СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ АСИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Советский патент 1996 года по МПК H02P9/46 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, для регулирования напряжения асинхронного генератора с переменной по величине и характеру нагрузкой на его зажимах.

Целью изобретения является повышение динамической устойчивости и точности процесса регулирования при резких изменениях нагрузки.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе регулирования напряжения асинхронного генератора, используемого для питания автономной электросети с переменной по величине и характеру нагрузкой, путем выборочного измерения величины напряжения и тока сети, определения эффективных значений токов, напряжений, фазовых сдвигов, потерь активной и реактивной мощностей в генераторе, неравновесных состояний сети по изменению активной и реактивной мощностей автономной электросети на интервале времени 0,01 0,02 с, определения по ним емкостной нагрузки, требующейся для поддержания заданного уровня напряжения, определения различных требующихся секций емкостной батареи и подключения этих секций к сети, периодически с интервалом времени 15 30 электрических градусов производят контроль величины изменения активной и реактивной мощностей автономной электросети, при этом при превышении изменения по крайней мере одной из измеряемых величин на 10 20% данные величины вводят в память и далее выполняют по крайней мере еще два дополнительных замера с тем же интервалом времени и предварительно определяют вероятные величины изменения активной и реактивной мощностей автономной электросети и по значению вероятного изменения реактивной мощности определяют количество дополнительного коммутируемых отдельных секций конденсаторов, а по величине вероятного изменения активной мощности управляют работой приводного двигателя или определяют количество дополнительно коммутируемых отдельных секций балластной нагрузки. Величину вероятного изменения реактивной мощности автономной электросети определяют по зависимости

где Qr (0)- реактивная мощность, потребляемая автономной электросетью, на предыдущем замере;
Qr (1), Qr (2), Qr (3)-реактивная мощность, потребляемая автономной электросетью на З-х последующих замерах.

Величину вероятного изменения активной мощности автономной электросети определяют по зависимости

где Рr(0) активная мощность, потребляемая автономной электросетью на предыдущем замере;
Рr (1), Pr (2), Pr (3) активная мощность, потребляемая автономной электросетью на З-х последующих замерах.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема блока прогнозирования нагрузки; на фиг. 3 - функциональная схема блока связи и синхронизации.

Устройство содержит двигатель 1, приводящий во вращение асинхронный генератор 2, выходные зажимы которого связаны с 3-х фазной автономной электросетью 3. Система датчиков тока и напряжения 4 включена в 3-х фазную автономную электросеть непосредственно после зажимов асинхронного генератора, а к другому концу электросети 3 через коммутационный аппарат 5 подключена нагрузка 6. В автономную электросеть между системой датчиков 4 и нагрузкой 6 включены через бесконтактные ключи 7₁, 7₂ 7_n, отдельные секции конденсаторной батареи 8₁, 8₂ 8_n, а через бесконтактные ключи 9₁, 9₂ 9_n отдельные секции балластной нагрузки 10₁, 10₂ 10_n. Там же, к зажимам автономной сети непосредственно подсоединена батарея начального-возбуждения 11 и через бесконтактные управляемые ключи включено 3-х фазное реакторное устройство 12 для плавного регулирования реактивной мощности. Система датчиков тока и напряжения 4 через аналоговую шину 1 3 соединена с контроллером реального времени 14, который имеет на входе блок прогнозирования нагрузки 15. Этот блок соединен с блоком расчета необходимых емкостей и балластных нагрузок 16, который через блок связи и синхронизации 17 связан с бесконтактными ключами 7₁, 7₂ 7_n и 9₁, 9₂ 9_n для подключения к автономной электросети дополнительно требующихся секций конденсаторной батареи и балластной нагрузки.

Блок прогнозирования нагрузки, показанный на фиг. 2 содержит узел компараторов 18, выход которого связан с входами каналов счета 19₁, 19₂ 19_n. Каждый канал счета содержит триггер 20, который подключает выход канала счета на вход узла вычислений 21 при обновлении информации данного счета на текущем интервале времени. Вход устройства выборки -хранения 22 данного блока связан с выходом узла компараторов и с выходом системы датчиков тока и напряжения устройства, показанного на фиг. 1. Выходы устройства выборки-хранения подключены к входам аналого-цифровых преобразователей напряжения 23 и тока 24. Выходные зажимы аналого-цифровых преобразователей связаны с входом узла вычислений 21.

Блок связи и синхронизации, показанный на фиг. 3, содержит усилители первой группы 25₁, 25₂ 25_n, входы которых связаны непосредственно с соответствующими выходами расчетного блока 16 контроллера 14, и усилители второй группы 26₁, 26₂ 26_n, входы которых соединены с соответствующими выходами расчетного блока 16 контроллера 14 через узел задержки 27. Выходы усилителей первой группы соединены с входами соответствующих оптотиристоров 28₁, 28₂ 28_n, а выходы усилителей второй группы соединены с входами оптотиристоров 29₁, 29₂ 29_n. Выходные зажимы оптотиристоров 28₁, 28₂ 28_n включены между анодом и управляющим электродом тиристоров бесконтактных ключей 7₁, 7₂ 7_n одной фазы, а выходные зажимы оптотиристоров 29₁, 29₂ 29_n включены между анодом и управляющим электродом тиристоров бесконтактных ключей 7₁, 7₂ 7_n другой фазы.

Устройство работает следующим образом. При отсутствии резких изменений нагрузки свыше 10 20% работают только два канала управления, реализованные на базе контроллера реального времени 14 (фиг. 1). Первый канал управления следит за величиной напряжения в автономной электросети и при его отклонении на величину свыше ±1,5% от заданной величины соответственно плавно уменьшает или увеличивает генерируемую конденсаторной батареей совместно с реакторными устройствами 12 реактивную мощность. Второй канал управления следит за частотой напряжения автономной электросети и при ее отклонении на величину ± 0,5 Гц от номинальной величины соответственно с дискретностью младшей секции балластной нагрузки увеличивает или уменьшает общую величину балластной нагрузки. Обновление величины контролируемого напряжения на входе первого канала управления происходит через 15 30 электрических градусов (0,0009 с 0,0017 с), а контролируемой частоты на входе 2-го канала управления через 0,01 с полпериода напряжения автономной электросети. Скорость изменения генерируемой реактивной мощности на выходе первого канала управления составляет величину младшей секции конденсаторной батареи за интервал времени 0,01с, а скорость изменения балластной нагрузки на выходе второго канала управления равна величине младшей секции балластной нагрузки на этом же интервале времени. Кроме того, в устройстве, показанном на фиг. 1, периодически, с малыми интервалами времени в 15 30 электрических градусов выполняется контроль величин потребляемых автономной электросетью активной и реактивной мощностей. В блоке прогнозирования нагрузки 15 контроллера 14 при вычислении активной мощности автономной электросети учитываются потери активной мощности в асинхронном генераторе при данном токе нагрузки, а при вычислении реактивной мощности учитывается потребление реактивной мощности асинхронным генератором. Потребляемая асинхронным генератором реактивная мощность представлена в постоянном запоминающем устройстве контроллера в вид табличной зависимости от тока нагрузки.

Вычисленные значения активной и реактивной мощностей сравниваются с аналогичными величинами, определяемыми на предыдущем интервале времени в 15
30 эл.град. Если относительная величина изменения активной или реактивной мощностей превышает 10 20% то контроллер устройства воспринимает это как начало переходного процесса в автономной электросети при резком изменении нагрузки. Вычисленные вновь значения активной и реактивной мощностей, а также эти же величины на предыдущем интервале времени запоминаются в контроллере и с интервалами времени 15 30 электрических градусов выполняются по меньшей мере два дополнительных замера. По функциональным зависимостям ( 1) и (2) вычисляется прогноз реактивной и активной мощностей нагрузки на конец переходного процесса. Полученные величины вероятных реактивной и активной мощностей нагрузки на конец переходного процесса используются для определения различных требующихся секций емкостной батареи и секций балластной нагрузки и подключения этих секций к зажимам автономной электросети. Такое оперативное переключение контроллером секций емкостной батареи и балластной нагрузки позволяет существенно выиграть время и предотвратить размагничивание генератора, а также исключить перенапряжения в автономной электросети при резких изменениях нагрузки.

Дальнейшая работа контроллера по управлению устройством построена следующим образом. Непосредственно после завершения подключения секций емкостной батареи и балласта на существенно расширенном интервале времени 180 360 электрических градусов вычисляются скорректированные активная и реактивная мощности потребляемые автономной электросетью совместно с генератором. Для определения этих величин используются данные замеров и вычислений на малых интервалах времени в 15-30 электрических градусов. Например, потребляемая автономной электросетью реактивная мощность вычисляется по выражению

где Qr(n)=U_m(n)•I_m(n)•sinΦ(n/2) реактивная мощность на малом интервале времени; U_m(n) амплитудное значение выпрямленного по 12 24-пульсной схеме напряжения автономной электросети на малом интервале времени I_m(n) амплитудное значение выпрямленного по 12 24-пульсной схеме тока нагрузки автономной электросети на малом интервале времени; Φ(n) величина угла, с учетом его знака, между напряжением и током на данном малом интервале времени; К - количество малых интервалов времени, составляющих один расширенный интервал.

Полученные величины скорректированных реактивной и активной мощностей сравниваются с аналогичными величинами, вычисленными на малом интервале времени 15 30 электрических градусов непосредственно перед началом переходного процесса от резкого изменения нагрузки. Если относительная величина изменения активной или реактивной мощности не превышает 10 20% то контроллер устройства воспринимает это как окончание переходного процесса. При этом, определение различных, дополнительно требующихся, секций емкостной батареи и балластной нагрузки по результатам последних вычислений не производится и в работе остаются только два указанных выше канала управления по напряжению и частоте. При превышении изменения активной или реактивной мощности свыше 10-20% контроллером выполняется расчет различных дополнительно требующихся секций емкостной батареи и балласта. Дается команда на подключение (отключение) этих секций. Вслед за коммутацией секций на таком же расширенном интервале времени 180-360 эл.град. вычисляются новые величины скорректированных активной и реактивной мощностей, потребляемых автономной электросетью совместно с генератором. Этот процесс коррекции секций емкостной батареи и балласта продолжается до тех пор, пока величина изменения активной и реактивной мощности не станет менее 1 0-20% Далее контроллер управляет работой устройства путем использования двух базовых каналов управления по напряжению и частоте, которые постоянно находятся в работе. Периодически, с малыми интервалами времени в 15-30 электрических градусов выполняется контроль величин изменения активной и реактивной мощностей. Такая работа устройства продолжается до тех пор, пока контроллер не обнаружит новое резкое изменение нагрузки, после чего весь вышеуказанный цикл работы устройства повторяется вновь.

Предлагаемый способ регулирования напряжения асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором и устройство для регулирования напряжения отличается от известных тем, что позволяют вести постоянное слежение за состоянием автономной электросети и с точностью 15 30 эл.град. определяют по началу переходного процесса момент резкого изменения нагрузки. Использование прогнозирования нагрузки на конец переходного процесса дает возможность оперативно переключать секции конденсаторной батареи и балласта, что предотвращает размагничивание генератора или перенапряжения в автономной электросети. Это повышает динамическую устойчивость и точность процесса регулирования при резких изменениях нагрузки. ЫЫЫ2

Использование: при эксплуатации асинхронных генераторов с короткозамкнутым ротором, когда возможны резкие изменения нагрузки на его зажимах. Сущность изобретения: в способе регулирования напряжения асинхронного генератора, используемого для питания автономной электросети с переменной по величине и характеру нагрузкой, путем выборочного измерения величин напряжения и тока сети, определения эффективных значений токов, напряжений, фазовых сдвигов, потерь активных и реактивных мощностей в генераторе, неравновесных состояний сети по изменению активной и реактивной мощностей автономной электросети в интервале времени 0,01 - 0,02 с, определения по ним емкостной нагрузки, требующейся для поддержания заданного уровня напряжения, определения различных требующихся секций емкостной батареи и подключения этих секций к сети, периодически с интервалом времени 15 - 30 эл.град. производят контроль величины изменения активной и реактивной мощностей автономной электросети, при этом при превышении изменения по крайней мере одной из измеряемых величин на 10 - 20% данные величины вводят в память и далее выполняют по крайней мере еще два дополнительных замера с тем же интервалом времени и предварительно определяют вероятные величины изменения активной и реактивной мощностей автономной электросети и по значению вероятного изменения реактивной мощности определяют количество дополнительно коммутируемых отдельных секций конденсаторов, а по величине вероятного изменения активной мощности управляют работой двигателя или определяют количество дополнительно коммутируемых отдельных секций балластной нагрузки. Величину вероятного изменения реактивной мощности автономной электросети определяют по зависимости

где Qr (0), Qr (1), Qr (2), Qr (3) - реактивная мощность, потребляемая автономной электросетью на предыдущем и трех последующих замерах соответственно. Величину вероятного изменения активной мощности автономной электросети определяют по зависимости

где Рr(0), Pr (1), Pr (2), Pr (3) - активная мощность, потребляемая автономной электросетью на предыдущем и трех последующих замерах соответственно. 3 ил.

Способ регулирования напряжения асинхронного генератора, используемого для питания автономной электросети с переменной по величине и характеру нагрузкой, путем выборочного измерения величин напряжения и тока сети, определения эффективных значений токов, напряжений, фазовых сдвигов, потерь активной и реактивной мощностей в генераторе, неравновесных состояний сети при изменении активной и реактивной мощностей автономной электросети на интервале времени 0,01-0,02 с, определения по ним емкостной нагрузки, требующейся для поддержания заданного уровня напряжения, определения различных требующихся секций емкостной батареи и подключения этих секций к сети, отличающийся тем, что, с целью повышения динамической устойчивости и точности процесса регулирования при резких изменениях нагрузки, периодически с интервалом времени 15-30^o производят контроль величины изменения активной и реактивной мощностей автономной электросети, при этом превышение изменения по крайней мере одной из измеряемых величин на 10-20% данные величины вводят в память и далее выполняют по крайней мере еще два дополнительных замера с тем же интервалом времени и предварительно определяют вероятные величины изменения активной и реактивной мощностей автономной электросети и по значению вероятного изменения реактивной мощности определяют количество дополнительно коммутируемых отдельных секций конденсаторов, а по величине вероятного изменения активной мощности управляют работой приводного двигателя или определяют количество дополнительно коммутируемых отдельных секций балластной нагрузки, при этом величину вероятного изменения реактивной мощности автономной электросети определяют по зависимости

где
Qr(0) реактивная мощность, потребляемая автономной электросетью на предыдущем замере,
Qr(1), Qr(2), Qr(3) реактивная мощность, потребляемая автономной электросетью на З-х последующих замерах, а величину вероятного изменения активной мощности автономной электросети определяют по зависимости

где
Рr(0) активная мощность, потребляемая автономной электросетью на предыдущем замере,
Pr(1), Рr(2), Рr(3) активная мощность, потребляемая автономной электросетью на З-х последующих замерах.