Устройство для форсировки возбуждения синхронных машин Советский патент 1984 года по МПК H02P9/10 

два логических элемента ПАМЯТЬ, два логических элемента ЗАПРЕТ, при этом первый логический элемент ИЛИ выполнен четьфехвходовым, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам пятого и шестого пороговых элементов, первьй и второй входы дополнительного сумматора соединены соответственно с выходами пятого и первого пороговых элементов, третий и четвертый - с выходами усилителей-ограничителей отрицательного и положительного сигналов, а пятый вход дополнительного сумматора связан с выходом второго логического элемента ИЛИ и входом первого логического элемента НЕ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, причем первый вход второго логического элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого порогового элемента, а его второй вход - к выходу первого логи-. ческого элемента ПАМЯТЬ, который соединен также с управляюищм входом второго логического элемента ЗАПРЕТ, 1 45 выход которого подключен к информационному входу второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с управляющим входом первого логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого связан с информационным входом первого логического элемента ПАМЯТЬ, причем вход стирания первого логического элемента ПАМЯТЬ соединен с входом стирания второго логического элемента ПАМЯТЬ и через второй логический элемент НЕ связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, при этом основной вход первого логического элемента ЗАПРЕТ включен на выход третьего порогового элемента, а основной вход второго логического элемента ЗАПРЕТ - на выход усилителяограничителя отрицательного сигнала. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в него введен ограничитель длительности сигналу, корорый включен между управляющим входом первого ключа и выходом первого логического элемента ИЛИ.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРСИРОВКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН, содержащее первый пороговый элемент, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения напряжения на имнах синхронной машины, второй вход - с источником уставки включения форсировки, а выход - с первым вхо- . дом первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, первый вход которого соединен с источником уставки по положительному ускорению, а второй вход - с первым входом сумматора и через дифференциатор с выходом датчика .скольжения, которьй подключен также к второму входу сумматора, выход которого связан с усилителем-ограничителем положительного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества переходных процессов и повьшения надежности противоаварийного управления синхронной машины за счет изменения знака и величины форсировки в зависимости от скольжения, ускорения вращения ротора и напряжения на шинак синхронной машины, введены источник уставки по отрицательному ускорению вращения ротора, источник уставки максимально допустимого напряжения на шина-х синхронной машины, источники уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, третий.и четвертый пороговые элементы, подключенные первыми вхо§ дами к первому входу первого порогового элемента, а вторь1ми - соответ(П ственно к Источникам уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, пятый пороговьй элемент, первым входом соединенный с источником уставки максимально допустимого напряжения, а вторым входом - с первым входом первого порогового элемента, шестой пороговый элемент, включенный первым входом на второй вход Nl 1чЭ второго порогового элемента, а вторым входом соединенный с источником 4 уставки по отрицательному ускорению ел вращения ротора, второй логический элемент ИЛИ, дополнительный сумматор с первым инвертирующим и четырьмя другими неинвертирующими входами, усилитель-ограничитель отрицательного сигнала, вход которого соединен с входом усилителя-ограничителя положительного сигнала, второй ключ, включенный между выходом сумматора и входами усилителей-ограничителей положительного и отрицательного .сигналов, два логических элемента НЕ,

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к устройствам автоматического регулирования и управления возбуждением синхронных машин..

Известно устройство для форсировки возбуждения синхронных машин, содержащее нелинейный измерительный мост и реле форсировки, которое имеет за--. держку на отключение (порядка 60-80 мс) Напряжение срабатывания реле (0,80,95 и нОм) устанавливается с помощью регулировочного резистора С )

Однако включение этого устройства

осуществляется только при уменьшении напряжения на шинах генератора ниже заданного уровня, а отключение - спустя некоторое заранее фиксированное время после восстановления исходного напряжения. Такой режим работы устройства для форсировки возбуждения в целом ряде случаев может оказаться малоэффективным и иногда способствовать нарушению устойчивости во втором или последующих циклах качаний синхронных генераторов V

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является устройство для форсировки возбулодения синхронных машин,содержащее первый пороговый элемент, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения напряжения на шинах синхронной машины, второй вход - с источником уставки включения форсировки, а выход - с первым входом первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, первый вход которого соединен с источником уставки по положительном ускорению, а второй вход - с первым входом сумматора и через дифференциатор с выходом датчика скольжения, который подключен также к второму входу сумматора, выход которого связан с усилителем-ограничителем положительного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с выходом первого логического элемента ИЛИ ;2. Недостатком известного устройства является то, что знак сигнала форсировки постоянен и не зависит от режи ма работы синхронного генератора. В результате этого при работе синхро ного генератора в дефицитной энергосистеме и при тяжелых авариях - коро ких замыканиях в начале питающих лиНИИ электропередач - действие устрой ства релейной форсировки существенно снижает предел динамической устойчивости. Целью изобретения является улучше ние качества переходных процессови повышение надежности противоаварийного управления синхронной машины. Для достижения поставленной цели в устройство для форсировки возбужде ния синхронных машин, содержащее пер вый пороговый элемент, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения напряжения на шинах синхронной машины, второй вход с источником уставки включения форсировки, а выход - с первым входом первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, первьм вход которого соединен с источником уставки по положительному ускорению, а второй вход - с первым входом сумматора и через дифференциатор с выходом датчика скольжения, который подключен также к второму входу сумматора, выход которого связан с усилителем-ограничителем положительного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, введены источник уставки по отрицательному ускорению вращения ротора, источник уставки максимально допусти мого напряжения на шинах синхронной машины, источники уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, третий и четвертый пороговые элементы, подключенные первыми входами к первому входу первого порогового элемента, а вторыми - соответственно к источникам уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, пятый пороговьй элемент, первым входом соединенный с источником уставки максимально допустимого напряжения, а вторым входом - с первым входом первого порогового элемента, шестой пороговый элемент, включенный первым входом на второй вход второго порогового элемента, а вторым входом соединенный с источником уставки по отрицательному ускорению вращения ротора, второй логический элемент ИЛИ, -дополнительный сумматор с первым инвертирующим и четырьмя другими неинвертирующими входами, усилитель-ограничитель отрицательного сигнала, вход которого соединен с входом усилителя-ограничителя положительного сигнала, второй ключ, включенный между выходом сумматора и входами усилителей-ограничителей положительного и отрицательного сигналов, два логических элемента НЕ, два логических элемента ПАМЯТЬ, два логических элемента ЗАПРЕТ, при этом первый лргический элемент ИЛИ вьшолнен четырехвходовым, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам пятого и шестого пороговых эле 1ентов, первьй и второй входы дополшгельного сумматора соединены соответственно с выходами пятого и первого пороговых элементов, третий и четвертый с выходами усилителей-ограничителей отрицательного и положительного сигналов, а пятый вход дополнительного сумматора связан с выходом второго логического элемента ИЛИ и входом первого логического элемента НЕ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, причем первый вход второго логического элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого порогового элемента, а его второй вход к выходу первого логического элемента ПАМЯТЬ, который соединен также с управляющим входом второго логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого подключен к информационному входу второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с управляющим входом первого логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого связан с информационным входом первого логического элемента ПАМЯТЬ, причем вход стирания первого логического элемента ПАМЯТЬ соединен с входом стирания второго логического элемента ПАМЯТЬ и через второй логический элемент НЕ связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, при этом основной вход первого логического элемента ЗАПРЕТ включен на выход третьего порогового элемента, а основной вход второго логического элемента ЗАПРЕТ - на выход усилителя-ограничиталя отрицательного сигнала, Кроме того, устройство может содержать ограничитель длительности сигнала, который включен между управляющим входом первого ключа и выходом первого логического элемента ИЛИ. На фиг, 1 представлена функционал ная схема устройства для форсировки возбуждения синхронных машин; на фиг, 2 - схема автоматического регул рования возбуждения турбогенератора с электромашинной системой возбуждения, имеющей регулятор возбуждения пропорционального действия, в состав которого может быть включено устройство для фор сировки. Устройство 1 для форсировки возбуждения синхронных машин (фиг. 1) coдepжIiт первый 2 и второй 3 пороговые элементы, выходы которых соедине ны соответственно с первым и вторым входами первого логического элемента ИЛИ 4, который через .ограничитель 5 длительности сигнала включен на упра ляющий вход 6 первого ключа 7, Второ вход второго порогового элемента 3 связан с выходом дифференциатора 8 и входом сумматора 9, который через второй ключ 10 соединен с усилителями-ограничителями 11 и 12 соответственно отрицательного и положительног сигналов. Первый вход 13 первого порогового элемента 2 соединен с первы ми входами 14 и 15 третьего 16 и чет вертого 17 пороговых элементов и с в рым входом 18 пятого порогового элемента 19. Шестой пороговый элемент 20 связан с первым логическим элементом ИЛИ 4, а дополнительный сумматор 21 - с основныь; ВХОДОМ 22 первого ключа 7, Третий пороговый элемент 16 включен через первый логический элемент 23 ЗАПРЕТ на-первый логический элемент 24 ПАМЯТЬ, выход которого соединен с вторым логическим элементом ИЛИ 25 и с вторым логическим элементом 26 ЗАПРЕТ, который осуществляет связь усилителя-ограничителя 11 отрицательного сигнала с вторым логическим элементом 27 ПАМЯТЬ, Второй логический элемент ИЛИ 25 соединен с первым логическим элементом НЕ 28, Входы 29 и 30 стирания элементов 24 и- 27 ПАМЯТЬ включены на второй логический элемент НЕ 31 . Синхронный генератор 32 (фиг, 2) со своей обмоткой 33 возбулодения и измерительными трансформаторами 34 и 35 соответственно напряжения и тока соединен через редуктор 36 с вспомогательным генератором 37, у которого обмотка 38 возбуждения включена на выход автоматического регулятора 39 напряжения. Через редуктор 36 с валом генератора 32 соединен также возиудитель 40, имеющий обмотку 41 самовозб окдения и обмотки 42 и 43 управления (обмотка форсировки и обмотка расфорсировки), которые включены на выходы трехфазных силовых усилителей 44 и 45, Входы этих усилителей связаны-с выходом суммирующего двухкаскадного магнитного усилителя 46, Трехфазные силовые усилители 44 и 45 и двухкаскадный усилитель 46 являются составными блока ми автоматического регулятора 47 возбуждения пропорционального действия. Первый и второй входы (входы обратной связи) регулятора 47 возбуждения соединены соответственно с обмоткой 33 возбуждения генератора 32 и трансформатором 48 постоянного тока. Входы устройства 1 для форсировки возбуждения связаны с выходами, датчика 49 скольжения генератора 32 и датчика 50 напряжения. Датчик 51 тока включен между измерительным трансформатором 35 тока и пятым входом автоматического регулятора 47 возбуждения. Устройство для форсировки возбуждения синхронных машин работает следующим образом. Пороговые элементы, на входы которых поданы режимные параметры синкронной машины (на пороговые элементы 2, 16, 17 и 19 - напряжение на шинах синхронной машины U, пороговые элементы 3 и 20 - ускорение вращения ротора s), в зависимости от их соотношения с величинами уставок вьщают сигналы на включение-отключение форсировки и ее величину. Уставки Y и Y. пятого 19 и четвертого 17 пороговых элементов определяют соответственно максимально и минимально допустимые величины напря жения на шинах синхронной машины. При увеличении напряжения вьш1е уставки Y срабатывает пороговьй элемент 19 и вьщает сигнал на включение полной отрицательной форсировки. При снижении напряжения ниже уставки Y4 четвертый пороговый элемент 17 включает положительную форсировку. Уставка Y, соответствующая 0,80,95 номинального напряжения на шина синхронной машины и включенная на второй вход порогового элемента 2, а также уставки - S и + S -,ст Ороговых элементов 20 и 3 определяют моменты включения первого ключа 7, через который проходит сигнал форсировки с выхода дополнительного сумматора 21, осуществляющего формирование этого сигнала в соответствии с информацией, получаемой через усилители-ограничители 11 и 12 и второй ключ 10 от сумматора 9 и с выхода первого порогового элемента 2. В пер вый момент времени после снижения напряжения ниже уровня, определяемого уставкой Yj, на выходе порогового элемента 2 появляется сигнал, который пройдя через второй вход допол- нительного сумматора 21, имеющего по этому входу маленький коэффициент усиления (примерно на порядок более низкий, чем по другим входам), создает на выходе устройства для форсировки сигнал положительной форсировк ограниченной величины (частичную фор сировку), т.е. такойj который обеспе чивает незначительное увеличение напряжения на обмотке возбуждения синхронной машины (на 5-25% от номиналь ной величины). Этот сигнал сохраняет ся до тех пор, пока напряжение на.ши нах синхронной машины не поднимается до уровня отпускания порогового элемента 2 по уставке Y, либо до момен когда сигнал с выхода сумматора 9, представляющего собой алгебраическую сумму сигналов скольжения и ускорения Ug + , не превысит порог чувствительности усилителей-oi- раничителей 11 и 12 (Ключ 10 в нормальном состоянии открыт). Этот порог может регулироваться и устанавливаться разным для положительного и отрицательного сигналов сумматора 9.. В тот момент времени, когда сигнал с сумматора 9 превысит установленный уровень (порог), действие сигнала, частичной форсировки прекращается (коэффициенты усиления дополнительного сумматора 21 по третьему и четвертому входам значительно превосходят коэффициент усиления по второму каналу). Начиная с этого момента формирование величины и знака форсировки осуществляется в соответствии с сигналом по каналу скольжения-ускорения : при торможении синхронной машины - полная отрицательная форсировка- (расфорсировка), а при ускорении - полная положительная форсиров ка. Действие канала скольжения-ускорения прекращается при запирании второго ключа 10. Сигнал запрета поступает на ключ 10 через логический элемент НЕ 28 от второго логического элемента ИЛИ 25. Этот сигнал появляется на выходе логического элемента. ИЛИ 25, когда на один его вход или на оба поступают сигналы с выхода порогового элемента 17 и с выхода первого логического элемента 24 ПАМЯТЬ. Сигнал с выхода второго логического элемента ИЛИ 25 одновременно формирует на выходе первого ключа 7 полную положительную форсировку. Сигнал форсировки на выходе устройства для форсировки возбуждения синхронных машин сохраняется и после исчезновения сигнала на выходе первого порогового элемента 2, если при этом сигнал по ускорению превышает максимально допустимое (по модулю) зна 1ение, т.е. имеется сигнал на выходах пороговых элементов 3 и 20. При значительных снижениях напряжения на шинах синхронной машины, например при большом набросе местной нагрузки, ограниченная по величине форсировка (частичная) по второму входу дополнительного сумматора 21тне может удержать величину напряжения на заданном уровне, напряжение снижается ниже -уровня срабатывания порогового элемента 16. (ниже уставки Y,), и на его выходе появляется сигнал, который, пройдя через логический элемент И 23 (первый логический элемент ЗАПРЕТ), перебрасывает триггер 24 (первый логический элемент ПАМЯТЬ На единичном входе триггера 24 появляется логическая 1, которая вьщает сигнал запрета на логический элемент И 26 (второй логический элемент ЗАПРЕТ), Сигнал с выхода логического элемента 24 поступает также на вход второго логического элемента ИЛИ 25 и с его выхода на элемент НЕ 28 и на пятый вход дополнительного сумматора 21 , что обеспечивает полную положительную форсировку (двух-четырех кратную) синхронной машины. Установка первого логического элемента 24. ПАМЯТЬ в исходное состояние (стирание записанной логической информации) осуществляется через второй логический элемент НЕ 31 при исчезновении сигнала на управляющем входе 6 первого ключа 7, При различного рода аварийных ситуациях в энергосистеме (удаленные короткие замыкания, отключения линий электропередач и т.п.), когда напряжение на шинах синхронной машины сни жается незначительно (но ниже срабатывания порогового элемента 2 по уставке Y2) и происходит торможение синхронной машины, появляется, сигнал расфорсировки на выходе усилителя-ог раничителя 11 отрицательного сигнала Этот сигнал поступает на основной вход второго логического элемента 26 ЗАПРЕТ. Проходя через логический эле мент 26 на информационный вход второ го логического элемента 27 ПАМЯТЬ, он обеспечивает его переброс и запир ние логического элемента 23 для прохождения сигнала с порогового элемен та 16. Таким образом, осуществляется запрет включения положительной форсировки. Этот запрет снимается при установке логического элемента 27 в исходное состояние при закрытии первого ключа 7. На выходе первого логического элемента ИЛИ 4 может быть включен ограничитель 5 длительности сигнала для предохранения системы возбуждения от д.пительных режимов форсировки. Могут быть аварийные ситуации в энергосистеме, когда наблюдаются случаи длитель}гых снижений частоты и напряжения, например при аварийном отключении ряда электростанций и при дефиците активной мощности в оставшейся части энергосистемы, в таких случаях вступает в действие ограничитель 5 длительности сигнала, который ограничивает время действия устройства (время открытого состояния первого ключа 7) и определяет величину паузы до следующего момента начала действия устройства для форсировки. Время ограничения и величина паузы зависят от конкретных условий эксплуатации синхронной машины и могут быть порядка одной-нескольких минут. Работа устройства 1 для форсировки возбуждения синхронных машин может быть показана на примере турбогенератора 32 с электромашинной системой возбуждения (фиг. 2). От турбины турбогенератора 32 приводится во вращение через редуктор 36 вспомогательный генератор 37 и возбудитель 40. Вспомогательный генератор 37 используется для питания собственных цепей возбуждения, для пита-, ния автоматического регулятора 47 возбуждения основного генератора и для трансформатора 48 постоянного тока. Напряжение на шинах вспомогательного генератора 37 поддерживается с помощью автоматического регулятора 39 напряжения. Возбудитель 40, включенный по схеме самовозбуждения, в зависимости от соотношения токов в обмотках 42 и 43 соответственно форсировки и расфорсировки, обеспечивает величину рабочего тока в обмотке 33 возбуждения генератора 32. Автоматический регулятор 47 возбуждения пропор.ционального действия управляет работой возбудителя 40. Входными сигналами регулятора 47 являются сигналы с датчика 50 напряжения, датчика 51 тока, трансформатора 48 постоянного тока и обмотки 33 возбужедния (обратные связи по току ротора и напряжению возбуждения). Сигнальг с датчика 49 скольжения и датчика 50 напряжения поступают в устройство 1 для форсировки, выходной сигнал которого, образуемьй в соответствии с описанным алгоритмом, поступает в автоматический регулятор 47 возбуждения на вход суммирующего двухкаскадного магнитного усилителя 46 и, таким образом, осуществляет форсировку или расфорсировку возбужедния генератора 32. Предлагаемое устройство для форировки возбуждения синхронных машин по сравнению с известными обладает большой универсальностью и широкими функциональными возможностями, обеспечивает повышение надежности и уровня динамической устойчивости, а также улучшает качество переходных процессов в энергосистеме. Так, например, при его установке в дефицитных энергосистемах на синхронных генераторах 110 5 с медленно действующей системой возбуяздения и снабженных автоматическими регуляторами возбуждения пропорционального действия, предел динамической устойчивости при коротком замыканий в любых точках передающей электропередачи может быть повышен на величину подъема 2030%.