Устройство для аварийного управления активной мощностью электростанции Советский патент 1992 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к области элек- .тротехники, в частности к устройствам про-. тивоаварийной автоматики, и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. №983891.

Известное устройство для аварийного управления активной мощностью электростанций содержит датчик скорости; арифметический блок, дифференциатор, интегратор, функциональные преобразователи, сумматор-определитель знака, блок выделения и сглаживания модуля ускорения, ограничитель напряжения, логический и исполнительный блоки, анализатор фронтов управляющего импульса, блок стандартных сигналов с каналами экспоненциальных и прямоугольных сигналов, управляемый переключатель, датчик электромагнитной мощности генератора, арифметический блок вычисления изменения мощности генератора, блок памяти, второй дифференциатор, компаратор, сумматор, реле, блок коррекции уставки по сбросу электромагнитной мощности, блок коррекции уставки по производной Сброса элект00

OJ 0

ч

N3

ромагнитной мощности, два блока сравнения.

Однако устройство при формировании последующих импульсов на разгрузку турбины не учитывает изменение мощности турбины во время протекания переходного процесса, что не позволяет обеспечивать наиболее эффективного демпфирования по- слеаварийных качаний, ввиду существен- ной,нелинейности характеристики турбины.

Целью изобретения является повышение качества переходного процесса за счет улучшения эффективности управления при формировании управляющего воздействия на разгрузку станции.

Устройство для аварийного управления активной мощностью электростанций, содержащее датчик скорости вращения, арифметический блок выделения скольжения, к выходу которого подключен датчик скорости вращения, дифференциатор, интегратор и первый функциональный преобразователь, к входам которого подключен выход арифметического блока выделения скольжения, второй функциональный преобразователь, подключенный к выходу интегратора, сумматор-определитель знака,, входы которого связаны с первым выходом дифференциатора и выходами функциональных преобразователей, блок выделения и сглаживания модуля ускорений, подключенный входом к второму выходу дифференциатора, ограничитель напряжения, соединенный с выходом блока выделения и сглаживания модуля ускорения и включенный в обратную связь выходного логического блока, вход которого соединен с выходом сумматора-определителя знака, первый блок сравнения, анализатор фронтов управляющих импульсов, вход которого соединен с выходом логического блока, блок стандартных сигналов, управляемый переключатель, основной вход которого .подключен к выходу блока стандартных сигналов, управляющий вход - к выходу анализатора фронтов управляющих импульсов, а выход - к второму входу первого блока сравнения, исполнительный блок, первый вход которого соединен с первым выходом первого блока сравнения, арифметический блок вычисления изменения мощности генератора, блок питания, второй дифференциатор, компаратор, сумматор, реле, блок коррекции уставки по производной сброса электромагнитной мощности, второй блок сравнения, датчик электромагнитной мощности генератора, выход которого подключен к входу блока памяти, выход которого соединен с входами блока коррекции уставки по сбросу мощности и блока коррекции уставки по производной сброса мощности, и к входу арифметического блока, выход которого соединен с вторым входом блока коррекции уставки

по сбросу мощности, с выходом дифференциатора и через первый замыкающий контакт реле - с первым входом сумматора, выход которого подключен к обмотке реле, второй вход - к второму выходу первого

0 блока сравнения, а третий - к первому второго блока сравнения и к выходу компара-. тора, входы которого соединены с выходами второго дифференциатора и выходом блока коррекции уставки по произ5 водной сброса мощности, а выход блока коррекции уставки по сбросу мощности через второй замыкающий контакт реле соединен с вторым входом второго блока сравнения, дополнительно снабжено бло0 ком вычисления -мощности турбины, арифметическим блоком выделения изменения мощности турбины, блоком коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению к блокам коррекции амплитуды

5 управляющего сигнала по возмущению.

На чертеже дана структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит датчик 1 скорости, включающий в себя измерительный эле0 мент и фильтр, арифметический блок 2 выделения скольжения, дифференциатор 3, интегратор 4, функциональные преобразователи 5 и 6, сумматор-определитель 7 знака и блок 8 выделения и сглаживания

5 модуля ускорения, ограничитель 9 напряжения, логический блок 10, первый блок 11 сравнения, анализатор 12 фронтов управляющих импульсов, управляемый переключатель 13, блок 14 стандартных сигналов,

0 исполнительный блок 15, датчик 16 электромагнитной мощности генератора, арифметический блок 17 вычисления изменения мощности генератора, блок 18 памяти предшествующего аварии значения электромаг5 нитной мощности, сумматор 19, реле 20 с двумя нормально разомкнутыми контактами 26 и 27, второй дифференциатор 21, компаратор 22, блок 23 коррекции уставки по сбросу электромагнитной мощности, блок

0 24 коррекции уставки по производной сброса электромагнитной мощности, второй блок 25 сравнения, блок 28 вычисления мощности турбины, арифметический блок 29 выделения изменения мощности турби5 ны, блок 30 коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению, блок 31 коррекции амплитуды управляющего сигнала по возмущению.

Блок 28 вычисления мощности турбины производит приближенное вычисление

мощности турбины во -время переходного процесса по выражению

+ РЭЛ.(1)

Как известно (1), в переходных процессах, не связанных с большими изменениями скорости, d (3/dt « w0, движение ротора электрической машины можно записать в виде:

d2a dt

- PT - РЭЛ Pda

dt

где РТ - механическая мощность первичного двигателя (турбины);

РЭЛ - электрическая мощность генератора;

Pds - демпферный коэффициент, отражающий результирующий эффект механи- ческого и электрического демпфирований, физически зависящий от абсолютных скоростей и особенностей конструкций машин системы, углов взаимного сдвига и т.д.

Неучет члена Pds-т-при проведении

расчетов численными методами на ЭВМ в большинстве случае дает больший вылетуг- ла, преувеличивая этим опасность нарушения устойчивости (2).

Таким образом, мощность турбины, определяемая по выражению (1) посредством расчетов на ЭВМ, отличается от действительной на величину погрешности, которая

зависит от значения I Pds I в переход-

d t

ном процессе и может достигать неприемлемой величины вблизи предела устойчивости из-за неучета влияния дополнительной скорости изменения угла 6и т.д.

При подстановке в выражение (1) реально измеренных значений Р и

tfd dt2

величина погрешности в определении мощности турбины существенно меньше, чем в предыдущем случае.

Исследования показывают, что вычисление мощности турбины без учета демпфи- рующей составляющей посредством уравнения (1) по измеряемым значениям режимных параметров генератора в темпе переходного процесса имеет погрешность, допустимую для систем противоаварийного управления мощностью паровых турбин при обеспечении синхронной динамической устойчивости, а также результирующей устойчивости с одним, двумя проворотами.

5

10

g

п

25

10

35

о

455055

Это объясняется тем, что влияние регуляторов и демпфирующих контуров проявляется в изменении измеряемых величин Р и б . Это приводит к существенным отличиям, определенным по режимным параметрам значений мощности турбины, рассчитываемых по выражению (1). от значений мощности турбины для аналогичного возмущения, рассчитанных по данным доаварийного режима на ЭВМ. Кроме того, при малых значениях относительного скольd 5c

жения -- величина погрешности прибли01

жается к нулю.

Учитывая все изложенные факты, подход к созданию ограничителей мощности турбины с вычислением приближенного значения мощности турбины во время переходного процесса может быть применен и для корректировки (уменьшения) амплитуды импульсов управления, демпфирующих качания генераторов.

Блок 28 вычисления мощности турбины, реализующий выражение (1), может быть также выполнен по известной схеме.

Арифметический блок 29 выделения изменения мощности турбины выполняется аналогично арифметическому блоку 17 вычисления изменения мощности генератора. В нормальном режиме при установившейся мощности турбины на выходе блока 29 формируется нулевой сигнал.

Блоки 30 и 31 коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению и по возмущению представляют собой сумматор с двумя входами, на первый вход которого подается сигнал управления, амплитуда которого сформирована по параметрам переходного процесса (производной скольжения или изменению электрической мощности генератора), а на второй вход сигнал с выхода арифметического блока 29, амплитуда которого пропорциональна величине изменения мощности турбины, а на выходе блока формируется сигнал управления, амплитуда которого уменьшается относительно входного сигнала по первому входу на величину, пропорциональную величине сигнала по второму входу.

При отсутствии сигнала управления по первому входу на выходе блока формируется нулевой сигнал. Таким образом, последующие сигналы управления, сформированные по возмущению и отклонению во время переходного процесса, формируемые по параметрам переходного процесса, корректируются по амплитуде в зависимости от величины изменения мощности турбины, что позволяет устранить избыточную разгрузку.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При возникновении аварийного возмущения, например при коротком-замыкании на одной из отходящих от станции линий, блок 1-8 памяти запоминает предшествующее аварии значение электромагнитной мощности, в результате чего в блоках 23 и 24 коррекции уставок сохраняются значения, уставок, соответствующие значению мощности в предшествующем доаварийном режиме. Если производная сброса электромагнитной мощности становится больше уставки срабатывания, выработанной блоком

24коррекции уставки по производной сброса мощности, то на время превышения величины производной над величиной уставки с выхода компаратора 22 через блок

25сравнения и блок 31 коррекции амплитуды управляющего сигнала по возмущению на второй вход исполнительного блока 15 аварийной разгрузки проходит прямоугольный сигнал заданной амплитуды. Этот же сигнал проходит через сумматор 19 на обмотку питания реле 20. Реле 20, срабатывая, замыкает контакты 26 и 27. Через контакты

26реле 20 становится на самоподпитку от сигнала по сбросу мощности. Через контакты 27 сигнал, пропорциональный сбросу мощности, с выхода арифметического блока 17, пройдя в блоке 23 коррекцию в соответствии с доаварийным уровнем мощности генератора, подается на второй вход блока 25 сравнения. После снятия прямоугольного сигнала с выхода компаратора 22 сигнал, пропорциональный сбросу мощности, замещает выходной сигнал компаратора 22, на выходе блока 25 сравнения и через блок 31 коррекция амплитуды управляющего сигнала по возмущению проходит на второй вход исполнительного блока 15 аварийной разгрузки станции.

Снятие сигнала, сформированного по сбросу-мощности, производится при появлении сигнала управления по отклонению и подаче его на вход сумматора 19 с выхода первого блока 11 сравнения. Реле 20 возвращается а исходное положение и снимает сигнал по сбросу мощности с второго входа блока 25 сравнения. В дальнейшем управление производится по каналу отклонения скорости вращения, для чего одновременно с формированием сигнала по сбросу электромагнитной мощности генератора формируется сигнал по отклонению скорости вращения ротора генератора. После возникновения возмущения на выходе логического блока 10 появляется управляющий сигнал на разгрузку турбины, который формируется позднее, чем сигнал по АР и Д Р , так

как этот сигнал формируется по отклонению скорости ротора, а причиной изменения скольжения является изменение электромагнитной мощности. Сигнал с выхода блока 10 через блок 30 коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению подается на один из входов блока 11 сравнения, где сравнивается по величине с нулевым значением второго входного сигна0 ла (экспоненциальный выход блока переключателем 13 отключен от второго входа блока 11 сравнения) и проходит на один из входов исполнительного блока 15 аварийной разгрузки станции и на третий вход сум5 мато-ра 19, снимая сигнал управления. Управление в дальнейшем производится по отклонению скольжения. При переключении управляющего воздействия выходной сигнал блока 10 начинает убывать с посто0 янной времени фильтров датчика. При этом в анализаторе 12 выявляется убывание управляющего импульса и выдается командный сигнал переключателя 13 на подключение канала экспоненциального

5 сигнала блока 14 к второму входу блока 11 сравнения, в результате чего экспоненциальный сигнал заданной амплитуды и заданной постоянной времени (Та Ti) подается в.блок. 11 сравнения и сравнивает0 ся по величине:убывающим с постоянной времени Ti фильтров датчика выходного сигнала логического блока 10, который подается через блок 30 коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению. По5 еле того, как величина управляющего сигнала становится сначала равной, а затем меньше заданной амплитуды экспоненциального сигнала, экспоненциально убывающий сигнал с выхода блока 14 проходит

0 через блок 11 сравнения на вход исполнительного блока 15, обеспечивая экспоненциальное снятие управляющего сигнала с исполнительных органов аварийной разгрузки станции.

5 Под действием сигналов управления (по возмущению и по отклонению) через время постоянного запаздывания (порядка 0,18- 0,28 с) мощность турбины начинает снижаться в соответствии с характеристикой ее

0 системы регулирования. Блок 28 вычисления мощности турбины, производящий приближение вычисления мощности турбины по сигналам, пропорциональным электрической мощности и первой производной

5 скольжения, формирует сигнал, пропорциональный новым значениям мощности турбины во время переходного процесса. который поступает на вход арифметического блока 29 выделения изменения мощности турбины. Выделенный арифметическим

блоком 29 сигнал, пропорциональный изменению мощности турбины, подается на вторые входы блоков коррекции амплитуды управляющих сигналов по отклонению 30 и по возмущению 31, в которых происходит алгебраическое суммирование с поступающими на первые входы этих блоков сигналами управления, что приводит к уменьшению амплитуды управляющих сигналов. Однако надо учесть, что изменение не касается пер- вого импульса, сформированного по каналу возмущения (его длительность меньше времени постоянного запаздывания), и может только частично изменить амплитуду первого импульса, формируемого по отклонению, Амплитуды же последующих импульсов управления на разгрузку турбины, демпфирующих послеаварийные качания, формируемых каналами по отклонению и возмущению, корректируются, проходя че- рез блоки 30 и 31,на величину, пропорциональную выделенному арифметическим блоком 29 значению изменения мощности турбины в данные моменты времени.

При этом процесс работы устройства повторяется в описанной последовательности.

Таким образом, коррекция амплитуды управляющего сигнала в соответствии с текущим изменением значения мощности тур- бины во время переходного процесса позволяет исключить излишнюю разгрузку турбины при динамических переходных процессах под действием управления.

Формула изобретения

Устройство для аварийного управления активной мощностью электростанции по авт.св. № 983891 .отличающееся тем. что, с целью повышения качества переходного процесса за счет улучшения эффективности управления при формировании управляющего воздействия на разгрузку станции, оно снабжено блоком вычисления мощности турбины, арифметическим блоком выделения изменения мощности турбины, блоками коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению и по возмущению, причем первый вход блока вычисления мощности турбины соединен с выходом первого дифференциатора, второй вход- с выходом датчика электромагнитной мощности генератора, а выход - с входом арифметического блока выделения изменения мощности турбины, первый выход которого соединен со вторым входом блока коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению, первый вход которого соединен с выходом логического блока, а выход - с первым входом первого блока сравнения, второй выход арифметического блока соединен с вторым входом Слока коррекции амплитуды управляющего сигнала по возмущению, первый вход которого соединен с выходом второго блока сравнения, а выход - с вторым входом исполнительного блока, при этом в блоке вычисления мощности турбины производят вычисление по формуле

+ Р

эл

где Рт - мощность турбины;

Рэл -электрическая мощность генератоРаTj - постоянная инерции генератора;

о - угол сдвига вектора ЭДС генератора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам противоаварийной автоматики, и является усовершенствованием устройства по авт.св. СССР № 983891. Цель - повышение качества переходного процесса за счет улучшения эффективности управления при формировании управляющего воздействия на разгрузку станции. Дополнительно вводят блок вычисления мощности турбины, арифметический блок выделения изменения мощности турбины, блоки коррекции амплитуды управляющего сигнала по отклонению и по возмущению. Учет реальных значений Р и dt позво(Л ляет подкорректировать управляющее воздействие на разгрузку станции при демпфировании послеаварийных качаний. 1 ил.