Способ регулирования возбуждения синхронных генераторов и регулятор возбуждения синхронного генератора для осуществления этого способа Советский патент 1957 года по МПК H02P9/10 H02J3/24 

Одной из iijio6;ieM, козникающих при проектирован крупных и объединенных энергосистем с длинными линиями передачи, является выбор параметрО15 и систе.мы регулирования возбуждения параллельно работающих синхронных генераторов, так кГк регулированием-возбуждения определяются: поддержание заданного ypo-MiH напряжения, наибольшая пропуск 1ая способность из условия обеспечения статичес1 01 1 и динг.лп-гческо устойчивости и авголштическое распределение реактивной нагрузки между параллельно работаюии1.ми машииами.

Известио,, что для удо;;детвореиия указанных трсбов::ниГ1, следует вестп регулирозаике. Еозбулчденпя по следуюи1им пар.ТпСгрпм: по отклонению иапряжеппя (от номинального), по оби1е-му току станции / или углу о между ь. д. с. гемератора и синхронно , оби,ей для зсех стгппди спсте.Ь, н но токам отдельных генераторов с некоторыми .

Метод регулирования по углу и его производным принципиально лучше, чем метод регулирован гл но току, так как изменение угла непосредственно определяют 1чачаиия ротора, подлежащие подавлению путем возде СТБИя на воз уждение..

Регулирование по току статора / (и его производным) представляет собой косвенное регулировлчие по углу о (и его производпым) и че обеспечивает эффективного гашения качаний в разных режимах.

Однако вследствие сложности систем регулирования по углу возбуждение, как правило, регул ио отклонепи о напряжения от иоминального с добавлеИем в некоторых схемах регулирования по общему току (компаундирование) станции или углу о.

Согласно предлагаемому способу регулирования возбуждения синхроииых генераторов на электрических станциях, объсд:тне шых в энергетическу о систему/ для нотдержания примерно постоянного

напряжения на шинах станции сохраняется регулирование по -t/ (отклонение напряжения от no.vuiнального), а для нолучення характеристики и - f(I) с малым и даже отрицательным статизмом п)и больших токах (статическое регулирование напряжения) сохраняется регулирование по обн1,ему току станции / (эквивалентно компаундированию) или но отклонению величины полного тока от тока, соответствуюн1,его поминальному режиму А/.

Таким образом, U и /(А/) являются обпщми параметрами станции.

В соответствии с изобретением, для 6biCTpeitn:ero подавления качаний, могущих возникнуть в нормальном режиме (в частности, при изменении нагрузки), и для обеспечения устойчивости в после аварийном режиме после Oj-ключения короткого замыкания, что также связано с подавлением возникнгих качаний ротора в области большого угла о, па каждой из станций (и для каждого генератора станции в отдельности) вводится регулирование ио отклонению угловой скорости вращения ротора от синхронной Aujirro)-Шсх и его производным. Так как Аш пропорционально скольжению, то такое регулирование-представляет собой регулирование по скольжению или регулирование по производным угла о между э. д. с. генератора и синхронной осью, общей для всех станций системы:

л f/5

Ао)---

d t

Таким образом, это есть регулированье ио относительным скоростям и ускорениям роторов каждого из генераторов ио отношению к общей для системы синхронной оси.

- Из изложенного следует, что регулирование ведется по полпому току / (или его отклопепию А/ от значения, соответствующего номинальному режиму), что- принципиально правильнее регулирования по углу 3, так как величиной о определяется непосрелствеппо активный ток, реактивны., же ток па значении,о практически по отражается. В то же время для ве.птчины Н511П1Яже}Л я i;a зажимах ieператора (при :-адипио1 э. д. с. хо.юстого хода) -)еактивньи ток имеет бо,-1ьшее значение, чем активны.

Что касается -.е1у.-1нров;1ния но Ас) (п его произнодшям), то ( эквивалентно {зегулирор.аиию ио производ1 ым абсолютного угла между роторами машин п общей синхронно осью системы, ио итиошеишо к котогюй и оиределяются качания мапии.

Технически регулирование по параметру -u) может быть ccyj:i,eствлепо путем установки па одпом валу с 1 енера-1орс измерительного гепе)ат{П)а, дающего на 1ряжепке частоты 50 v, или isNHie (например. iiaiJiHiib типа у1 1оиз:.еритсльког). Желателыга п может быть использована более высокая частота. Зто .г.г.ет возможность получить больи1ес быстродействие и повысшъ чувствителькость выявптельного злемента прп отсутствии на выходе его гармоник низких частот, что важно для четкой работы регулятора.

На фиг. i показана блок-схе.а выявительного эле.иента Аш, используемою в регуляторе, служащем для осуществления предлагаемою способа; на фиг. 2--общая стпуктурНЕЯ схема регулятора; на фиг. 3-6- схемы введенного в регулятор корректирующего блока.

На фиг. 1 обозначено: / Т-измери1ельный генератор (скорости), ПЭС - преобрг;зовательпы11 орган (скорости), Ф VC-фазочувствительная схе.ма, ,:ьтр низкой частоты.

Измерительный геаер;;тор ИГ питает схему иреобразовательпо -о органа ПЭС, прсд.ст; влиюплего собон мостовую схе.му (или частотпьм фильтр). Mf)CT 1аходптся в равповесип при прохождепип тока частоты, соотвечствующей синхронному враи1,е11ию генератора. В случае отклопеппя у1ловой скорости вращения i-enepaiopa от синхронHOii и соответственно частоты генератора равновесие моста наруп ;-;ется п, в зав1;сгАОСти от частоты 1{итаюп1,с1У па11ря ке111:я, прокеходит изменение фазы выходного напряжения нреобразовательного органа ПЭС. Это нанряжение с номощыо фазочувствительно схемы ФЧС преобразуется в нанряжение, пропорциональное величине Au). Величина и знак этого выходного нанряжения, поступающего через фильтр низкой частоты Ф в схему регулятора, .меняются в зависимости от отклонения в ту или другую сторону скорости вращения ротора по сравнению с номинальHoii.

В качестве преобразовательного органа ПЭС и фазочувствительной схемы ФЧС могут быть использованы измерительные элементы регуляторов частоты (реагирующих на величину мгновенного отклонения частоты), но с применением лишь практически безынерционных элементов для обеснечения должного быстродействия схемы. Поэтому вместо магнитных усилителей должны применяться усилители на электронных лампах или кристаллических элементах.

Воздействие KiAw заводится также в дифференцирующий элемент, чтобы получить регулирование по производным Аш.

Напряжение и ток генератора через трансформаторы ТН и 7Т (фиг. 2), согласовывающие напряжения трансформатор ТС, регулирующие п.отенци0метрьг РП и РЯ, и фильтр 02 вводятся в схему моста МНТ..

При номинальном режиме, т. е. при и и,, и мост Ж//7 находится в равновесии: К и„ -

-К, /„ :-:-:0

При увеличении или уменьшении нагрузки это равенство нарушается и на выходе моста ЛШ7появляется напряжение, равное U„ - ЛбА/и , где А f/ и А/-приращения напряжения и тока генератора но сравнению с номинальными значениями.

Для обеспечения точного распределения реактивной мощности Q станции между генераторами можно дополнительно предусмотреть коррекцию путем регулирования возбуждения отдельных генераторов мо /, - /л7 или Q, AQ,

где: /2 -ток данного генератора; /-общий ток станции; Q -реактивная мощность генератора; Q - реактивная мощность станции; К- коэффициент, определяющиГ долевое участие каждого из генераторов в выдаче реактивной л ощности. Коэффициент К целесообразно иметь Я,

равным Л ---ргде Р,

активная мощность, выдаваемая данным генератором, Р-активная мощность всей станции.

Такое значение коэффициента

/,

-.

И, следовательно,

4 Q.

К :,

показывает, что

все генераторы станции работают при одинаковом коэффициенте мои;ности. Здесь /д и /„ - соответственно активный и реактивный токи.

На фиг. 2 пунктиром показан корректор распределения реактивной мощности Q, состоящий из множительного элемента МЭ и вычитающего элемента ВЭ.

Долевое участие каждого из генераторов в выдаче реактивной мощности осуществляется либо вручную установкой регулирующего потенциометра, либо автоматически от устройства распределения активной нагрузки (УРАН) с помощью множительного элемента МЭ, к которому коэффициент

Рг

-Q- ПОДВОДИТСЯ в виде определенного напряжения.

При качаниях машины на выхо-де фазочувствительной схемы ФЧС будет возникать напряжение (постоянного тока), пропорциональное АО). Это напряжение вводится в дифференцирующий элемент ДФЭ, после чего все величины, пропорциональные

б/(Аш) (А(.))

АС/; А/

dt dt(/2 -А7), поступают в суммирующий элемент СЭ (Ф; и Фд-сглаживающие фильтры низкой частоты). В суммирующем элементе СЭ производится суммирование и усиление, после чего суммарное воздействие поступает па оЬазовый мост ФМ, управляюп1,ий тиратронами силового элемепта ЭС. В качестве последпсго п)имеияется типовой силовой элемепт, содержащий две группы тиратроиов, одна из которых работает при необходимости увеличеппя возбуждения, другая-ири необходимости его уменьшения. В зависимости от этого получает питание одна из обмоток возбуждения добавочного возбудителя ДВ.

OCj и ОСз-элементы гибкоГг обратной связн, вводимой для повышения усто1 чивости и уменьшения величины перерегулирования.

Блок питания стабилизатор напряжения, выпрямляющие элементы и сглаживаюидий фильт|т.

Парамет)ы регулирования Af/ А/ и (/2 -Л7) обеспечивают статический режим (статические характеристики) системы. Наличие регу.чирования но А/ (помимо ) дает возможность получить отрицательны статизм, т. е. ноддерживать при больших пагрузках примерно иостоянпым напряжение у потребителя и повышать его на шинах станции. Этим обеспечивается также надежная работа в зоне искусственно устойчивости. Статическое регулирование по разности (Л - А7) дает возможность

перераспределить реактивные мощности между генераторами .станции при выдаче ими различных активных мошностей таким образом, чтобы все генераторы работали с н()имерно равными коэффициентами мощности. Исходя из обеспечения прежде всего статических характеристик, определяются коэффициенты )егулирования по этим параметрам. При возникновении качаний как вследствие изменения нагрузки (малые колебаиия), так и нри коротких замыканиях (после отключения короткого замыкания- большие качания) вступает в де ствие сильное .регулирование по Aw и его производным. Коэффициенты регулирования по этому иара метру и его .производным оиределяются из рассмотрения динамических режимов: малые колебаиия и поминальпом

режиме и последовательный режим, соответствующий их подбор дает быстрое подавление качаний, слабо колебательный или даже монотонный переходный процесс.

Эти же коэффициенты прежде всего определяют статическую и динамическую устойчивости систе- мы (в особенности в области больших углов о).

В иачале настуилеиия короткого замыкания форсировка возбуждения осуществляется производными Ас и значительной величино /ЬА/У-Л-.А/.

Однако этого может оказаться недостаточным, тем более, что коэффициент регулирования по At/ и А/ определяется из условия обеспечения статических режимов, а коэффициенты регулирования при ACU должны настраиваться прежде всего, исходя из наибыстрейшего подавления свободных колебаний системы.

Поэтому целесообразно сохранить реле11ную форсировку возбуждення (блок релейной форсировки БРФ, начинающую действовать в момент настуиления короткого замыкания (включить три быстродействующих реле на каждую из фаз). После снятия релейно форсировки система будет находиться в режиме свободных колебаний вокруг нового установившегося значения угла orzSj, и эти колебания будут затухать под действием регулирования возбуждения ио Асо.

В силовой части, как видно из схемы на фиг. 2, предусмотрен кроме основного возбудителя В также и доиолнительныи возбудитель ДВ, работающий лишь при отходе от номинального режима.

При такой системе исчезновение напряжения на шинах собственных нужд (или отказа в работе регулятора) не приводит к полной потере возбуждения генератора станции (так как сокращается иитание от возбудителя В).

Как следует из изложенного, эта система регулирования может быть целиком использована и ири других системах возбулчдення, г.

том числе

111И1.

В качестне допо.шитс/млюГ Iaраитии прани.чыюсп работы схемы Д.1Я пернодпческоГ чоч-иости uncTpoiiKu -MOCTOiioii схемы преобр; :ю1ипч;, opraiioii 11ЭС различных ста II o6i)e;unieiinori энергосистемы MO I-:IIO применить подстройку их uLi эт;-;;оииу10 частоту, иереда1и1ему1о но радио (иди другому каиалу) из единого neiiTра.

Таким образом, по п;1ед.1агаемому способу 1егулироиаи1 я возбуждении сиихроишхх генераторов пс1Ю.1ьзуются с.1едуюии1е парал1ет1)ы регулирования: откдопеиие н:1нр-лжения на ишиах станции oj номииа. ьиого - и . ) между фактическим обникм током стаиц1И1 и током номннальгюго режима А/: откдоиенне скорости BpaiueHiui ротора (кажды11 нз .машин) от сииxpOHHOi; скорости - А-.о с ироизлюдными.

Ксли считаться с Р)0змо.жиостыо длительного отк.тоненни частоты сети от стандартно (ЕС.-1едстрл е, например, дефицита активной MOHI,ности), следует на выходе датчика ввест1 постоянную иоиравку к ие.ппине Аю. Такая поправка может быть получена в inue донолиительного иаг1ряжен11я, npoHoiiцнона.чьного отк.тонешио сре.него {за несколько ,т.есятков секунд) значекня частотг; сети от 50 г/(.

На фиг. 2 показана схема включеиия такого корректируюп1,его б.чока частоты КБЧ одного па все геиерато|1ы станц1П1. Сам блок можно пспо,1ьзо1 ать также в качестве датчпка ,,текуи1,е1 эталоиnoii частоты, по отион1еиию к коTOpoii п оир.еде,1ять качаии;-: роторов.

Корректпруюи ий б.юк частоты КБЧ может быть выиолиеп в д, 1 ;1рнаитпх, иоказаннтлх на фиг. 3- 6. В вар)1аиге ио фи;-. о--о блок КЬЧ н нучстаг.ляет собой дл-ia ин|егрн)у1()П1.пх ЛС э. емепта цепочк //, н //.,, уирав;1яем1)1х ре.ич :noii схемой и HHjne.Mbix ol .Moci.i ;VI через усилитель.

Moci М питается от сетц п находится в равновесии при ирохожToi.a сн гхроин()|| час1ггп4

V) с«.

Напряжение на иыхо.Ю .моста

нрюиорциона.гьно.мгновенному

отклонению частоты Н1ггаюн,ег0

нанряжения (сети) от сиихронно :

AlAu)

1 нте риру1оии1е элемеиты /-/, (/ 1 С) li И., (R-, СО ноочередно 1 ключа1с)тся на пнтаппе от моста н на нитанне схе.мы регулятора.

.поченне производится контактами уиранляюн|,его реле У (фиг. 5); К рубильник, вкл оча1ои;ий схему. После замыкания рубильника К иачинает заряжаться коиденсатор Cj иитегриpyiOHiero элемента И. Зарядка коиденсаторл происходит в течение определенного промежутка времепп /-, определяемого схемой электронного реле времени В (фиг. о). По истечени некоторого промежутка времени - реле У нерек.почает интегрируюН1,нй элемент /-/ на Н1ггание иаиряженпем iff - схе.мы регулятора, а мост ;И-для работы па иптегрируюп;ее звепо /-/о. По п 1оп1ествии времепи /. эле.меит /f, спова подключается к мосту М, а элемепт И., питает регулятор. Далее процесс повторяется.

Для снятия заряда с конденсато юв иитегрируюи1,их эле.гентов перед иачалом накоплегп1я (нрн пптани интегри 1у он1его элемента от .моста М) нри.менены два реле Р, п А (фиг. 4), коитакты которых шунтируют через малые сопротивления г,, конденсаторы С,, С., интег11 п- опи1х э,.ментов перед иачалом иакои:еи,1я. Напряжение иf. подается lui сетку уси.тителя У pia6oTaioni,cro при сеточпо.м токе, paiino.M пу.чю (OTSMIдательное с.меп1,еиие мл ccTice), чтобы в период раб.угы пптег П1 1уlonvero элемепта на регу.чятор его выходпое на11 1,|жеппе //,. сохраия.ю 11ос1ояипу1() ве.ппипу.

Hepcic.iioneHne 1.41 reipniiyioinnx элементов //, н /Л, ocyni,ec п - яется с HOMontbK) ре.ей11ой схемы, показанной на фиг. о.

Носле за.мыкапия общего рубильника К ио иро1нест:- и:1 1,ременп /возбуждается электронное реле времени В (фиг. 5), затем его реле-повторители 5/7, и ВП.,. Через контакт реле ВП возбуждается управляющее реле У и самоблокируется. Срабатывает также его медленпо действуюп:1ее реле-повторитель У/7. Ко1 такто-м ВП., реле В выключается, после чего выключаются и реле , и ВП.,, чем заканчивается первый цикл работы схемы.

По истечении следующего промежутка времени /., когда реле В возбудится вновь, срабатывают его реле-повторители ВП и ВП., и возбуждается через контакт У/7 реле Д, которое выключает реле У. После этого вновь возбуждается реле У/7, затем обесточиваются реле В, ВП, ВП- и Л, и схе.ма возвращается в исходное положение, при котором снова повторяется первый цикл. К концу промежутка времени л возбуждается реле В.

Таким образом, реле В, ВП и ВП., производят отсчет промежутков X, а реле Д и У/7 обеспечивают включение и выключение управляющего реле У через равные промежутки времепи /-.

Наличие двух (а не одного) повторителей /7i и ВП.,, имеет целью обеспечить устойчивую работу самовыключающейся схемы реле времени В.

Корректирующий блок по второму варианту, показанный на фиг. 6, выполнен в виде двухкаскадного агрегата: синхронный двигатель -генератор. Между каждым из синхронных двигателей СД, СД и генератором , СГ„ установлены маховики yWi и Жз, создающие значительную инерционность. Если отнощение амнлитуд колебаний частоты сети на входе двигателя СД и частоты напряжения па зажимах генераторов -iJ-i, а отношение амплитуд колебаний частоты па входе двигателя СД, и у генератора СГ.,, то отношение . амплитуд колебаний частот на выходе генератора СГ., и сети будет равно:

J J-rIJ-2 Ориентировочный расчет показывает, что для колеоапи частоты, возпи1а1ющих вследствие качания роторов (период 7 4 сек.) и д.,1я более быстрых колебанн, можно получить ;j.. Это означает, что в такой схеме имеет место ос.лаб..енис гмплитуды колебаний частоты liDHMepiiO rs 50-60 раз, т. е. если на входе колебания с амплитудой до 3(J-40 , IO на выходе схемы oiin будут менее Г , т. е. практически генератор С/,

П ) е Д м е т и з о б р е т е и н я

1. Способ ))егулпрова ия возбуждения синхронпмх генераторов на злектрических станциях, объединенных в э; ергетическ ю систему, ио откмонепкю натр;; ;кепия на шинах электрической стглщии от нормального значения с одновременным )егу;;нрованием по общему току стапдип или пс разности этого тока т тока ио;)1ального режима, о т ;i и ч а ю in и и с я тем, что, с целью поддержагия динамической устойчивости генераторов, регулирование их ., (Збуждения производят также пс; отклонению угловогг скорости нраи;ення ротора генератора от синхронной скорости.

2.Способ по и. I, отличаюии: и с я тем, что в сигнал, регулируюп1,ий возбуждение генератора, доиолиите, вкодят состав.тяюП1ие, пропорциональные п юизводпым отк.юпенпя угловой скорости врап1,ения ротора генератора от синхронной.

3.Регу,1ятор возбуждепня синхронного генератора для осуществления способа по п. 1, СОСТОЯП1ИЙ из электрического датчика скорости врапдения генератора (наиримср, измерительного электрического генератора), преобразовательного органа, включенного но моCTOBoii схеме, подк.почеииол к указагпюму датчику, измерительного элемента и силово части, о т л и ч а ю и ii с я j-ем, что для нолучения напряжения, пропорцпональпого отклонению угловой скоростп генератора от синхронной.

мостовая схема преооразовательного органа выполнена уравиовешенпой при синхронной частоте энергосистемы и к ее выходу подключена фазочувстнительная схема, на выход которой включен измерительный элемент регулятора возбуждения.

4.Регулятор возбуждения но п. 3, о т л и ч а ю щ и 1 с я тем, что для регулирования возбуждения по нроизводным отклонения углоBoii скорости генератора от нормальной, на выход фазочувствительно схемы включен дифференцирую Н1,и и блок.

5.Регулятор возбуж.тения по н. 3, отличающийся тем, что, с целью возможности работы системы возбу/кдения reisepaTopa

при отклог1ении частоты в энергосистеме от нормально (например, нри длительном дп.фиците активной мощност), к выходу фазочувств тельно1 1 схемы нодключен корректируюп1,ий блок частоты с входным элементом но типу мостоBoii схемы, уравновешенно при нормально частоте в системе и две интегрирующие цепочк 1 „КС с ус::лнтелем на их выходе.

6. В регуляторе возбу кде ня но п. 3 и 4 npnN eHeHHe корректирую цего блока частоты в виде двухкпскад ого агрегата ,,синхронньп двигатель генератор с инерционньв ; .аховнка%и1 между каждым из .Х дв 1гателеГ и геиер;;тором.

I- f - -., „ „.

tU Uj

ген.

l регулятору

CN

j

со I

I-, к

еёп,

L.

п, V

Фиг. 5

-

УП