Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов

Подождите немного. Документ загружается.

вертора (И1—ИЗ), дифференциатор (Д) и исполнительное реле (ИР)

(рис. 4.11).

На вход К1 подается синусоидальное напряжение, пропорцио-

нальное линейному напряжению генератора, где оно преобразуется в

симметричные прямоугольные импульсы (рис. 4.12):

где k = 2n + 1, n = 1, 2, 3, ... — числа натурального ряда.

С выхода компаратора сигнал поступает на входы управляемого

интегратора, К2 и одновибратора. Одновибратор в моменты времени t

формирует импульсы отрицательной полярности длительностью Т,

управляющие работой БЗУ. К2 формирует прямоугольные импульсы

управления интегратором в соответствии с уравнением

В моменты времени t

напряжение на интеграторе будет пропор-

ционально величине определенного интеграла

где τ — период входного напряжения.

Таким образом, в моменты времени t

напряжение интегратора

будет пропорционально периоду входного напряжения. В эти момен-

ты БЗУ запоминает его и хранит на интервале [t

, t

k+1

Выход БЗУ поступает на вход масштабирующего усилителя, ис-

ключающего постоянную составляющую входного напряжения при

номинальном значении частоты, тем самым формируя сигнал, про-

порциональный отклонению периода входного напряжения от номи-

нального значения.

Поскольку T= 1/f, для малых отклонений от номинальных зна-

чений периода ΔT

и частоты Δf

будет справедливо:

Следовательно, напряжение на выходе усилителя будет про-

порционально отклонению частоты напряжения генератора от

номинального значения. Далее оно проходит последовательно через

разделительное звено, инвертор И1, дифференциатор и инвертор И2,

формирующий стабилизирующие сигналы по отклонению частоты от

установившегося значения Δf

и ее первой производной f'

Обрыв электропередачи характеризуется одновременным на-

растанием напряжения, частоты и ее производной. При увеличении

напряжения статора выше определенной величины срабатывает

компаратор КЗ. Если при этом сигналы частоты и ее производной

больше заданных значений, то срабатывает компаратор К4, который

включает исполнительное реле, блокирующее выходные сигналы БЧЗ.

Все типовые элементы АРВ—СДП1 моделируются соответствую-

щими модулями пакета прикладных программ «Модель», позволяю-

щими получать частотные характеристики и переходные процессы для

любой точки схемы при типовых возмущениях (скачок или синусоида)

на входе элемента. Благодаря этому возможно:

— обучение персонала;

— получение диаграмм напряжений в любой точке схемы;

— моделирование возможных неисправностей элементов схемы и

анализ их влияния.

4.5. Математическая модель

автоматического регулятора возбуждения АРВ—СДП1

Модель предназначена для анализа качества регулирования

синхронных генераторов, оснащенных современными системами

возбуждения с регуляторами АРВ—СДП1, и определения запасов ус-

тойчивости при их параллельной работе. Исходя из этого ряд блоков и

каналов, не оказывающих влияния на устойчивость, исключен из

рассмотрения.

Модель представляет собой совокупность передаточных функций

узлов и блоков АРВ (рис. 4.13), отражающих динамические свойства

регулятора в диапазоне частот колебаний от 0.2 до 5.0 Гц.

Физическими входами АРВ являются периодические сигналы из-

мерительных трансформаторов тока и напряжения, пропорциональные

напряжению U

и току I

статора, току ротора I

и суммарному току

группы генераторов I

. Кроме того, в бесщеточных системах воз-

буждения от блока обратной связи (БОС) на вход АРВ поступает

сигнал напряжения ротора U

. Измерительные преобразователи фор-

мируют на основе входной информации сигналы, которые для малых

отклонений можно интерпретировать как изменение напряжения ΔU

частоты напряжения Δf

, реактивных составляющих тока статора ΔI

Rг

и группы генераторов ΔI

RΣ

, тока ΔI

и напряжения ΔU

ротора.

Изменение напряжения ΔU

поступает на один из входов блока

напряжения (БН), имеющего передаточную функцию

6 А. А. Юрганов, В. А. Кожевников

где

определена ранее по (4.1)—(4.3).

Параметры передаточной функции БН зависят от положения пе-

реключателя коэффициента усиления канала напряжения, располо-

женного на лицевой панели блока. Эта зависимость отражена в сле-

дующих значениях параметров:

Статический коэффициент передачи измерительного

преобразователя равен:

На два других входа БН поступают выходные сигналы БРТ-1 и

БРТ-2, пропорциональные изменениям реактивных токов генератора

ΔU

Rг

и группы генераторов ΔI

RΣ

соответственно. Передаточные фун-

кции БРТ-1 и БРТ-2 (4.4) равны:

Величины коэффициентов передачи БРТ-1 и БРТ-2 зависят от

положения переключателей «Компенсация», расположенных на ли-

цевых панелях блоков БН и БРТ-2 соответственно. Эти коэффициенты

изменяются равными долями от нуля до максимальных значений,

соответствующих 10 делениям шкал переключателей:

Знак К

БРТ-1

зависит от положения накладки переключения режимов

работы блока, расположенной на его лицевой панели. Положительный

знак соответствует режиму токовой стабилизации, отрицательный —

токовой компенсации.

Передаточная функция дифференциатора канала напряжения

Передаточная функция блока частоты

Передаточная функция дифференциатора канала частоты

Передаточная функция канала регулирования по производной тока

ротора

Передаточная функция канала жесткой обратной связи

Коэффициент К

ЖОС

= 0÷1 в зависимости от положения переклю-

чателя «ЖОС», расположенного на лицевой панели блока форсиро-

вания (БФ).

Сигналы отклонения и производной напряжения, отклонения и

производной частоты напряжения и производной тока ротора сумми-

руются в блоке усиления, имеющем передаточную функцию

Коэффициент усиления блока усиления равен: K

БУ

= 50 В/В — для

статических систем возбуждения; К

БУ

=115 В/В — для бесщеточных и

высокочастотных систем возбуждения. При этом предполагается, что

коэффициенты усиления статического и бесщеточного возбудителей

составляют соответственно К

ст

= 0.2 е.в.н./В; К

бщ

= 0.8 е.в.н./В.

В результате на выходе АРВ формируется сигнал:

весовые коэффициенты К

, К

1if

в котором имеют размер-

ность [В/В ]. Они линейно зависят от переключателей коэффициентов

усиления каналов регулирования. При положении переключателей,

соответствующих 10 делениям шкалы, коэффициенты равны 1.

Величина коэффициента К

всегда постоянна, не зависит от положе-

ния переключателей и равна 0.13.

При пользовании моделью следует обратить внимание на то, что

все уравнения записаны в именованных единицах и отражают про-

межуточные переменные постоянными напряжениями в определенном

масштабе. Кроме того, уравнение (4.5) учитывает тот факт, что

отечественные системы возбуждения традиционно проектируются

Рис. 4.14. Граница вступления в работу канала

ограничения минимального возбуждения.

таким образом, что отрицательное отклонение U

АРВ

вызывает

увеличение напряжения ротора.

В режимах недовозбуждения необходим учет действия ограничи-

теля минимального возбуждения (ОМВ), который осуществляет ог-

раничение минимальной величины реактивного тока в зависимости от

текущего значения активной составляющей тока генератора. В ОМВ

имеется датчик активного тока статора с передаточной функцией

где а — угол наклона границы ограничения относительно оси актив-

ной мощности. На рис. 4.14 приведен пример определения этого угла

для режима работы генератора при номинальной активной мощности.

Сигнал реактивного тока поступает на вход ОМВ через фильтр,

расположенный в БРТ-1 с передаточной функцией

Выходной каскад ОМВ реализует пропорционально-интегральный

закон регулирования

В итоге для учета работы ОМВ уравнение (4.5) должно быть до-

полнено слагаемым

где К, Т определяются в соответствии с положением переключателя

, как указано выше (на с. 83); К

омв

— коэффициент, ли-

нейно зависящий от положения переключателя на лицевой панели

блока ОМВ. При 10 делениях шкалы этого переключателя К

омв

= 1.

Математическая модель регулятора входит составной частью в

модуль «Расчет переходных процессов пакета прикладных программ

„Модель”» и используется в расчетах статической и динамической

устойчивости синхронных генераторов, работающих в энергосистеме.

Для оценочных расчетов устойчивости математическая модель

регулятора АРВ—СДП1 может быть значительно упрощена. Известно,

что частота собственных электромеханических колебаний ротора

большинства синхронных генераторов, работающих в энергосистеме,

лежит в пределах от 0.8 до 1.1 Гц. Для данного диапазона частот

уравнение регулятора запишется в виде

При этом предполагается, что коэффициенты К

и К

1if

по-преж-

нему имеют размерность [В/В], К

[В/В] = К [В/В], а переключатели

коэффициентов стабилизации по отклонению и производной частоты

находятся в одинаковом положении, т. е. имеют одинаковое

количество делений соответствующих шкал.

Корректность упрощения подтверждается частотными характери-

стиками каналов регулирования. Передаточные функции канала на-

пряжения по полной и упрощенной моделям следующие:

Передаточные функции канала стабилизации «по частоте» соот-

ветственно равны:

где К

= К

Для канала стабилизации по производной тока ротора

Сравнение частотных характеристик, вычисленных по (4.7)—

(4.12), показывает, что замена полных уравнений

математической

модели упрощенными для диапазона частот 0.8—1.1 Гц приводит к

погрешности не более чем 2 дБ по амплитуде и 20° по фазе, что впол-

не допустимо при оценочных расчетах низкочастотных границ ус-

тойчивости. Оценка высокочастотных границ устойчивости по упро-

щенным уравнениям приводит к большой ошибке, поэтому ими нельзя

пользоваться для этих целей.

Если выразить коэффициенты усиления в именованных единицах

(К

[е.в.н./е.н. ], К

[е.в.н./c], К

1if

[е.т.в./с], K

[е.в.н./Гц]), учесть все

знаки в тракте регулирования и коэффициент усиления возбудителя,

то обобщенное упрощенное уравнение регулирования запишется в

виде

4.6. Четвертая стадия развития

сильного регулирования возбуждения

Бурный прогресс в области полупроводниковой электрон-

ной техники, появление интегральных микросхем большой степени

интеграции, микропроцессорных комплексов и микропроцессоров

положили начало четвертой стадии развития аппаратуры, методов и

средств автоматического регулирования возбуждения. Применение

микропроцессоров позволяет отказаться от традиционной структуры

системы регулирования возбуждения и пересмотреть распределение

функций между ее элементами, а также стимулирует поиск новых

алгоритмов реализации системных функций, в том числе перестра-

иваемых, и дает явный выигрыш при реализации технологических и

защитных функций за счет повышения точности выполнения. Что же

касается функций контроля, диагностики и сервиса, то в этом случае

никакой альтернативы микропроцессорам не существует.

Внедрение на электростанциях автоматизированных систем уп-

равления технологическими процессами привело к необходимости

ввести для регуляторов возбуждения новые технические требования:

в том числе дистанционное управление с центрального пульта

(выбор настройки, задание режимов работы); передачу информации о

режиме работы на центральный пульт; прием и исполнение команд;

самоконтроль и сигнализацию о неисправностях.

В начале 80-х годов были созданы опытные образцы цифровых

регуляторов АРВ—СДЦ на базе микроЭВМ «Электроника 60» [51 ] и

АРВ—СДМ на базе комплекса микропроцессорных средств управ-

ляющей вычислительной техники МСУВТ—В7 [52 ]. Основу цифро-

вых АРВ составляют управляющие вычислительные комплексы по-

вышенной надежности, содержащие две микроЭВМ. Обе они работа-

ют одновременно и независимо друг от друга, т. е. каждая получает

информацию по своим каналам, обрабатывает ее и рассчитывает уп-

равляющее воздействие. На систему управления возбуждением по-

100