Устройство для моделирования синхронного генератора Советский патент 1984 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к моделиро ванию электрических систем и может быть использовано в специализирован ных аналоговых и цифроаналоговых системах для расчета установившихся и переходных режимов, По основном авт.св. № 805360 . известно устройство для моделирования синхронного генератора, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом блока вычисления скольжения, второй выход которого является выходом устройств и через усилитель подключен к первым входам амплитудных модуляторов выходы которых через фильтры соединены с входами блока вычисления потокосцеплений,широтнО7импульсные модуляторы, выходы которых подключё ны к вторым ВХОД4М амплитудных моду ляторов, суммирующий усилитель мощности, формирователи импульсов, цифроаналоговые преобразователи и делитель частоты, вход ; оторого соединен с выходом сумматора, прямой и инверсный выходы первой группы вы ходов делителя частоты через формирователи импульсов подключены к вхо дам широтно-импульсных модуляторов, прямой и инверсный выходы второй группы выходов делителя частоты соединены с первыми входами цифро- . аналоговых преобразователей, вторые входы которых подключены к выходам блока вычисления потокосцеплений, выходы цифроаналоговых преобразова телей соединены с входами суммирующего усилителя мощности, выход кото рого подключен к входу блока вычисления скольжения СИ. Однако известное устройство не позволяет учитывать влияние аварийной разгрузки турбин на устойчивост энергосистем. . Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей устройства путем учета влияния аварийной разгрузки турбин на устойчивость энергосистем. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для моделирования синхронного генератора дополнительн введены источник ЭДС, дополнительны цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, дешифратор, элементы И, триггер,дополнительные ключи, дополнительные усилители, дополнительный суммирующий усилитель и задающие потенциометры, причем выходы дополнительных ключей подключены к первому входу дополнительноjro цифроан алого во го преобразовател выход которого - соединен с первым вхо дом дополнительного суммирующего уси лителя, выход которого подключен i дополнительному входу блока вычисления скольжения, выход источника ЭДС соединен с одним выводом первого задающего потенциометра, другой вывод которого подключен к шине, нулевого потенциала, средний вывод первого задгиощего потенциометра соединен с входом первого дополнительного усилителя, выход которого подключен к второму входу дополнительного, суммирукяцего усилителя и к одним выводам второго и третьего задающих, пйтенциометров, Другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, средние выводы второго и третьего задающих потенциометров подключены соответственно к входс1м второго и третьего дополнительных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого- и второго дополнительных ключей, управляющие входы которых подключены к выходам триггера, первый вход которого объединен с первым входом реверсивного счетчика и является управлянвдим входом устройства выход третьего дополнительного усилителя соединен с третьим входом дополнительного суммируюцего усилителя, выход реверсивного счетчика подключен к второму входу дополнительного цифроаналогового преобразователя и -к входу дешифратора, выходы которого соответственно соединены с первыми входами элементов И и вторым входом триггера, выхЬды элементов И подключены соответственно к второму и третьему входам реверсивного счетчика, вторые входы элементов И являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства. Па фиг. 1 представлена структурная схема устройства для моделирования синхронного генератора; на фиг. 2 - возможные варианты характеристик аварийной разгрузки турбины, получаемые с помощью предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсов стабильной частоты, сумматор 2 частот, делитель 3 частоты, формирователи 4 и 5 импульсов, широтно-импульсные модуляторы 6 и 7,амплитудные модуляторы 8 и 9, фильтры 10 и 11, блок 12 вычисления потокосцеплений, цифроаналоговые преобразователи. 13 и 14, суммирующий усилитель 15 мощности, блок 16 вычисления скольжения и напряжения электриеской машин-ы, усилители 17-22,преобразователь 23 мощности, трансфоратор 24, резисторы 25-39, конденсаторы 40-43, катушку 44 индуктивности, ключ 45, блок 46 управления, ополнительные усилители 47-49, дополнительный суммирующий усилитель 50, дополнительный цифроаналоге вый 1реобразователь 51, реверсивный счетчик 52, дешифратор 53,элементы И 54 и 55, триггер 56, дополнительные ключи 57 и 58, задающие потенциометры 59, 60 и 61, источник ЭДС 62. Формирователи 4 и 5 служат для преобразования однополярных прямоугольных импульсов, поступающих с делителя 3 частоты, в двухполярны причем амплитуда положительных и отрицательных импульсов задается равной JI неизменной. В широтно-импульсных модуляторах 6 и 7 используется принцип модуляци входным напряжением ширины импульсо Амплитудные модуляторы 8 и 9 представляют собой электронные ключ для коммутации аналоговых сигналов. Фильтры 10 и 11 служат для выде,ления постоянной составляющей сигнала . БЛОК 12 вычисления лотокосцеплеНИИ выполнен в виде схемы замещения контуров моделируемой электрической машины на резисторах и конденсатог pax и содержит операционные усилители , резисторы 26 - 27, конденсаторы 41-43. При моделировании синхронной электрической машины через резистор 36 на вход усилителя 20 подключется источник напряжения, величина которого пропорцисэнальна напряжению Uj обмотки ротора. С по-мсяцью одинаковых резисторов 35 и 36 устанавливается величина, пропорцио нальная активному сопротивлений обмотки ротор а. С помощью усилителя 20, ,его входных резисторов и элемен трв обратной связи вычисляется вели чина потокосцепления ротора Hf . Резисторы 26-29 и конденсатор 42 образуют схему замещения электричес кой машины по продольной (cf) оси ротора, а резисторы 31-33 и конденсатор 43 - по поперечной (с) .оси ротора, причем величина индуктивного споротивления рассеяния статора Xj у ста.н а вливается резисторами 27 и 31, величина индуктивного сопротивления рассеяния ротора - резисторами 28 и 33, величина индуктивного сопротивления рассеяния успокоитель ных контуров по продольной оси резистором 26, по поперечной оси резистором 32. Активное сопротивление успокоительных контуров учитыва ется с помощью конденсаторов 42 и .43. Равенство по величине резисторо 29 и 30, а также 33 и 34 обеспечива ет работу усилителей 21 и 22 в режи ме инверторов, на выходах которых напряжения соответствуют потенциала в средней точке схем замещения по продольной и поперечной осям ротора еличины резисторов 29 и 33 соответственно пропорциональны сопротивлению взаимоиндукции обмоток статора ротора по продольной и поперечной сям. Если на резисторы 27 и 31 потупают напряжения, пропорциональные соответственно проекциям напряжения статора электрической машины на роперечную и продольную оси ротора,то ма выходах усилителей 21 и 22 вычисляются напряжения, .пропорциональные потокосцеплению в воздушном зазоре между статором и ротором вдоль продольной и поперечной оси ротора, поэтому блок 12 является блоком вычисления потокосцеплений электрической машины. Блок 16 вычисления скольжения и напряжения электрической машины содержит операционные усилители 18 и 19, преобразователь 23 мощности, трансформатор.V 24, резисторы 25, 38 и 39, конденсатор 46, катушку 44 индуктивности или ее эквивалентную схему моделирования, ключ 45 и блок 46 управления. Величина Индуктивного споротивления катушки 44 выбирается пропорциональной величине сопротивления рассеяния обмотки статора. Усилитель 18, трансформатор 24 и резистор 26 служат для измерения выходного тока устройства, пропорционального току статора электрической машины. Впреобразователе 23 мощности получается напряжение, пропорциональное электромагнитному моменту на валу машины, причем через резистор 39 на вход усилителя 19 подается напряжение, пропорциональное механическому моменту на валу. В зависимости от знака последнего напряжения электрическая машина работает в режиме генератора или двигателя. На выходе усилителя 19 вычисляется величина, пропорциональная скольжению электрической машины. С помощью ключа 45 и блока 46 управления с опорным напряжением УОП по одному из его входов на выходе усилителя 19 получают импульсы, частота следования которых пропорциональна величине скольжения. На втором выходе блока 16, подключенного к входу уси- . лителя 17, вычисляется напряжение Ur, пропорциональное напряжению статора электрической машины. С помощью потенциометров 59, 60 и 61 задаются соответственно значения коэффициента загрузки агрегата . Kj I мощности разгрузки Pp(i,i(-p. грузки РцАгр.турбины. Усилители 47-48 служат для развязки цепей и имеют единичный коэффициент передачи. Ключи 57 и 58 совместно с цифроаналоговым преобразователем 51, реверсивным счетчиком 52, дешифратором 53, элементами И 54 и 55 и триггером 56 предназначены для формирования требуемого закона изменения мошности турбины. На выхо де усилителя 50, являющегося суммир ющим усилителем, воспроизводится напряжение, пропорциональное механи ческому моменту на валу агрегата. Устройство работает следующим об разом. Прямоугольные импульсЫ со стабил ной частотой fe (например, 5,096 МГц от генератора 1 импульсов стабильно частоты поступают на вход сумматора 2 частот, надругой вход которого поступают импульсы от блока вычисле ния скольжения и напряжения генератора, которые управляют коэффициентом пересчета двоичного счетчика, входящего в состав сумматора 2 частот. При отсутствии импульсов от блока 16 коэффициент пересчета этого счетчика постоянен. Например,если его величина равна 32, то на выходе сумматора частот частота импульсов равна 128 кГц. Эти импульсы поступа1ЮТ на вход шестиразрядного реверсив,ного делителя 3 частоты, с выходов которого производится управление электронными ключами в цифроаналоговых преобразователях 13 и 14, а также на вход восьмиразрядного счетчика, выходы которого через Формирователи 4 и 5 подключены к широтно-импульсным модуляторам 6 и 7. Па входах последних действуют прямоугол ные двухполярные импульсы с основной частотой модели (например, 50 Гц). Эти импульсы, стабилизированные по амплитуде и взаимно сдвинутые на 90° , управляют скважностью выходных импульсов широтно-импульсных модуляторов 6 и 7, поступающих на амплитуд ные модуляторы 8 и 9. С помощью амплитудных модуляторов 9и 8 производится проектирование выходного напряжения устройства на условные продольную (d) и поперечную (С) оси ротора. На выходах фильтров 10и 11 выделяются постоянные напряжения, соответствующее проекциям напряжения статора на продольную и поперечную оси ротора. Эти напряжения поступают в блок 12 вычисления потокосцепления ,где -с учетом напряже ния обмотки возбуждения синхронного, /генератора Uf производится вычисление напряжений,соответствующих проекциям потокосцеплений воздушного зазора на продольную и поперечную оси ротора. В цифроаналоговых: преобразователях 13 и 14 производится преобразование этих напряжений в ступенчатые двухполярные напряжения, форма которых близка к синусоидальной. Синусоида формируется из элементарных участков Длительность каждого из участков задается частотой fc/ поступающей на вход шестиразрядного двоичного реверсивного счетчика, входящего в состав делителя 3 частоты. -Например, при f(.,428 кГц число участков 256, причем на участке от О -- счетчик работает на суь мирование импульсов до заполнения, а затем происходит реверс. На участке счетчик работает на вычитание, и в момент достижения им нулевого состояния производится переключение знака напря, жения на аналоговом входе цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 на обратный, осуществляется реверс счетчика на суг тирование импульсов, причем процесс формирования синусоиды повторяется уже для отрицательной ее полуволны. С выходов цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 взаимно сдвинутые по Фазе на 90 (синусоидальные), напряжения поступают на суммирующий усилитель 15 мощности, где производится их сложение и усиление по мощности. На выходе суммирующего усилителя 15 мощности получ.ается синусоидальное напряжение, соответствующее ЭДС Е$ электрической машины за сопротивлением рассеяния статорных обмоток. I. При воспроизведении возмущений по внешней сети (включение и отключение нагрузок, короткие замыкания и т.д.) величина напряжения Ur и его фаза на выходе устройства изменяются. Вследствие этого происходит изменение величины скольжения, получаемого в блоке 16 вычисления скольжения и напряжения электрической машины, и изменение частоты импульсов на выходе этого блока. На выходе сумматора 2 частот и делителя 3 частоты частота импульсов также изменяется. Напряжения, соответствующие проекциям потокосцеплений воз- душного зазора на продольную и поперечную оси.ротора, получаемые в блоке 12 вычисления потокосцеплений, изменяются. Амплитуда и фаза синусоидальных напряжений на выходах цифро аналоговых преобразователей 13. и 14 также меняются, что приводит к изменению амплитуды и фазы напряжения E(j- на выходе суммирующего усилителя 15 мощности, соответствующего ЭДС машины за сопротивлением рассеяния обмотки статора. Величина тока, выдаваемого устройством во внешнюю сеть, изменяется, что опять приводит к изменению скольжения. Величина скольжен 1я, пропорциональная абсолютной скорости ротора машины, после ряда качаний возвращается к нулевому значению, что соответствует сохранению устойчивости, либо увеличивается до ограничения, что свидетель-. ствует о неустойчивости переходного режима и возможности возникновения аварии после данного возмущения. При решении задач, связанных с повышением устойчивости энергосистем и надежности их работы за счет использования мероприятий по аварийной разгрузке турбин, необходимо обеспечить изменению напряжения, соответствую1пего механическому моменту Мме , по вполне определенному закону. По условиям статической устойчивости после аварийного режима требуется разгрузка турбины на длительное время (фиг. 2, характеристика 1), а для динамической - кратковременная,. импульсная (характеристика 2). Оба вида разгрузки могут использоваться одновременно (характеристики 3 и 4) . Исходное значение MVIE.X (РТ задается с помощью потенциометра 59. При этом реверсивный счетчик 52 и триггер 56 находятся в единичном состоя нии. Ключ 58. открыт, а 57 закрыт. Напряжения с выхода цифроаналого- вого преобразователя 51 и усилителя 49равны по величине, но противопо ложны, по знаку, поэтому на выходе суммирующего усилителя 50 присутству ет только напряжение, соответствующее исходной мощнрсти турбины РГ . По команде начала аварийной разгрузки турбины от внешнего источника на вход вычитания реверсивного счетчика 52 через элемент И 55 начинают поступать импульсы, частота которых «.определяется требуемой скоростью ра:згрузки турбины. Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 51 уменьшается в соответствии с изменением двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 52. Когда последний-доходит до нулевого состояния, напряжение на выходе цифро.аналогового преобра.зовател:я 51 становится равнь1м нулю, а на выходе суммирующего усилителя 50оно соответствует значению Г цьгр-, где Ppfcirti. - требуемое значение мощности разгрузки турбины, которое задается с помощью потенциометра 60 перед началом работы аварийной разгрузки турбины. С дешифратора 53 сигнал, соответствующий нулевому состоянию реверсивного счетчика 52, запирает элемент И 55.и устанавливает триггер 56 в нулевое состояние. Ключ 58 закрывается, а ключ 57 открывается. При подаче импульсов на вход эле-... - Лмента И 54 реверсивный счетчик 52, производит их суммирование. Напряжение н,а выходе цифроаналогового: преобрзаователя 51 изменяется от нуля до некоторой величины, соответствующей мощности нагрузки турбины в послеаварийном режиме. При этом реверсивный счетчик 52 заполняемся до единичного состояния, и через дешифратор 53 элемент И 54 закрывается. В этом состоянии устройство находится до окончания расчёта. Скорость нагрузки турбины определяется частотой импульсов, поступающих от внешнего источника (не показан) на вход элемента И 54. Перед началом следующего расчета с учетом аварийной разгрузки турбины, триггер 56 должен быть установлен в единичное состояние сигналом по шине управления. Использование изобретения расширяет функциональные возможности устройства путем исследования устойчивости энергосистем по дополнительному параметру, а именно по аварийной разгрузке турбин. Более полное исследование энергосистемы позволяет в ряде случаев отказаться от таких дорогостоящих мероприятий, как электрическое торможение путем включения нагрузочных активных сопротивлений или отключение генераторов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА По авт.св. 805360, отличающееся тем, что/ с целью расширения функциональных возможностей устройства путем учета влияния аварийной разгрузки турбин на устойчивость энергосистем, в него дополнительно введены источник ЭДС, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, дешифратор, элементы И, триггер, дополнительные ключи, дополнительные усилители, дополнительный суммирующий усилитель и задающие потенциометры, причем выходы дополнительных ключей подключены н первому входу дополнительного дафроаналотрвого преобразователя, выход которого соединен с первь м входом дополнительного суммэрующего усилителя, выход которого подключен к дополнительному входу блока вычисления, скольжения, выход источника ЭДС соединение одним выводом первого задающего потенциометра, другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, средний вывод первого задающего потенциометра соединен.с входом первого дополнительного усилителя, выход которого подключен к зторому входу дополнительного суммирующего усилителя и к одним выводам второго и третьего задгиощйх потенциометров, другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, средние выводы второго и третьего згщающих потенциометров подключены соответственно к входам второго и третьего дополнительных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и j второго дополнительных ключей,управ-i йл ляющие .входы которых: подключены к выходам триггера, первый вход которого объединен с первым входом реверсивного счетчика и является управляющим входом устройства, выход третьего дополнительного усилителя соединен с третьим входом дополни:D ,тельного суммирующего усилителя, выг; ход реверсивного счетчика подключен к второму входу дополнительного цифX роаналогового: преобразователя и к рходу дешифратора, выходы которого соответственно соединены с первыми JT входами элементов И и вторым входом триггера, выходы элементов И подклюtc чены .соответственно к второму и , третьему входам реверсивного счетчика, вторые входы элементов И являются соответственно первым и вторым информационными входами.устройства.