АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 1995 года по МПК H02P9/14 H02J3/24 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления возбуждением синхронных генераторов.

Известно устройство [1] включающее в себя датчик частоты, разделительное звено, дифференциатор, умножитель.

Недостаток устройства в неоптимальности выбора величины коэффициента регулирования по первой производной частоты напряжения генератора при больших качаниях.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство [2] включающее в себя датчик частоты, разделительное звено, дифференциатор, три фильтра, три квадратора, два сумматора, два интегратора, задатчик постоянного сигнала, два умножителя и блок усиления.

Это техническое решение позволяет выбрать оптимальную настройку коэффициентов регулирования по отклонению и первой производной частоты напряжения генератора в установившихся режимах, т.е. при колебаниях малой амплитуды, при больших же колебаниях принятый в устройстве закон изменения коэффициентов не достаточно эффективен.

Изобретение позволяет осуществлять изменение коэффициентов регулирования по отклонению и первой производной частоты напряжения генератора при больших колебаниях частоты.

Адаптивный регулятор возбуждения синхронного генератора содержит датчик частоты напряжения генератора, разделительное звено, дифференциатор, три фильтра, три квадратора, два сумматора, задатчик постоянного сигнала, два интегратора, два умножителя, блок усиления, анализатор амплитуды колебаний, два анализатора периода колебаний, два анализатора количества колебаний.

Сущность изобретения заключается в следующем. При возникновении колебаний частоты, больших по диапазону допустимой величины (3˙10^-3 Гц), измеряется длительность сигнала повышенной амплитуды колебания. Если сигнал имел длительность, меньшую 1 с, то при повторном его появлении подается команда на уменьшение коэффициентов регулирования по отклонению и производной частоты напряжения генератора до тех пор, пока колебания не прекратятся.

Если сигнал имел длительность, большую 1 с, то при повторном его появлении подается команда на увеличение коэффициента регулирования по производной частоты до тех пор, пока колебания не исчезнут.

На фиг.1 показана структурная схема устройства.

Устройство содержит датчик 1 частоты напряжения генератора, фильтры 2, 4, 6, квадраторы 3,5,7, сумматоры 8, 9, анализатор 10 амплитуды колебаний, анализаторы 11, 13 периода колебаний, анализаторы 12, 14 количества колебаний, задатчик 15 постоянного сигнала, интеграторы 16, 17, умножители 18, 19, разделительное звено 20, дифференциатор 21, блок 22 усиления.

Устройство имеет следующие связи: выход датчика 1 частоты связан с входами фильтра 2, умножителей 18 и 19, анализатора 10 амплитуды колебаний. Выход фильтра 2 связан с входом квадратора 3, выход квадратора 3 связан с неинвертирующими входами сумматоров 8 и 9, с которыми связан также задатчик 15 постоянного сигнала, а с инвертирующими входами сумматоров 8 и 9 связаны выходы квадраторов 5 и 7 и выход анализатора 12 количества колебаний, связанный с третьим входом анализатора 14 количества колебаний, выход которого связан с неинвертирующим входом сумматора 9. Первые входы анализаторов 12 и 14 количества колебаний соединены с выходом анализатора 10 амплитуды колебаний, с которым соединены входы анализаторов 11 и 13 периода колебаний, выходы которых соединены с вторыми входами анализаторов 12 и 14 количества колебаний. Входы квадраторов 5 и 7 соединены с выходами фильтров 4 и 6, входы которых соединены с выходами разъединительного звена 20 и дифференциатора 21, которые связаны входами блока 22 усиления. Входы разъединительного звена 20 и дифференциатора 21 соединены с выходами умножителей 18 и 19, вторые входы которых связаны с выходами интеграторов 16 и 17, входы которых соединены с выходами сумматоров 8 и 9. Выход блока 22 усиления является выходом устройства, он подключается к системе управления тиристорным преобразователем.

На фиг. 2 приведена структура отличительной части устройства, состоящей из блоков 10-14, где показаны сумматоры 23,34,35,42,43, задатчики 24, 37, 38, 40, 41 постоянного сигнала, компараторы 25, 36, 39, 44, 47, апериодические звенья 26, 29, 31, 32, выпрямители 27,28,30,33,45,46,48,49.

Отличительная часть устройства имеет следующие связи, выход датчика частоты связан с входом сумматора 23, второй вход которого соединен с выходом задатчика 24 постоянного сигнала, а выход сумматора 23 соединен с входом компаратора 2, выход которого соединен с входами апериодических звеньев 26, 29 и входами выпрямителей 27,28; выход апериодического звена 26 соединен через выпрямитель 30 с неинвертирующим входом сумматора 34, к которому присоединен также выход компаратора 36, вход которого соединен с выходом сумматора 34; выход выпрямителя 27 соединен через апериодическое звено 31 с инвертирующим входом сумматора 34, который также соединен с задатчиком 37 постоянного сигнала; выход выпрямителя 28 соединен через апериодическое звено 32 с инвертирующим входом сумматора 35, с которым соединен выход задатчика 38 постоянного сигнала; выход апериодического звена 29 соединен через выпрямитель 33 с неинвертирующим входом сумматора 35, с которым соединен также выход компаратора 39, вход которого соединен с выходом сумматора 35; выход компаратора 36 соединен с неинвертирующим входом сумматора 42, с которым соединен выход компаратора 44, вход которого соединен с выходом сумматора 42; выход компаратора 44 соединен с входами выпрямителей 45 и 48, выход выпрямителя 45 соединен с инвертирующим входом сумматора 42, с которым соединены также выход задатчика 40 постоянного сигнала и выход компаратора 25, соединенный также с инвертирующим входом сумматора 43, к которому присоединены также выходы задатчика 41 постоянного сигнала и выпрямителей 46 и 48, вход выпрямителя 46 соединен с выходом компаратора 47, соединенным с входом выпрямителя 49 и с неинвертирующим входом сумматора 43, с которым соединен выход компаратора 39, выход сумматора 43 соединен с входом компаратора 47, выходы выпрямителей 48 и 49 являются выходами отличительной части устройства. Анализатор 10 амплитуды колебаний состоит из сумматора 23, задатчика 24 постоянного сигнала и компаратора 25 (см.фиг.2), однако его можно реализовать так, как показано на принципиальной электрической схеме, приведенной на фиг. 3.

Анализаторы 11 и 13 периода колебаний (см.фиг.1) состоят из апериодических звеньев 26, 31 и 29, 32, выпрямителей 27, 30 и 28, 33, задатчиков 37 и 38 постоянного сигнала, сумматоров 34 и 35 и компараторов 36 и 39 (см.фиг. 2). Однако их можно реализовать просто, например так, как показано на принципиальной электрической схеме, приведенной на фиг.4.

Анализаторы 12 и 14 количества колебаний (см.фиг.1) состоят из задатчиков 40 и 41 постоянного сигнала, сумматоров 42 и 43, выпрямителей 45, 48 и 46, 49 и компараторов 44 и 47 (см.фиг.2), однако их можно реализовать просто, например так, как показано на принципиальной электрической схеме, приведенной на фиг.5.

Значения элементов, представленных на фиг.3-5, приведены в таблице.

Устройство работает следующим образом. На выходе датчика 1 частоты может быть сигнал одного из следующих трех видов:
А) колебания малой амплитуды ( Δf=3˙10^-3 Гц);
Б) колебания большой амплитуды с периодом понижения Т<1 с;
В) колебания большой амплитуды с периодом понижения Т>1 с.

При сигнале вида А он проходит через фильтр 2 и квадратор 3 на неинвертирующие входы сумматоров 8 и 9. Сигналы с квадратора 3 и задатчика 15 однополярны. Сигналы с выходов сумматоров 8 и 9 при этом увеличивают потенциал интеграторов 16 и 17, на входы которых они подаются. Величины напряжений на интеграторах 16 и 17 это величины коэффициентов регулирования по отклонению k_0f и производной k_1f частоты напряжения генератора. Эти сигналы поступают на умножители 18 и 19, на другие входы которых поступает сигнал f с выхода датчика 1. С выходов умножителей 18 и 19 сигналы k_оff и k_1ff поступают на входы разделительного звена 20 и дифференциатора 21 соответственно, с выходов которых сигналы k_оf Δf и k_1ff поступают на входы фильтров 4 и 6, а также на блок 22 умножения. После фильтров 4 и 6 и квадраторов 5 и 7 сигналы поступают на инвертирующие входы сумматоров 8 и 9 и происходит вычитание из первоначальной величины сигналов k_0f и k_1f, обусловленной величиной напряжения квадратора 3 и задатчика 15, величины, пропорциональной значениям напряжений на квадраторах 5 и 7. При поступлении сигналов вида В или Б они, поступая на анализатор 10 амплитуды колебаний, сравниваются по величине с величиной напряжения второго задатчика 24 сигнала (см.фиг.2), состоящего из резисторов R2, R3, R5 (см.фиг.3). При величине сигналов Б и В, большей этой величины, компаратор 25 меняет свою полярность с положительной (+1) на отрицательную (-1). Сигнал V10 отрицательной полярности проходит на анализаторы 11 и 13 периода колебаний.

Если проходит сигнал вида Б, то заряжаются конденсаторы С1, С2 (см.фиг. 3) в блоках 26, 31 (см.фиг.2). Однако сумма напряжений на выходе сумматора 34 остается постоянной. Через время Т<с компаратор 25 изменит свою полярность. При этом конденсатор С2 разрядится быстрее, чем С1 (так как перед ним не выпрямителя, как перед С1, который не пропускает положительный потенциал с компаратора 25).

Сумма потенциалов С1 и С2 изменится и сработает компаратор 36, который имеет положительную обратную связь (через резистор R14 на фиг.4). За счет этой обратной связи компаратор будет иметь на выходе (+1).

При повторном появлении сигнала (-1) на выходе компаратора 25 он будет поступать на инвертирующий вход сумматора 42 (см.фиг.2) в анализаторе 12 количества колебаний. На неинвертирующий вход будет проходить (+1) с компаратора 36, что позволит величине суммы этих сигналов превысить значение сигнала задатчика и изменить полярность компаратора 44 (с -1 на +1).

Компаратор 47 в анализаторе 14 количества колебаний не успеет сработать. Для предотвращения ложного срабатывания в анализаторе 14 после срабатывания компаратора 47 в анализаторе 12 на вход анализатора 14 поступает сигнал блокировки с выхода анализатора 12. Этот же сигнал поступает на инвертирующие входы сумматоров 8 и 9 и уменьшает величину k_0f и k_1f до того, пока не исчезнут автоколебания на высокой частоте (f_k>1 Гц).

При появлении сигнала вида В конденсатор С1 в анализаторе 11 после исчезновения первого колебания успеет разрядиться до появления второго импульса и компаратор 44 в анализаторе 12 не изменит свою полярность.

Конденсатор С1 в анализаторе 13 разряжается медленно, и после исчезновения первого импульса он не успевает разрядиться, полярность 39 не изменяется и срабатывает компаратор 47, с выхода анализатора 14 сигнал поступает на неинвертирующий вход сумматора 9 и увеличивает величину k_1f до момента исчезновения больших качаний на частоте (f_k <1Гц).

По входам сумматоров 8 и 9, на которые поступают сигналы с анализаторов 12 и 14, коэффициенты усиления больше, чем по входам, на которые поступают сигналы с квадраторов 5 и 7. Это обеспечивает более быстрое изменение коэффициентов k_0f, k_1f при больших колебаниях f. Самый малый коэффициент (на порядок меньше остальных) по входам, на которые приходит сигнал с задатчика 15.

Реализация способа может быть несколько иной. Так, блок 22 усиления может быть переставлен с выходов блоков 20 и 21 на выходы блоков 18 и 19 соответственно. Но тогда сигналы с выходов 20 и 21, поступающие на входы 22, надо подавать на входы 18 и 19 вместо сигнала f с выхода датчика 1 частоты. Остальная часть схемы остается неизменной. Качество регулирования возбуждения от такого изменения структуры не изменится.

Вновь вводимые связи с анализаторами 10-14 позволяют обеспечить быстрое гашение колебаний синхронных генераторов в энергосистеме, которые вызваны резким изменением режима (например, автоколебания в системе возбуждения) или внезапными короткими замыканиями на линиях электропередач (большие качания ротора синхронного генератора). Это улучшает устойчивость энергосистемы, повышает надежность и уменьшает вероятность возможного ущерба от аварий.

Использование: в электротехнике, в системах управления возбуждением синхронных генераторов. Сущность: регулятор содержит датчик частоты напряжения генератора, дифференциатор, три фильтра, три квадратора, два сумматора, первый задатчик постоянного сигнала, два интегратора, соединенных с умножителями, выходы которых соединены с входами разделительного узла и дифференциатора, анализатор амплитуды колебаний, соединенный с первым и вторым анализаторами периода колебаний, компаратор, соединенный с инвентирующим входом сумматора. Устройство улучшает динамическую устойчивость энергосистемы, повышает надежность и уменьшает вероятность возможного ущерба от аварий. 5 ил. 1 табл.

АДАПТИВНЫЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, содержащий датчик частоты напряжения генератора, разделительное звено, дифференциатор, три фильтра, три квадратора, два сумматора, задатчик постоянного сигнала, два интегратора, два умножителя и блок усиления, причем выход датчика частоты соединен с первыми входами первого и второго умножителей, а также с входом первого фильтра, выход которого через первый квадратор соединен с первыми неинвертирующими входами первого и второго сумматоров, их вторые неинвертирующие входы соединены с задатчиком постоянного сигнала, выходы первого и второго сумматоров соединены соответственно через первый и второй интеграторы с вторыми входами первого и второго умножителей, выходы которых соединены с входами разделительного звена и дифференциатора соответственно, выход разделительного звена соединен с первым входом блока усиления и через последовательно соединенные второй фильтр и второй квадратор с инвертирующим входом первого сумматора, выход дифференциатора соединен с вторым входом блока усиления и через последовательно соединенные третий фильтр и третий квадратор с инвертирующим входом второго сумматора, выход блока усиления является выходом регулятора возбуждения, отличающийся тем, что дополнительно введены анализатор амплитуды колебаний, два анализатора периода колебаний, два анализатора количества колебаний, причем анализатор амплитуды колебаний состоит из сумматора, задатчика постоянного сигнала и компаратора, первый вход сумматора, являющийся входом анализатора амплитуды колебаний, связан с выходом датчика частоты, второй вход с выходом задатчика постоянного сигнала, а выход соединен с входом компаратора, выход которого является выходом анализатора амплитуды колебаний, первый и второй анализаторы периода колебаний состоят каждый из двух выпрямителей, двух апериодических звеньев, сумматора, компаратора и задатчика постоянного сигнала, входы первого апериодического звена и первого выпрямителя соединены между собой и подключены к выходу анализатора амплитуды колебаний, выход первого выпрямителя соединен через второе апериодическое звено с инвертирующим входом сумматора, соединенного также с задатчиком постоянного сигнала, выход первого апериодического звена соединен через второй выпрямитель с первым неинвертирующим входом сумматора, второй неинвертирующий вход которого соединен с выходом компаратора, вход которого соединен с выходом сумматора, выход компаратора является выходом соответственно первого и второго анализаторов периода колебаний, первый и второй анализаторы количества колебаний состоят каждый из сумматора, двух выпрямителей, компаратора, задатчика постоянного сигнала, первый неинвертирующий вход сумматора соединен с выходом соответствующего анализатора периода колебаний, второй неинвертирующий вход с выходом компаратора, вход которого соединен с выходом сумматора, инвертирующий вход сумматора соединен с выходом анализатора амплитуды колебаний, с выходом задатчика постоянного сигнала, а также через первый выпрямитель с выходом компаратора, выход которого соединен также с входом второго выпрямителя, выход которого является выходом соответствующего анализатора количества колебаний, при этом выход первого анализатора количества колебаний соединен с инвертирующим входом сумматора второго анализатора количества колебаний, а также с инвертирующими входами первого и второго сумматоров, выход второго анализатора количества колебаний соединен с третьим неинвертирующим входом второго сумматора.