UNITROL F Systèmes d excitation pour machines synchrones avec et sans excitatrice tournante

UNITROL F Vue d ensemble du système Fig. 1: Configuration principale du système UNITROL F UNITROL F est une ligne de production de régulateurs automatiques de tension et de systèmes d excitation statique pour une régulation exigeante de machines synchrones de tous genres. Gamme de produits UNITROL F systèmes utilisés comme régulateur de tension automatique (AVR) avec une alimentation 50/60 Hz et convertisseur à thyristors avec une alimentation CA de fréquence plus élevée ou CC avec étage de puissance IGBT Systèmes d excitation statique (SES) avec une alimentation 50/60 Hz et convertisseur à thyristors. Un grand choix de composants de puissance et de fonctions logiques permettent de remplir les exigences techniques les plus élevées. Régulation digitale UNITROL F est un système à microprocesseur entièrement digital. La régulation de tension efficace a des temps de réactions courts (env. 20 ms) et une grande précision (env. ± 0,5 %). Les logiciels bien structurés offrent de nombreuses fonctions standardisées (par ex. limiteurs) et fonctions additionnelles comme par ex. le stabilisateur d oscillations. Commande locale L UNITROL F est équipé d une console de commande locale qui permet de modifier les paramètres du système ou d adapter en ligne le programme d application. La commande et la surveillance du système sont aussi possibles depuis un PC via le logiciel de maintenance CMT. Ceci est très utile à la mise en service. Communication Indépendamment de l interface standard pour la commande à distance, l UNITROL F est livrable avec une interface de communication série pour différents protocoles de commande et de surveillance à distance. Toutes les interfaces ont une séparation galvanique via des relais ou des opto-coupleurs. Diagnostique La technologie à microprocesseur permet un diagnostique très étendu des fautes. La localisation des fautes se fait avec la console de commande ou par le logiciel optionnel CMT. Configuration de base (Fig. 1) Le régulateur de tension et l excitation statique sont livrables comme: Système monocanal (SFE) qui consiste en un module d excitation avec convertisseur de puissance et carte de calcul pour les deux modes de service AUTO(matique) et MANUEL Système à double canal automatique (AFT) avec deux modules d excitation identiques, ayant chacun un convertisseur de puissance et une carte de calcul. Les modes de service AUTO et MANUEL sont possibles dans les deux canaux. Une commande de poursuite assure une commutation sans à-coups d un mode de service sur l autre et entre les canaux. SFE régulateur de tension AUTOMATIQUE et régulation MANUELLE (régulateur d excitation) AUTO MAN AFT système à double canal - canal I régulateur AUTOMATIQUE et MANUEL - canal II régulateur AUTOMATIQUE et MANUEL AUTO I MAN I AUTO II MAN II Page 2

ACT LOC REM PAR RESET FUNC REF COM SEL UNITROL F Configuration du système AVR Régulateur de tension 1) 2) Alimentation CA 1- ou 3-phasée 16,6 500 Hz ou alimentation CC UNITROL F pour système d excitation avec excitatrice tournante; convertisseur de puissance avec 1) transistor IGBT pour tension alternative 16,6... 600 Hz et tension continue ou Alimentation pour l électronique 110/220 V CA 24-48/110-250 V CC Option: double canal 2) thyristors pour tension alternative 50/ 60 Hz ou Console de commande Module d excitation Module d excitation thyristors pour tension alternative jusqu à 500 Hz I 0 ENTER RS485 isbx Canal I RS485 isbx Canal II UNITROL R F Entrées/sorties de base 24 V Entrées/sorties optionales 24 V...... Connexion au choix vers le canal I ou canal II 2 entrées et 2 sorties analogues 16 entrées digitales 16 sorties digitales 2 entrées et 2 sorties analogues 16 entrées digitales 16 sorties digitales SES Régulateur de tension Régulateur de tension Option: double canal UNITROL F pour excitation statique avec convertisseur de puissance à thyristors (50/ 60 Hz tension alternative) Fig. 2: Interface du système UNITROL F, configurations mono et double canal Page 3

UNITROL F Etendue du logiciel fonctionnel Un logiciel bien structuré et stable avec beaucoup de blocs fonctionnels permet une utilisation optimale du système adapté aux besoins de l utilisateur. Etendue fonctionnelle du programme standard Il comporte les fonctions d excitation spécifiques suivantes: Fonctions de base de la régulation Régulateur de tension avec asservissement PID (mode de service AUTO) Régulateur du courant de champ avec asservissement PI (mode de service MANUEL) Compensation courant réactif et/ou actif Régulateurs de limitation pour Courant de champ maximum et minimum Courant statorique surexcité et sous-excité Limitation du courant d excitation minimum Gradient Volt/Hertz Commande de poursuite AUTO AUTO (seulement pour système double canal) AUTO MANUEL Régulation de cos ϕ ou de puissance réactive Montée en douceur, lors de l amorçage, de la tension en mode de service AUTO Limitation dans le mode MANUEL. Fonctions de régulation additionnelles Stabilisation des oscillations polaires (selon IEEE - PSS2A). Fonction de surveillance de base Durée de l amorçage Protection surcourant (immédiate / retardée en fonction du surcourant) Interruption de l excitation Surveillance de la température du convertisseur Surveillance de la conduction des thyristors Surveillance des transformateurs de potentiels Surveillance de la tension minimale de l alimentation principale Surveillance de la tension minimale de l alimentation additionnelle. Fonctions de surveillance additionnelles Surveillance des diodes tournantes Surveillance de la température rotorique (seulement excitations statiques) Protection Volt/Hertz. Les fonctions de surveillance et de protection sont réparties en trois paliers: Seulement affichage d alarmes Commutation sur le deuxième canal (pour autant qu il soit présent), afin d éviter un déclenchement Déclenchement immédiat pour cause de fonctionnement de la protection. Fonctions de commande Les déroulements et verrouillages séquentiels spécifiques à l excitation sont à disposition dans des blocs de fonction invariables. Blocs de fonctions pour applications En supplément des blocs standard du logiciel principal, l utilisateur a à disposition des blocs de différentes sortes pouvant être employés selon les besoins. Ce sont des procédures d application testées comme une augmentation des entrées /sorties, des fonctions de surveillances spécifiques etc. Enregistrement des données Le logiciel de l UNITROL F contient un enregistreur qui peut mémoriser chronologiquement jusqu à 100 événements et alarmes. L enregistrement peut être lu et analysé depuis la console de commande ou depuis le logiciel CMT. Il est possible de mémoriser jusqu à six signaux de mesure, reproduisables graphiquement à tire d analyse à l aide du logiciel CMT. Surveillance du calculateur Auto test A l enclenchement de la tension d alimentation le processeur démarre un test automatique. Test des mémoires RAM et ROM pendant la phase d initialisation. L unité centrale surveille également les différentes tensions d alimentation. Surveillance du déroulement du programme La carte de calcul contient une fonction interne Watch dog, qui surveille le déroulement du programme. Page 4

UNITROL F Fonctions d agrandissement La fonctionnalité d un système UNITROL F peut facilement être agrandie. Certaines fonctions nécessitent du matériel et des logiciels supplémentaires. P U c U G I e Stabilisation des oscillations polaires (PSS) La stabilisation des oscillations polaires sert à amortir les oscillations de charge de l alternateur ainsi qu à améliorer sa stabilité et celle de tout le système de transmission par l action adéquate de l excitation. Le stabilisateur influence l entrée du régulateur de tension il est spécialement efficace avec les systèmes statiques mais a aussi un effet sur les systèmes avec excitatrices tournantes (Fig. 3). La stabilisation des oscillations polaires de l UNITROL F est basée sur IEEE PSS2A (elle prend en compte la puissance d accélération). La fonction de stabilisation de l UNITROL F nécessite un logiciel et une carte additionnelle, cette dernière sera implantée sur l unité de traitement des signaux. Entrées / Sorties additionnelles P U c U G S il s avère nécessaire d avoir des entrées / sorties supplémentaires, il est possible d augmenter le système avec 16 entrées et 16 sorties. Cette interface est constituée d une carte implantée dans l armoire et qui sera reliée à l unité centrale du module d excitation. Une autre variante d agrandissement permet d agrandir le système de régulation de tension avec deux entrées et deux sorties analogiques. I e Fig. 3: Réponse à un saut de consigne sans (en haut) et avec stabilisateur (en bas) pour un système d excitation avec excitatrice tournante d un alternateur de 1140 MVA (P = 860 MW, saut de consigne de 5 %) Surveillance des diodes tournantes Ce circuit détecte un court-circuit ou une interruption dans une branche du redresseur tournant d un système sans balais et fonctionne dans un large domaine de vitesses. Un filtre du 8 ème degré synchronisé sur la vitesse de rotation détecte les harmoniques de la fondamentale de l excitatrice à partir d un signal provenant du courant d excitation. Le circuit est capable de faire la différence entre un court-circuit et une interruption dans une branche. Une carte particulière sera embrochée sur l unité de traitement des signaux. 273 246 Fig. 4: Cartes pour fonctions additionnelles Page 5

Programmation de l UNITROL F Malgré que le système UNITROL F quitte l usine avec les fonctions désirées par le client, il est possible de l adapter ultérieurement. Le logiciel de l UNITROL F est divisé en deux parties soit: le programme standard et celui d application. Programme standard Le programme standard est installé dans chaque module. Si une fonction de programme n est pas désirée, elle sera bloquée par la mise en place d un paramètre. Chaque système est prévu d usine avec l installation des paramètres individuels. L enclenchement / déclenchement de telles fonctions ou la modification de paramètres en ligne ou hors ligne peut être effectuée depuis la console de commande ou depuis le logiciel CMT. Programme d application Certaines applications nécessitent un agrandissement du programme standard. A cet effet, il est possible de modifier les liaisons des blocs de fonction standard et d en introduire différentes autres. Logiciel de développement GAD Le logiciel graphique de développement (GAD) est un programme d application pour PC, qui comporte les caractéristiques suivantes: Programmation du programme standard et d application Editeur graphique pour produire et modifier la documentation du programme (Fig. 5) Représentation définie par l utilisateur des documents Production de nouveaux symboles de documentation. Les programmes d application produits avec GAD seront chargés dans le module d excitation avec le CMT. Programmation avec la console de commande Les modifications en ligne du logiciel standard ou d application peuvent être effectuées depuis la console de commande: Démarrage du programme Relier des entrées sorties de blocs de fonctions Modification de liaisons de blocs de fonctions Rajouter ou enlever des blocs de fonction Modifier le déroulement de l exécution de blocs de fonction Affichage de paramètres de blocs de fonction du logiciel d application. Fig. 5: Représentation GAD, segment d un diagramme de programme d application Page 6

UNITROL F Mise en service et maintenance Le logiciel de mise en service et de maintenance CMT basé sur Microsoft Windows, est aussi utilisable pour l exploitation et la surveillance du système d excitation. Logiciel de mise en service et de maintenance (CMT) Ce logiciel permet par exemple d exécuter en ligne des modifications du programme d application, d observer le fonctionnement du système et de modifier les paramètres. Le logiciel montre une représentation sur écran d où il est possible simultanément de commander le système et de vérifier son état. Il contient les fonctions décrites ciaprès: Représentation du déroulement des signaux L utilisateur peut observer depuis cette fenêtre le déroulement en temps réel d au maximum six signaux choisis, il peut aussi mémoriser l image afin de pouvoir l observer plus tard (Fig. 6). Tous les signaux disponibles dans le système peuvent être sélectionnés pour cette représentation. La sélection de chaque signal y compris les paramètres nécessaires de l échelle et offset se fait par un menu facile à manier. Représentation du programme d application Cette fenêtre montre le diagramme des blocs de fonction programmés avec le logiciel GAD (Fig. 7). L utilisateur peut aussi regarder les valeurs réelles des points choisis. Fenêtre des paramètres et signaux Cette fenêtre permet à l utilisateur de modifier des paramètres ou signaux qui se trouvent sous la forme d une tableau. Chaque paramètre ou chaque signal peut être attribué à un paramètre ou groupe de signaux. Ensuite il est possible de choisir dans un de ces groupes les valeurs des paramètres et signaux afin de les travailler. Autres fenêtres Montre les enregistrements d alarmes Cette fenêtre montre chronologiquement les dernières 100 alarmes et fautes. Fonctions du système Dans cette fenêtre, l utilisateur trouve les mêmes indications et touches que sur la console de commande. Indication de l enregistrement des données Cette fenêtre montre chronologiquement la suite des inscriptions actuelles de l enregistrement des données (six canaux avec chacun 1000 points). Fig. 6: Représentation du comportement de signaux avec CMT Fig. 7: Représentation du programme d application et d affichage avec CMT Page 7

ACT LOC REM PAR RESET FUNC REF COM SEL UNITROL F Système de communication Fig. 8: Liaison du système de communication Pour transférer des données entre deux canaux et la console de commande, l UNITROL F utilise une liaison série. Pour avoir une liaison rapide et sûre avec le logiciel CMT, le module d excitation est relié au PC par une connexion optique (Option). Un coupleur de bus (interface série) permet de communiquer par différents protocoles depuis un système de contrôle-commande supérieur avec la commande et la surveillance de l UNITROL F. (Option). ENTER Canal 1 Canal 2 I UNITROL R F 0 Console de commande Bus de console Le bus de console est une liaison série (protocole MODBUS), basé pour le niveau des signaux sur RS485, taux de transmission 9600 Baud. Le bus est utilisé pour le raccordement de la console de commande ainsi que pour l échange de données avec le deuxième module d excitation des systèmes double canal (Fig. 8). Liaison optique pour la mise en service et la maintenance Le système UNITROL F peut être relié par une liaison optique (option) avec un PC, sur lequel aura été installé le logiciel CMT. Ceci permet une communication sûre et rapide avec le système tout en gardant la fonctionnalité complète du CMT. La commande de l excitation depuis le PC est possible. Le taux de transmission est de 1,5 MBaud. Pour pouvoir utiliser cette caractéristique, un Laptop sera équipé d une carte PC et l ordinateur normal d une carte SNAT 608CMT ISA, la liaison se fait par un convertisseur électro / optique. La carte additionnelle SDCS-COM, qui se trouve dans le module d excitation sera commandée séparément. Coupleur de bus SDCS COM DDCS liaison optique PC-CARD SNAT 608 CMT Bus RS 485 Laptop ou Desktop PC Coupleur de bus Master Liaison optique avec le contrôlecommande supérieur Une communication avec un système de contrôle-commande supérieur (appelé Master par la suite) est également possible. Les protocoles suivants sont à disposition: MODBUS, MODBUS+ ou Profibus. Pour chaque canal du système d excitation, un adaptateur de bus permet la liaison avec le Master via le câble RS485. La liaison assiste six mots (à 16 Bit) dans chaque direction. Deux mots dans chaque direction sont nécessaires pour la commande du Master. Les mots restant sont utilisables pour n importe quel signal d entrée / sortie. ABB Suisse SA Systèmes d excitation statique, régulateurs de tension et appareils de synchronisation CH-5300 Turgi / Suisse Téléphone: +41 (0) 58 589 24 86 Télécopieur: +41 (0) 58 589 23 33 Email: pes@ch.abb.com Internet: www.abb.com / unitrol Pour plus d information sur les produits UNITROL voir notre site Internet www.abb.com / unitrol 3B HT 490 103 R0507 Imprimé en Suisse (0203-PDF) Dans l intérêt du développement technique, nous nous réservons le droit à toutes modifications.