Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК H02P9/14 

ми контактами и входами на включение и отключение, датчик 4 выпрямительного трехфазного напряжения статора синхронного генератора и преобразователь 5 этого режимного параметра, датчик 6 напряже- ния возбуждения и преобразователь 7 этого режимного параметра, а также источник 8 постоянного напряжения, в качестве которого может использоваться источник пита- ния собственных нужд системы возбуждения синхронного генератора. Преобразователь 5 со стороны входа содержит первый дифференциатор 9, к выходу которого подключен вход управления второго управляемого ключа 10, через замыкающие контакты которого источник 8 соединяется с входом управления на отключение управляемого ключа 3. Датчик 6 напряжения возбуждения через дифференциатор 11 подключен к таймеру 12, вход управления которого соединен с выходом блоха 5 преобразования напряжения статора синхронного генератора, К выходу таймера 12 через диод 13 и размыкающие контакты управляемого ключа 14 подключен включающий вход первого управляемого ключа, а через диод 15 подключен включающий вход управляемого ключа 14, при этом диоды 13 и 15 включены так, что первый из них допускает протекание тока, соответствующего по- ложмтельному, а второй отрицательному значениям производной напряжения возбуждения, выявляемой дифференциатором 11. Кроме того, замыкающие входы управле- нмя на замыкание управляемых ключей обозначены знаком (), а на размыкание - зиаксш (-). Вход управления на отключение управляемого ключа NI соединен с выходом преобразователя 5. Выход блока 2 FQC че рез замыкающие контакты управляемого ключа 3 соединен с вторым входом управления АРВ 1, на первый вход которого подается сигнал с выхода датчика 4 напряжения якорной обмотки генератора.

Устройство работает следующем образом. .

В исходном состоянии в установившемся (стационарном) режиме синхронного генератора первый управляемый ключ 3 находится в замкнутом состоянии, АРВ 1 оказывается охваченным гибкой отрицательной обратной саязью. Связь эта, уменьшая динамический коэффициент усиления и создавая дополнительный фазовый сдвиг выходного сигнала автоматического регулятора в сторону опережения по отношению к входному сигналу в зоне частот собственных колебаний ротора синхронного генератора, существенно увеличивает запас колебательной устойчивости статических и

динамических режимов этого генератора. Вместе с тем, создавая замедление скорости прохождения сигнала через АРВ при сильных скачкообразных возмущениях в сети, эта связь уменьшает запас динамической устойчивости генератора на первом вылете ротора (апериодический предел динамической устойчивости генератора на первом вылете ротора - апериодический предел динамической устойчивости), а также затягивает процесс восстановления напряжения статора генератора. Пеовый из этих побочных эффектов всегда является негативным, поэтому устранение его всегда является полезным. Второй эффект в случае, если в послеаварийном режиме напряжение генератора становится в какой-то момент переходного процесса выше его до- аварийного уровня и продолжает некоторое время оставаться таковым, следует, при небольших в количественном отношении его проявлениях (по величине и продолжительности), рассматривать как положительный. В остальных случаях, т.е. при его обратной направленности, а также при той же направленности в сторону Выше, но при чрезмерно сильном (на 10% и более) повышении напряжения против нормального уровня или при чрезмерно большой его продолжительности (более 3-5 с), рассматриваемый побочный эффект также становится отрицательным и требует принятия специальных мер для его ограничения.

Управляемый ключ 10 в исходном стационарном, с малым уровнем случайных колебаний, режиме генератора разомкнут, таймер 12 замкнут, а управляемый ключ 14 может находиться в произвольном (замкнут или разомкнут) состоянии - при замкнутом состоянии управляемого ключа 3 состояние управляемого ключа 14 значения не имеет.

При скачкообразном нарушении режима генератора в выходном сигнале датчика 4, представляющем собой выпрямленное трехфазное напряжение статора генератора с отфильтрованными высокочастотными пульсациями (частота пульсаций 300 Гц), появляется практически также скачкообразное изменение величины напряжения, в выходной цепи дифференциатора 9 появляется ток. Если этот ток превышает некоторое его пороговое значение, соответствующей срабатыванию ключа 10, через замыкающий вход управления которого он протекает, то ключ 10 замыкается, на размыкающий вход управления ключа 3. поступает команда, и он переходит в разомкнутое состояние, блокируя действие ГОС. Параметры дифференциатора 9 выбираются из условия, что при заданной величине

скачкообразного изменения напряжения на входе в его выходной цепи возникает ток, достаточный для срабатывания ключа 10. Вместе с тем, должно быть выполнено условие, что при максимально возможной частоте электромеханических колебаний ротора синхронного генератора и максимально возможной при этих колебаниях амплитуде колебаний его напряжения статора ток в цепи выхода дифференциатора 9 остается ниже порогового значения, при котором происходит срабатывание ключа 10.

Выбранное таким образом выполнение дифференциатора 9 обеспечивает надежность срабатывания ключа 10 и, следовательно, отключение ГОС уже при относительно небольших скачкообразных возмущениях в сети, но не допускает такого отключения даже при самых глубоких электромеханических качаниях генератора.

Принимают для определенности, что рассматриваемое динамическое нарушение стационарного режима генератора представляет собой близкое короткое замыкание в сети. В этом случае в момент его возникновения начинается под действием АРВ 1 процесс нарастания напряжения возбуждения, однако сразу же после срабатывания ключа 10 происходит размыкание ключа 14, если он перед этим замкнут, или этот ключ остается разомкнутым, если в исходном режиме он разомкнут, до его повторного включения обратная коммутация ключа 3 не происходит, т.е. ГОС остается отключенной. Сигнал на выходе ключа 10, кроме указанных коммутаций, осуществляет также запуск таймера, который на заданный промежуток времени (принимают его равным 0,5 с) размыкает цепь между датчиком 6 напряжения возбуждения и замыкаю- щим входом управления управляемого ключа 3. Если на вход таймера не поступает повторный сигнал от ключа 10, он через 0,5 с повторно замыкает цепь прохождения сигнала от датчика 6. Если в этот момент происходит нарастание напряжения возбуждения, через этот диод 15 проходит сигнал на ключ 14, и он замыкается, однако сигнал на ключ 3 не проходит, так как диод 13 в этот момент заперт. Как только начинается снижение напряжения возбуждения после его прохождения через максимум, появляется ток в цепи диода 13 и через замкнутый ключ 14 проходит команда на включение ключа 3, повторно вводящая в работу ГОС. Все эти операции повторяются вновь при новом скачкообразном возмущении в сети. Если оно происходит в какой-то из промежуточных моментов времени, до момента замыкания ключа 3, то повторно

срабатывает таймер, если он к этому моменту успел возвратиться в исходное положение, и повторное включение ГОС происходите дополнительной задержкой по 5 времени. Если же повторное возмущение происходит до того, как таймер возвратится в исходное положение, то отсчет выдержки его времени также начинается от момента получения повторной команды, проходящей

0 при повторном замыкании ключа 10. Принимая максимально малым значение тока срабатывания ключа 3 по замыкающему входу управления, можно обеспечить условия, когда его замыкание происходит при близ5 кой к нулю величине производной изменения напряжения возбуждения, т.е. в практически установившемся режиме.

Исключая вероятность включения ГОС в моменты проэала напряжения возбужде0 ния, получают дополнительный положительный эффект с точки зрения повышения запаса динамической устойчивости, именно предотвращают выпадение генератора из синхронизма из-за резкого замедления ско5 рости восстановления напряжения возбуждения в случаях, когда включение ГОС совпадает с периодом пониженных уровней возбуждения, что всегда может иметь место в нестационарных режимах генератора по0 еле сильных возмущений. Включая же ГОС в момент повышенного напряжения возбуждения и замедляя его снижение, происходящее под действием АРВ, обеспечивают поддержание в начальной стадии послеава5 рийного режима генератора повышенного напряжения на выводах генератора и в примыкающем участка сети. Некоторая задержка на включение ГОС по отношению к- моменту последней коммутации в сети, т.е.

0 к моменту отключения короткого замыкания, переносит это включение в тот отрезок времени послеаварийного процесса, когда особенно больших по величине изменений режимных параметров генератора уже не

5 происходит. По этой причине можно не опасаться, что указанное свойство приведет после включения ГОС к .застреванию напряжения генератора на чрезмерно большой величине. Следовательно, без отрица0 тельных последствий получается выигрыш, заключающийся в ускорении момента восстановления нормального режима работы генератора и сети.

Следовательно, при использовании

5 предлагаемого способа и устройства, реализующего этот способ, обеспечивается суще- ственное увеличение предела динамической устойчивости синхронного генератора при скачкообразных, типа короткого замыкания, возмущениях в сети за

счет кратковременного блокирования ГОС в начальной стадии переходного процесса и рационального выбора момента его деблокирования. При этом практически не снижается запас колебательной устойчивости как в статических, так и в динамических режимах, т.е. обеспечивается надежное предотв- ращение самораскачивания в послеаварийных режимах. Исключение необходимости учета требований динамической устойчивости при выборе параметров ГОС позволяет выполнять ее более эффективной с точки зрения предотвращения самораскачивания.

Формула изобретения

1.Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, по которому измеряют величину напряжения якорной обмотки, сравнивают ее с заданной величиной, определяют величину и знак сигнала рассогласования, одновременно формируют сигнал гибкой отрицательной обратной связи по величине изменения режимного параметра синхронного генератора и в зависимости от суммы указанных сигналов регулируют его возбуждение, контролируют сигнал, характеризующий переходный процесс, и при превышении им заданного значения, регулируют возбуждение только по значению сигнала рассогласования напряжения, отл и- чающмйся тем, что, с целью повышения надежности энергоснабжения за счет повышения запаса динамической устойчивости и скорости восстановления напряжения генератора при динамических возмущениях в сети, дополнительно формируют сигнал, пропорциональный производной напряжения якорной обмотки, который используют как сигнал, характеризующий переходный процесс, а возбуждение регулируют по значению сигнала рассогласования напряжения только в течение заданного от момента превышения периода времени.

2.Способ поп. 1,отличающийся тем, что, с целью улучшения качества регулирования напряжения генератора, дополнительно измеряют величину напряжения на обмотке возбуждения генератора, дифференцируют полученное значение, определяют знак полученного сигнала и продолжают регулирование возбуждения только по значению сигнала рассогласования напряжения до тех пор, пока не будет

зафиксирован от положительного знака этого сигнала к нулю.

3.Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, содержащее автоматический регулятор тока возбуждения с двумя входами управления, блок гибкой отрицательной обратной связи, два блока преобразования режимных параметров генератора и управляемый ключ с размыкающими контактами

и включающим и отключающим входами, причем первый вход управления автоматического регулятора тока возбуждения соединен с выходом датчика напряжения якорных обмоток генератора, а второй вход

0 связан с выходом блока гибкой отрицательной обратной связи через контакты управляемого ключа, вход блока гибкой отрицательной обратной связи связан с выходом автоматического регулятора тока воз5 буждения, первый блок преобразования режимных параметров выполнен в виде дифференциатора, вход которого подключен -к выходу датчика напряжения якорных обмоток генератора, а выход первого блока

0 преобразования режимных параметров соединен с отключающим входом ключа, второй блок преобразования режимных параметров выполнен в виде таймера с за- пусхающим входом и выходными размыка5 ющйми контактами, при этом входные выводы второго блока преобразования режимных параметров подключены к выходу датчика напряжения обмотки возбуждения генератора, а выход блока соединен с вклю0 чающим входом управляемого ключа, отличающееся тем. что, с целью повышения надежности энергоснабжения и качества регулирования напряжения за счет повышения динамической устойчивости и скорости

5 восстановления напряжения генератора при динамических возмущениях s сети, в первый блок преобразования режимных параметров введены пороговый ключ с замыкающими контактами и источник постоянного напряже0 ния, во второй блок преобразования режимных параметров введены дифференциатор, два диода и управляемый ключ с включающими и отключающими входами и замыкающими контактами, причем вход порогового

5 ключа первого блока соединен с выходом дифференциатора своего блока, а источник постоянного напряжения соединен через замыкающие контакты этого ключа с выходом первого блока преобразования режим0 ных параметров, во втором блоке преобразования режимных параметров вход дифференциатора подключен к входным выводам блока, а выход дифференциатора через размыкающие контакты таймера

5 соединен с анодом первого и чатодом второго диодов, катод первого диода подключен к включающему входу ключа этого блока, анод второго диода через замыкающие контакты этого же ключа соединен с выходом первого блока преобразования режимных параметров, а выход первого, блока преобразования режимных параметров дополнительно соединен с запускающим входом таймера и отключающим входом управляемого ключа второго блока преобразования режимных параметров.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для устройств, регулирующих ток возбуждения Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов, работающих в энергосистемах общепромышленного применения. Целью изобретения является повышение надежности энергоснабжения и улучшение качества регулирования напряжения за счет повышения запаса динамической устойчивости и скорости восстановления накрупныхсинхронных генераторов, работающих на энергосистему. Цель изобретения - повышение надежности энергообеспечения и качества регулирования напряжения за счет повышения запаса динамической устойчивости и скорости восстановления напряжения генератора при апериодических возмущениях в сети. Новым в способе является то, что при указанных возмущениях в сети осуществляется блокирование воздействия гибкой отрицательной обратной связи (ГОС) на автоматический регулятор возбуждения, причем блокирование ГОС производится по превышении первой производной напряжения якорной обмотки генератора определенного значения. Отключение ГОС производится либо на заданный промежуток времени, либо до тех пор, пока дополнительно выделенный сигнал о производной величины напряжения на обмотке возбуждения генератора не станет равным нулю. Выполнение операций способа позволяет исключить отрицательное действие ГОС при скачкообразных возмущениях в сети без ухудшения запаса устойчивости в статических и динамических режимах работы энергосистемы, 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил пряжения генератора при динамических возмущениях в сети. На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора содержит автоматический регулятор 1 возбуждения (АРВ) с двумя входами управления, блок 2 гибкой обратной связи (ГОС), первый управляемый ключ 3 с размыкающиЁ XJ О О XI О

7

;Н 3 г™Н 1

м j L

I fa f«- ««min.l

W/V

H

il

®

/5