Способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью и устройство для его осуществления Советский патент 1984 года по МПК H02J3/46 

с целью расширения его функциональных возможностей и повьпиения качества испытаний синхронного генератора при использовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки путем увеличения числа стабилизируемых параметров, в каждый контур введен преобразователь переменного тока в постоянный, включенный на напряжение сети, напряжение источника опорного напряжения выбрано по величине в два раза больше выходного напряжения указанного преобразователя при номинальном напряжении сети, при этом первый совпадающий по полярности в точке подключения выходной зажим преобразователя подключен к второму выходному зажиму источника опорного напряжения, второй выходной зажим преобразователя подключен к общей точке соединения потенциометра и соответствующего измерителя, а в качестве последних использованы датчики соответственно реактивного и активного токов.

1. Способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью путем измерения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращакицего момента приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задающей величиной и соответствующим измеренным параметром, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества испытаний синхронного гене13 ..-. / Л 48b.iifitj/|;| ратора при использовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки путем увеличения числа стабилизируемых параметров, измеряют реактивную и активную составляющие тока нагрузки генератора и в качестве указанных параметров используют напряжения, пропорциональные соответственно реактивной , и активной составляющим тока нагрузки генератора, измеряют напряжение сети и формируют опорное напряжение, в качестве каждой задающей величины используют разность между опорным и измеренным напряжением, при этом каждое опорное напряжение выбирают по величине в два раза больше ноШ минального напряжения сети. 2. Устройство для автоматического управления комплексной нагрузкой § синхронного генератора приiпараллельной работе с сетью, содержащее два |контура управления соответственно током возбуждения генератора ивращающим моментом приводного двигателя к каждый из которых состоит из источtc ника опорного напряжения постоянного тока, измерителя параметра, С5 пропорционального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра, вход которого подключен к разнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и указанного измерителя параметра, блок управления серводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены .к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерителя параметра, отличающееся тем, что.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для использования промьшленной сети со статическими характеристиками (с из меняющимися напряжением и частотой) в качестве стабильной комплексной нагрузки при испытаниях синхронных генераторов, например, в составе передвижных электроагрегатов, а также для построения устройства распределения нагрузок при параллельной работе электроагрегатов друг с друго Известен способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллель ной работе, в частности с сетью, согласно которому вращающий момент первичного двигателя меняется -в зависимости от сигнала рассогласования между заданной величиной и выходом датчика активного тока генератора, ток возбуждения - между заданной величиной и суммой сигналов, пропорциональных напряжению сети и выходному сигналу датчика реактивного ток Известны и устройства для реализации этого способа 1 и 2 . В результате использования известного способа и устройства активная составляницая тока генератора 3 стабилизируется на заданном уровне, а реактивная составлякяцая тока Эр при изменении напряжения в сети изменяется в соответствии со статической характеристикой генератора увеличивается при снижении напряжения в сети и уменьшается при увеличении напряжения. При этом приращение реактивного тока обратно пропорционально коэффициенту статизма характеристики генератора и при номинальном значении статизма 3% изменению напряжения сети на .U соответствует изменению реактивного тока на ±33%. Из-за изменения реактивной составляющей тока генератора при колебаниях напряжения в сети будут изменяться полный ток генератора J , коэффициент вырабатываемой мощности , реактивная Q и полная S мощности. Все это может быть причиной значительной перегрузки генератора, поэтому при длительной работе генератора на сеть его загружают на 60-90% по току и мощности и устанавливают увеличенный статизм характеристик генератора, которьш больше или равен 5%. Наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью путем измерения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращакяцего момента приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задакицей величиной и соответствующим параметром Сз . Наиболее близким к изобретению является устройство для автоматического управления комплексной нзгр кой синхронного генератора при параллельной работе с сетью, содержаще два контура для управления соот ветственно током, возбуждения генератора и вращающим моментом приводного двигателя, каждьй из которых состоит из источника опорного напря жения постоянного тока, измерителя параметра, пропорционального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра вход которого подключен к разнополярным первым выходным зажимам ис точника опорного напряжения и измерителя параметра, блок управления серводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерите ля, параметра 1, Недостатки известного способа заключаются в том, что при работе на сеть задающие величины определяют ся соответствующими опорными напряжениями. В качестве параметров гене ратора, характеризующих его реактив ную и активную нагрузки, используются соответственно Цсоз произведени исоз Сили и sin) и 1 , где U - напряжение сети; Э - полный ток гене ратора, Ч - угол сдвига между век fopaMH напряжения и тока в фазе. В результате стабилизируются величины и параметры нагрузки: 3,Ucos p-.nUJo, либо J,U5in4 , ) где «п коэффициент пропорциональности. Изменяются при изменении напряжени в сети такие параметры комплексной нагрузки генератора: для первого случая 5 Q cos f ; для второго случая 5 pcos f. Следовательно, при изменении напряжения в сети для генератора, нагруженного на сеть и управляемого по приведенному способу, из пяти параметров, характеризующих комплек ную нагрузку, неизменными остаются только два: 3 и Q (или р). Это нарушает нормальный режим испытания генераторов и заставляет исполь зовать специальные нагрузочные устройства или работать на сеть -через громоздкие потенциал-регуляторы. Кроме того, использование в контурах управления параметров, про порциональных Ucos ( Usin Ч ), изменяющихся при колебаниях напряжения и частоты в сети, приводит к тому, что при любом названном колебании начинается регулирование сразу в обоих контурах, тогда как, в основном. должен включаться только один из них. При снижении частоты в сети увеличивается активный ток генератора. Реактивный ток остается без изменения. Поэтому должен работать серводвигатель только в контуре управления моментом двигателя. Однако вследствие увеличения полного тока увеличивается и CDS/ в параметре UcosW . Начинает работать серводвигатель в контуре управления током возбуждения генератора сначала в одну сторону, а потом, по мере восстановления полного тока - в другую. Подобный процесс будет и при отклонении напряжения в сети. В этом случае ложное рассогласование будет отрабатывать серводвигатель контура управления моментом двигателя. Следовательно, время работы серводвигателей в обоих контурах управления одинаковое и будет определяться временем отработки соответствующего возмущения на генератор со стороны сети, т.е. качество испытаний синхронных генераторов при использовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки будет невысоким. Устройство не может стабилизировать больше двух параметров; его использование при испытаниях синхрон ных генераторов не обеспечивает высокого качества испытаний. Цель изобретения - повышение качества испытаний синхронного генератора при использовании сети с изг меняющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки путем увеличения числа стабилизируемых параметров, а также расширение функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью путем изменения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращающего момента приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задающей величиной и соответствующим измеренным параметром, измеряют реактивную и активную составляющие тока нагрузки генератора и в качестве указанных параметров используют напряжения, пропорциональные соответственно реактивной и активной составляющим тока нагрузки генератора, измеряют напряжение сети и фор мируют опорное напряжение, в качестве каждой задающей величины используют разность между опорным и измеренным напряжением, при этом каждое опорное напряжение выбирают по величине в два раза больще номинального напряжения сети. В устройстве для автоматического управления комплексной нагрузкой син хронного генератора при параллельной работе с сетью, содержащем два контура управления соответственно током возбуждения генератора vi вращаю щим моментом приводного двигателя, каждый из которых состоит из источника опорного напряжения постоянног тока, измерителя параметра, пропорц нального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра, вход которого подклю чен к разнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и указанного измерителя параметра, блок управления серводвига телем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены к движку потенциометра и второму вы ходному зажиму измерителя параметра в каждый контур введен преобразовател переменного тока в постоянный, вклю ченный на напряжение сети, напряжение источника опорного напряжения в брано пр величине в два разе больше выходного напряжения указанного преобразователя при номинальном напряжении сети, при этом первьй совпадающий по полярности в точке подключения выходной зажим преобраз вателя Подключен к второму выходном зажиму источника опорного напряжени iвторой выходной зажим преобразователя подключен к общей точке соединения потенциометра и соответствующег измерителя, а в качестве последних использованы датчики соответственно реактивного и активного токов. В результате использования способа задакнцие веАичины в контурах у равления являются функциями на6 ..6 пряжения сети (или генератора, если падением напряжения на кабеле или линии, соединяюп5им генератор с сетью, можно пренебречь), а контуры управления воспроизводят (управляют фактической загрузкой) как изменения задающих величин при отклонениях напряжения в сети, так и изменение сигналов обратных связей - приращение реактивного тока при колебаниях напряжения сети и приращения активного Тока при колебаниях частоты в сети. При этом управление осуществляется так, что после его окончания угол -f имеет прежнее - начение. Для получения этого активная и реактивная составляющие Тока генератора должны получить приращение одного знака и в одной пропорции. Приращения токов имеется только при отклонении напряжения в сети. При отклонении частоты в сети контур управления вращающим моментом двигателя восстанавливает прежнее значение активного тока, а крнтур управления возбуждением генератора в работу при этом не включается (не включается серводвигатель). Следовательно приращение напряжения в сети компенсируется обратным приращением токов 3 генератора. Зато основные четыре параметра комплексной нагрузки: Р , Q , S , cos остаются (после окончания процесса стабилизации) неизменными на заданном уровне. Если напряжение сети изменяется по закону и и/и 0,9-1,1 , где и, - номинальное значение напряжения в сети, то из фор;мул 5 ;rnUJ, srrriUD ; Q-n.UJp, co5i/ ао/уЗ|о| следует, что для неизменности.указанных величин закон изменения токов должен быть равен т -1где знак означает -р k относительное значение величины (по аналогии с U). Заменим его на закон Х-К . Тогда -1 Х-К , , X 2, К 1. Следовательно закон изменения jj. 3 , J будет 2-К 5 Р К(2- К) 2 К-К: При изменении К в указанном диапазоне максимальная погрешность воспроизведения 5 Р и Q не превьшает 1%, что вполне приемлемо, сов после окончания переходного процесса также принимает прежнее (заданное) значение.

Полученные соотношения позволяют синтезировать устройство для осуществления способа.

Так как полньй ток определяется через составляющие J и 3™ , то следовательно в качестве сигналов обратных связей нужно взять сигналы пропорциональные и3р.

Тогда по окончании переходных процессов в контурах управления долж ны выполняться равенства о( -р 2 - К .

Переходя от относительных значений к абсолютным значениям напряжений, образующих сигналы рассогласо- 5 вании в контурах управления, получа IJr/iii/Jon-c t c)- датчики где ли - сигнал рассогласования в контуре; величина загрузки активно или реактивной мощностями задаюп1ее опорное напряже ние; ot-U - напряжение, пропорциональ ное напряжению сети; J. -rii .. напряжение выхода датчика д ciT и ки активного или реактивного токов. При этом Up 2ctLJ , т.е. в дв раза больше сигнала, пропорционального номинальному напряжению сети. По другому осуществляется и процесс стабилизации нагрузки при откл нении напряжения в сети. В этом случае в контуре управления возбуждением величина сигнала рассогласования dU, обусловлена изменением двух составляющих o6Uj. и U J . При этом составляющая olUj. измен ется незначительно (максимум на 10% а составляющая U-, значительно (максимум в 2-4 раза в зависимости от величины статиама характеристики генератора). Поэтому Э «2-k значительно и серводвигатель контура управления, током возбуждения включен относительно длительное время до тех пор, пока не выполняется равенство В контуре управления вращающим моментом изменяется только составля щая ciU. Поэтому J 2-К незначительно и управление является кратковременным (примерно в 30 раз короче, чем в контуре управления воз- буждением, если считать скорости отработки отклонения в контурах управления одинаковыми).

Как видно из изложенного при таком управлении обеспечивается позиционная инвариантность (независимость нагрузки от изменений напряжения и частоты в сети. При этом регулирование в контурах автономно (не влияет на другой контур) , что обеспечивает более спокойное протекание переходных процессов.

При работе генератора с номинальной нагрузкой на сеть ток генератора превышает номинальное значение только в том случае, если напряжение в сети ниже номинального. Превышение тока соответствует снижению напряжения в сети не более, чем на 1.0-15%. Такое превышение тока не опасно для генератора, так как необходимость в срабатывании защиты от перегрева изоляции обмоток генератора возникает при перегрузках, больших 40% номинального. Кроме того испытания работы генератора с номинальной нагрузкой проводятся, как правило, при номинальных условиях (кроме термо- и барокамер). Генераторы же для эксплуатации рассчитываются на номинальный ток при более жестких условиях, например при 1000 м над уровнем моря, 0°С и т.п. Испытания генераторов с номинальной нагрузкой на передвижных электростанциях по времени составляют менее 50% общего времени испытания. Остальное время генераторы испытываются с нагрузками в 20% и 60% номинальной мощности. В этом случае при любом напряжении в сети ток генератора меньше номинального. Проведенный анализ показывает, что стабилизация основных параметров комплексной нагрузки генератора при испытаниях его на сеть за счет изменения тока генератора является допустимой. Предлагаемый способ позволяет задавать генератору, работающему на сеть, стабилизирующую комплексную нагрузку любой величины и любого характера (с хпобым cos i/ от О до 1) от активной нагрузки до режима синхронного компенсатора. На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства для автоматического управления комплексной нагруа кой генератора при параллельной работе с сетью; на фиг. 2 - векторные диаграммы при номинальном, увеличенном и пониженном напряжениях в сети. Устройство содержит потенциометры 1 и 2 задающих напряжений, источники 3 и 4 опорных напряжений, преобразователи 5 и 6 переменного тока в постоянный, датчики 7 и 8 соответственно реактивного и активного токов генератора {они могут быть построены и по другому принципу ра- О боты), блоки управления серводвигателями, выполненные в виде трех позиционных релейных элементов 9 и tO, включающие серводвигатели соответственно в контурах управления возбуждением и вращающим моментом. При номинальном напряжении сети напряжения - 2 U , , , .В наиболее простом случае U,, U 2Us 2U4. Устройство работает следующим образом. Положение движка потенциометра 1 определяет величину реактивного, а потенциометра 2 - активного токов генератора (фиг. 2). При зтом напряжения .и U-J, а J tig (или U U2 U-j UQ ) . и на входе элементов 9 и 10 0. Серводвигатели контуров управления отключены. При снижении напряжения сети резко увеличивается выход датчика 7 и немного (на величин К ) уменьшаются напряжения Ur и U При ,/bi(U3-U,)-U, JBX --ГЬИ 4-Ч) где и ь - коэффициенты передач потенциометров 1 и 2 (оба меньше еди ницы) . Элемент 9 включает исполнительный серводвигатель и остается в этом положении до тех пор , пока выходное напряжение датчика 7 не сравняется с выходным напряжением Ц потенциомет ра 1 (с точностью до зоны нечувстви тельности элемента 9). При включенном серводвигателе ре активный ток уменьшается, а после его отключения реактивный ток стано вится больше в 1/К раза, чем до они жения напряжения. Элемент 10 включает свой серводвигатель в сторону увеличения активного тока в 1/К раза, т.е. кратковременно. Так как составляющие 30 и Зр уве личиваются в одной пропорции, то значение угла Ч будет неизменно,. 5 так же как и величин Р , Q , ь . Полный ток тоже увеличивается в 1/k pa за (фиг. 2, В ). При увеличении напряжения токи уменьшаются в ЦК раз. Другие же параметры комплексной нагрузки остаются неизменным. Если нужно стабилизировать комплексную нагрузку с одним и тем же значением cost/на разных уров нях, то движок потенциометров 1 и 2 должен иметь общий привод и от него одинаковое передаточное отношение, например потенциометры должны находиться на одной оси. Если движок потенциометра 1 находится в нижнем положении (фиг.1),а потенциометра 2 любом другом положении, то генератор нагружен активной нагрузкой соответствующей величины. Если в нижнем- положении находится движок потенциометра 2, то генератор работает на сеть в режиме синхронного компенсатора. При изменении частоты в сети изменяется только выходной сигнал датчика 8, включается элемент 10, соответствующий серводвигатель и значение активного тока восстанавливается. I Предлагаемый способ автоматичес ого управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при па1раллельной работе с сетью позволяет при любых колебаниях напряжения и частоты в сети задавать стабилизированную нагрузку любой величины и любого характера (с любым соз if от О до 1) - от активной нагрузки до режима синхронного компенсатора. При этом предполагается .что пределы регулировки уставки напряжения генератора соответствуют диапазону колебаний напряжения в сети, а регуляторы возбуждения генератора и вращаиицего момента двигателя имеют серводвигатели изменения настройки. Устройство, реализующее способ, целесообразно встраивать в испытательные стенды электроагрегатов, Однако оно может быть и в составе устройства распределения нагрузок на электроагрегате. В этом случае при параллельной работе электроагрегатов друг с другом входы управляющих серводвигателями блоков переключающими контактами режимных реле отключаются от задающих потенциометров и подключаются к уравнительным соединениям аналогично L1JПри прочих равных условиях преимущество от использования на всех параллельно работающих электроагрегатных параметров Эр , О g вместо ) , JB качестве сигналов обратной связи состоит в том, что из-за отсутствия взаимного влияния контуров управления в процессе пере распределения нагрузки имеется больше запас устойчивости и выше быстро 6 . 12 действие (быстрее заканчивается вторичное регулирование). Релейные элементы, управлякщие серводвигателями в контурах, в зависимости от темпа регулирования, можно выполнять с положительным или отрицательным гистерезисом. В последнем случае серводвигатель отключается с упреждением нечувствительности и тем самым исключаются перерегулирования из-за, инерционности например, первичного двигателя.

и