元（A和B机）均发生故障而失效时，C机应能自动投入运行并接管控制。C机的功能设计灵活：理想情况下可与A/B机功能完全一致；为降低成本，亦可设计为仅支持恒励磁电流（手动）等基本运行模式，其目标是在核心系统故障时维持发电机安全退运或维持基本可控。该方式以显著增加的硬件成本为代价，换取了极高的容错能力。

4.2 三取二表决方式：

       在此模式下，三套调节器均实时在线并行运行，共享相同输入信号，软硬件结构严格一致。系统输出最终控制命令的机制是“表决”：任何时刻，如果有两套（或以上）调节器的计算结果一致，则该结果作为有效输出命令发送至励磁执行机构。若同时有两套及以上单元故障（例如输出值异常且不兼容），则系统可能无法形成有效命令输出。因此，在单纯避免整套系统完全失效的“可靠性”指标上，此方式相较双重化系统提升有限。其核心优势在于极大地提升了“安全性”（Safety）：能有效防止因单一调节器单元内部故障（硬件或软件错误）导致产生错误且得以执行的控制信号，从而避免误强励、误强减或失控等恶性事故。正因如此，三取二表决机制在要求极高拒动率和误动率（Safety Integrity Level - SIL）的场合（如关键继电保护装置）应用广泛。尽管目前在常规励磁调节器领域应用案例尚少，但其作为提高运行安全性的一种理论可行方案值得探讨。