Электрогидравлический регулятор частоты вращения и мощности электроэнергетического агрегата Советский патент 1981 года по МПК H02P9/04 

54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО Изобретение относится к устройствам для получения заданных выходных параметров генераторов. Известен электрогидравлический ре гулятор (ЭГР) , содержащий интегратор с участием которого формируется пропорционально-дифференциально-интегральный (ПИД) закон регулирунщего воздействия по отклонению частоты, задающее устройство изменения частоты и мощности и задающее устройство изменения мощности. При этом задающее ус ройство мощности подключено к сумматору через устройство статизма fl. Недостатком этого регулятора является зависимость времени отработки сигнала механизма изменения частоты и мощности от настройки параметров ПИД формирования. Время отработки сигнала задгцощего устройства изменения мощнрсти зависит не только от настройки ПИД формирователя, но еще и от величины уставки статизма. АГРЕГАТА Известен также ЭГР, содержащий формирователь ПНЦ законарегулирования, задающее устройство изменения частоты и мощности и задающее устройство мощности . При зтом задающее устройство мощности связано с исполнительно1Н устройством и через логическое устройство - с задающим устройством изменения частоты и мощности 2. Этот регулятор частично устраняет недостаток вышеуказанного регулятора путем перевода задания мощности на задающее устройство частоты и мощности при полном использовании диапазона задающего устройства мощности в сторону прибавить. При этом управление мощности происходит также как и во время отработки задающего сигнала и зависит от настройки ПИД формирователя. При управлении мощностью агрегата при работе на сеть, где частота длительно поддерживается в пределах 94104% от номинальной, диапазон деистВИЯ задающего устройства изменения мощности может оказаться недостаточным не только в сторону «--- прибавить , убавить но и в сторону убавить. Кроме того, недостатком регулятора является насыщение ГОЩ формирователя, получающееся при указанном отклонении частоты в энергосистеме. Действие задающего устройства мощности в пределах своего диапазона не устраняет насьпцения 1ЩЦ формирователя и только после перевода управления на заданнцее устройство изменения частоты и мощности действие последнего выводит ПИД формирователь из насьпцения, и становится возможным действие сигнала по отклонению частоты. Таким образом, канал регулирования частоты из-за насьпцения ПИД формирова теля оказывается выключенным на все время пока не наступит насьпцение задающего устройства мощности в сторону прибавить. Выключение канала регули рования частоты в /регуляторе энергети ческого агрегата снижает надежность работы энергосистемы, так как может привести к развитию аварии в энергосистеме. Иными словами проблема насыщения элементов регулятора здесь рещена не полностью, что может привести к отрицательным последствиям. В регуляторах энергетических агрегатов различие между режимами регулирования частоты и активной мощности приводится не до конца. В качестве ло гического признака режима регулирования частоты вращения берется только отключенное положение выключателя генератора. Известен регулятор,в котором переход в режим задания частоты может получаться и при включенном выключателе генератора в случае насьщения механиз ма изменения мощности в сторону прлбавить Г21. Однако такое насыщение может произойти только в случае установившегося повышения частоты в энергосистеме и безотносительно к величине статизма, т. е. при любой уставке статизма. Между тем однозначность в распреде лении нагрузки пропадает только при уставке статтизма, равной нулю или близкой к нулю и режим регулирования мощности становится невозможным. При малых уставках статизма агрегат реагирует всей своей мощностью на отклонение частоты в энергосистеме Таким образом, малая величина уставки 8 34 статизма в регуляторе является логическим признаком режима регулирования частоты при включенном выключателе генератора. В известных регуляторах зтот признак не используется, хотя он и нужен особенно в регуляторах с двумя задающими устройствами. Наличие в регуляторах двух задающих устройств, каждое из которых имеет свою память, неудобно, так как порождает дополнительные неоправданные усложнения и неоднозначность. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электрогидравлический регулятор частоты вращения и мощности электроэнергостатического агрегата, например гидроагрегата, содержащий логическое устройство, соединенное с задающим устройством, включакицим в себя источник задающего сигнала, подключенный к запо- макающему элементу на выходе, причем входы источника задающего сигнала подключены к двум выходам логического устройства, выход задающего устройства, выход устройства статизма и выход измерителя частоты вращения подключены на сумматор, а выход интегратора включен на вход электрогидравли гот ческого исполнительного устройства З. Недостатками этого регулятора являются зависимость времени отработки сигнала задающего устройства изменения частоты и мощности от настройки ПИД формирователя и масштаба сигнала по мощности от уставки статизма. Кроме того, в нем нельзя изменить уставку статизма на работающем агрегате без толчка мощности, если частота в энергосистеме в этот момент не равна номинальной. Между тем известно требование переключать уставку статизма автоматически по логическому сигналу противоаварийной автоматики энергосистемы, не вызывая изменения мощности, развиваемой агрегатом. , . В этом регуляторе выход задающего устройства, подключенного на вход интегратора вместе с выходом измерителя частоты -Вращения и выходом устройства статизма через сумматор, является выходом памяти задающего устройства. . . Таким образом, на вход интегратора от устройства поступает непрерывный аналоговый сигнал, величина которого пропорциональна заданной мощности. Однако для связи с автоматикой энергосистемы, например с управляющей вычислительной машиной, требуется иметь сигнал задания на выходе задающего устройства в регуляторе в число-импульсной форме. Цель изобретения - сокращение времени обработки задающего сигнала по мощности в электрогидравлическом регу ляторе с одним задакщим устройством за счет исключения в указанном регуляторе зависимости скорости отработки задания мощности от настройки формиро вателя закона регулирующего воздействия по отклонению частоты (ГОЩ формирователя) . Указанная цель достигается тем, что регулятор снабжен суммирующим усилителем-ограничителем, вход которо го включен на выход сумматора, а выход - на вход интегратора, а задающее устройство снабжено дополнительным ис точником задающего сигнала, выход которого связан со вторым входом усилителя-ограничителя, С целью упрощения выход устройства статизма связан со входом запоминающе го элемента задающего устройства. С целью унификации и повышения надежности дополнительный источник задающего сигнала в задакщем устройстве выполнен в виде генератора последовательности задающих импульсов с настраиваемой скважностью, и в задающее устройство введены сумматор, интегратор, инвертор, выключатели, логические элементы НЕ и И, причем первый вход сумматера соединен с выходом устройства статизма, а выход сумматора через первый выключатель соединен со вторым входом запоминающего элемента и через второй выключатель с входом интегратора, выход которого подключен на второй вход сумматора, третий вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, третий выход логического устройства соединен с первым входом логи.ческого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого выключателя и через логический элемент НЕ с управляющим входом выключателя,, кроме того, второй вход элемента И соединен с выходом генератора последовательности задающих .импульсов, который через инвертор и третий выключатель , а параллельно и через четвертый выключатель соединен со входом суммирующего усилителя-ограничителя, причем управляющие входы третьего и четвертого выключателей соединены соответ ственно с четвертым и пятым выходами логического устройства, шестой выход которого соединен с третьим входом :запоминаиице.го элемента. С целью повышения точноста регулятор снабжен элементом задержки, включенным в выходную цепь устройства статизма, и генератором одиночного импульса настраиваемой длительности, вькод которого соединен со вторьм входом элемента задержки и с первым входом логического устройства, а вход генератора подключен ко второму выходу устройства статизма. . С целью автоматического перевода регулятора во время работы агрегата на энергосистему из режима задания : :. мощности в режим задания частоты и обратно регулятор снабжен настраиваемым датчиком величины уставки статизма, причем выход датчика соединеи со вторым входом логического устройства, а вход подключен ко второму выходу устройства статизна. На фиг. I представлена функциональная схема регулятора, вклочеиного иа объект регулирования; на фотг. 2 - то же, но на ней показанысоставные части задающего устройства и элементы, введенные в цепи устройства статизма. Регулятор содержит измеритель i частоты вращения, задающее устройство 2, сумматор 3, пропорционалыо) и дчфференцирукхций эле.ент 4 (ПД элемент), усилитель-ограничитель 5, устройство 6 статизма, датчик 7 величины уставки статизма, интегратор 8, электрическоеисполняющее устройство 9, объект 10 регулирования и логическое устройство 10. Измеритель I частоты вращения и выход устройства 2 подключены на соответствующие входы сумматора 3, выход которого подключен на вход ПД элемента 4 и на вход интегратора 8. Один из входов устройства 2 подлючен к выходу устройства 6, подклю енному и на соответствующий вход суматора 3. Остальные входы устройства подключены к соответствующим выхоам логического устройства 11. Второй выход устройства 6 связан с ходом устройства II непосредственно, третий выход -с другим входом устойства II через датчик 7. Выход усиителя. 5 связан через интегратор 8 с ыходом устройства 9, второй вход оторого подключен к выходу ПД элемена 4. Выход интегратора 8 подключен |t ВХОДУ устройства 6. Устройство 9 со единено с объектом 10 регулирования. На фиг. 2 составные части устройства 2 обведены пунктиром. Устройство 2 состоит из сумматора 12, первый вход которого через первый вход устройства 2 соединен с выходом устройства 6, а выход через первый выключатель 13 соединен с первым входом запоминающего элемента 14 и через второй выкишчатель 15 - с входом интегратора 16, выход которого подключен на второй вход сумматора 3, третий вход которого подключен к выходу запоминающего элемента 14, являющемуся выходом устройства 2, причем второ вход элемента 14 подключен к выходу источника 17 задающего сигнала, входы которого соединены со входами устройства 2 и подключены к выходам устройства 11, Кроме того, в состав устройства 2 входит логический элемент И 18, выход которого подключен к управляющему вхо ду выключателя 13 и через логический элемент НЕ 19 - к управляющему входу вьпслючателя 15. Один из входов- элемента 18 связан через вход устрбйства 2 с выходом уст ройства II, а второй вход подключен к выходу генератора 20 последовательнос ти задающих импульсов с настраиваемой скважностью входящему в состав устрой ства 2. Выход генератора 20 через инвертор 21 и третий выключатель 22, а параллельно и через четвертый выключатель 23 связан со вторым выходом устройства 2, подключенным на вход усилителя 5 , Управляющие входы выключателей 22 и.23 являются входами устройства 2 и соединены с соответствующими выходами устройства 11. Цепи устройства 6 снабжены элементом 24 задержки, включенным в цепь выхода устройства, и генератором 25 одиночного импульса настраиваемой дли тельности. Выход генератора 25 соединен со вторым входом элемента 24 и через выход устройства 6 - с одним из входов устройства Г, В равновесном состоянии системы регулирования, т. е. в статике, когда регулирующий орган объекта регулирования неподвижен, алгебраическая сумма сигналов на входах сумматора 3 от измерителя 1 и устройств 2 и 6 равна нулю. Алгебраическая сумма сигналов на входах сумматора 12 от устройства 6, элемента 14 и интегратора 16 также равна нулю. На всех выходах устройства 11, подключенных к входам устройства 2, сигнал логического нуля. Поэтому запоминающий элемент 14 работает в режиме хранения и все его входы, кроме входа, соединенного с устройством 11, отключены, сигнал на выходе устройства 17 равен нулю,, бесконтактные (полупроводниковые) выключатели 13, 22 и 23 выключены, а выключатель 15 включен. Так как на его управляющем входе имеется сигнал логической единицы благодаря элементу НЕ 19. . При отклонении частоты в энергосистеме сигнал на выходе измерителя 1 изменяется, равновесие на входах сумматора 3 нарушается и на его выходе появляется соответствующий сигнал. Этот сигнал отрабатывается регулятором и по мере этойотработки равновесие на сумматоре 3 восстанавливается благодаря изменению смгнала от устройства 6 статизма. В этом и заключается действие канала регулирования частоты. При этом в предлагаемом регуляторе изменение сигнала от устройства 6 вызывает нарушение равновесия на входах исумматора 12, но это равновесие восстанавливается действием интегратора 16 благодаря тому, что на выход сум матора 12 соединен с входом интегратора 1 б через выключатель 15, который включен, а выход интегратора 16 подключен, как отрицательная обратная связь, к одному из входов сумматора 12. Таким образом, в режиме работы по , тклонению частоты вращения от номинальной величины на выходе сумматоров 3 и 12 поддерживается нуль. При работе системы регулирования со статической характеристикой регуятор работает по отклонению частоты в то же время реализует задание мощости от автоматической системы управения производством и раслределением :&лектр о энергии. От этой системы на стройство 11 поступает команда Приавить или Убавить. В режиме отработки задания мощноси устройство 11 подает сигнал логиеской единицы на управляющий вход ыключателя 22 или 23, т. е. логический сигнал Прибавить или Убавить, Задающий сигнал от генератора 20 проходит на второй вход усилителя-ограничителя 5 и вызывает изменение величины сигнала на выходе интегратора 8. Электрогидравлическое исполняющее уст ройство 9 (электрогидравлическая следящая система) отрабатывает это изменение, перемещая регулирующий орган агрегата 10 в соответствующем, направлении. Время отработки задающего сигнала зависит от скорости изменения вы ходного сигнала интегратора 8, а она определяется настройкой его передаточ ной функции. Благодаря тому, что сигнал по отклонению частоты от сумматора 3 и задающий сигнал подаются наразные входы усилителя 5, время отработки задакицего сигнала не зависит от настройки передаточной функции интегратора по частоте, так как настройка передаточных функций по разным входам усилителя 5 производится только за счет изменения сопротивления входных резисторов. Таким образом, можно настроить воз можное для данного энергетического аг регата время отработки задающего сигнала. Емкость конденсатора в цепи обратной связи интегратора 8 при настройке не меняется. Одновременно с подачей логического сигнала Прибавить или Убавить уст ройство 11 подает сигнал логической единицы на вход элемента 18 и элемента 14, При этом элемент 14 переводится из режима хранения в режим записи, выключатель 13 включается, а выключател 15 отключается. Таким образом, в запоминающий элемент 14 записывается с выхода устройства 6 через сумматор I2 и выключател 13, по мере отработки задающего сигна ла, величина, пропорциональная положению регулирующего сигнала. Коэффициентом пропорциональности служит коэффициент передачи устройства 6статизма, Благодаря этому масштаб задающего сигнала по мощности не зависит от уставки статизма и, кроме того, при выходе регулятора на упор изменение сигнала на выходе запоминающего элемента 14 (запись в память) само по себе прекращается. Таким образом, исключается появление несбалансированно83 то сигнала на сумматоре 3 и насыщение элемента 1А,. Указанные улучшения эксплуатационных свойств регулятора поэволяют упростить алгоритм управлякяцей машины и уменьшить вероятность ошибочных действий оперативного персонала электростанций. Запись сигнала с выхода устройства 6 в элемент 14 в процессе отработки задания происходит практически без запаздывания, поэтому в тот момент, когда заданное приращение мощности реализовано, управляющая машина или дежурный инженер станции снимает ка манду Прибавить или Убавить и устройство 11 заменяет сигнал логической единицы на своих выходах логическим нулем, элемент 14 возвращается в режим хранения, а на его выходе оказыг вается сигнал, пропорциональный величине отработанного задания. Таким образом, в известных регуляторах отработка задания идет вслед за его записью в память задающего устройства, а в предлагаемом регуляторе наоборот, т, е, запись памяти идет вслед за отработкой задания. Генератор 20 задаинцего сигнала имеет настройку скважности генерируемой им периодической последовательности задающих импульсов. Эта настройка, в сочетании с упомянутой настройкой величины сопротивления входного резистора усилителя 5, позволяет устанавливать одно и то же количество задающих устройством им;1ульсов на полный ход регулирующего органа у агрегатов различной мощности при минимальном времени отработки задающего сигнала. Благодаря этому обеспечивается унификация задакнЦего блока управлякяцей машины, так как Количество разрядов в реверсивном счетчике этого блока будет одно и то же для всех управлякощх машин, работанщих на разных электростанциях. Импульсная форма задающего сигнала озволяет ввести число-импульсную обатную связь между регулятором и упавляющей машиной. Благодаря Такой вязи упомянутый счетчик, в который аписано заданное приращение мо1шюси, ведет счет задающих импульсов потупаимцих на вхЬд усилителя 5 и в моент, когда счетчик приходит иа нуль, ашина снимает с регулятора команду Прибавить или Убавить,

Кроме этой функции число-импульс-нал обратная связь между регулятором и управляющей машины выполняет также функцию контроля исправности прямой связи между машиной и устройством 11 регулятора и знающего устройства регулятора.

Кажделй задающий импульс, поступающий на вход усилителя-ограничителя 5, вызывает его насыщётге. Поэтому в режиме отработки задающего сигнала по мощности сигнал с выхода сумматора 3 по отклонению частоты проходит через усилитель 5 только во время пауз меж,ду задающими импульсами. Элемент 24 задержки, введенный в цепь выхода устройства 6j задерживает скорость изменения выходной величины устройства 6 только во время действия одиночного импульса от генератора 25, который срабатывает в момент переключения уставки статизма. Длительность импульса можно настраивать. Этот импульс является логическим признаком переключения уставки статизма и в момент переключения, поступает на соот- ветсд-вующий вход устройства II.

Устройство I1 на время длительности импульса (0,1-0,2 с) включает элемент 14 в режим записи и подает сигнал логической единицы на вход элемента 18.

Получается кратковременное включение устройства 2 в режим отработки зада1 ия мощности без включения выключателей 22 или 23. Поэтому изменение сигнала на выходе устройства 6, вызванное переключением уставки статизма, компенсируется в сумматоре 3 благодаря соответствующему изменению сигнала на выходе задающего устройства 2, и не вызывает изменения нагрузки агрегата, т. е. точность поддержания заданной мощности не нарув1ается.

Принцип действия элемента 24 заключается в том, что в момент переключения ,уставки статизма на время действи импульса от генератора 25 к выходу устройства 6 подключается конденсатор нормально включенный на подзаряд от выходного сигнала устройства 6.

При работе системы регулирования с астатической характеристикой регулятор работает по отклонению частоты.

Реализация задания мощности в этом режиме теряет смысл, так как на изменение входного сигнала система реагирует всей мощностью агрегата, поэтому в предлагаемом регуляторе предусмотрен настраиваемый датчик 7 величины уставки статизма, предназначенный для перевода задающего устройства 2 в режим задания установки частоты при включении уставки статизма, равной нулю или близкой к нулю.

При появлении логического сигнала от датчика 7 устройство I1, получая команду Прибавить или Убавить от управляющей машины, вьщает сигнал логической единищ) на вход элемента 14 и на один из входов источника 17, сохраняя на остальных своих выходах сигнал логического нуля. Элемент 14 включается в режим записи сигнала от устройства I7 на время действия команды Прибавить или Убавить и таким образом устройство 2 запоминает уставку частоты, которую при работе с астатической характеристикой должна поддерживать система регулирования.

texHH4ecKHe преимущества предлагаемого регулятора в сравнении с известными заключаются в удовлетворении требований к регуляторам.энергетических агрегатов со стороны современных автоматических систем управления производством и распределением электроэнергии, а именно: имеет минимальное, возможное для данного агрегата время отработки задающего сигнала по мощности; масштаб задающего сигнала по мощности не зависит от уставки статизма; выход регулятора на упор не вызывает появления несбалансированного сигнала и насьщения задающего устройства в процессе отработки задания по мощности; число-импульсная форма задающего сигнала по мощности позволяет устанавливать одно и то же число задакицих импульсов на полный ход регулирующего органа у агрегатов различной мощности; переключение установки статнзма, в том числе дистанционное, не вызывае самопроизвольного изменения нагрузки агрегата; осуществляет автоматический перевод регулятора из режима задания мощности в режим задания частоты в соответствии с переходом от статического к астатическому регулированию частоты и обратно.

Использование предлагаемых регуляторов в современных автоматических системах управления агрегатами электростанций упрощает эти системы, повы. шает эти системы, повышает их надежность j обеспечивает их унификацию. 13 Формула изобретения 1.Электрогидравлический регулятор частоты вращеиия и мощности электроэнергетического агрегата, например гидроагрегата, содержащий логическое устройство, соединенное с заданщим устройством, включающим в себя источник задающего сигнала, подключенный к запоминающему элементу на выходе, при чем входы источника аадакщего сигнала подключены к двум выходам логического устройства, выход задающего устройства, выход устройства статизма и выход измерителя частоты вращения агрегата подключены на сумматор, а выход интег ратора включен на вход электрогидравлического исполнительного устройства, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени обработки за дающего сигнала, регулятор снабжен суммирующим усилителем-ограничителем, вход которого включен на выход сумматора, а выход - на вход интегратора, а задающее устройство снабжено допол.нительным источником задающего сигнала, выход которого связан со вторым входом усилителя-ограничителя. 2.Регулятор по п. I, отли чающийся, тем, что, с целью упрощения, выход устройства статизма связан со входом запоминающего элемен та задающего устройства, 3, Регулятор по пп. I и 2, отличающийся тем, что, с целью унификации и повышения надежности дополнительный источник задающего сиг нала в задающем устройстве выполнен, в виде генератора последовательности задакщих импульсов с настраиваемой скважностью, и в задающее устройство введены сумматор, интегратор, инвертор, выключатели, логические элементы НЕ и И, причем первый вход сумматора соединен с выходом устройства статизма, а выход сумматора через первый выключатель соединен со вторым входом запоминающего элемента и через второй выключатель с входом интегратора, выход которого подключен на второй вход сумматора, третий вход которого подключей к выходу запоминающего элемента, третий выход логического устройства соединен с первым входом логическо 314 го элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого выключателя и через логический элемент НЕ;с управляюв м входом второго выключателя, креме того второй вход элемента И соединен с выходом генератора последовательности задакмцкх импульсов, который через инвертор и третий выключатель, а параллельно и через четвертый выключатель, соединен со входом суммирующего усилителя-ограничителя, причем управляющие входы третьего и четвертого выключателей соединены соответственно с четвертым и пятым выходами логического устройства, шестой выход которого соединен с третьим входом запоминающего элемента. 4.Регулятор по пп. 1-3, о т л нчающийся тем, что, и целью повыщения точности, регулятор снабжен элементом задержки, включенным в выходную цепь устройства статизма, и генератором одиночного импульса настраиваемой длительности, выход которого соединен со вторым входом элемента задержки и с первым входом логического устройства, а вход генератора Подключен ко второму выходу устройства статизма. . 5.Регулятор по пп, 1-4, отличающийся тем, что, с целью его автоматического перевода во время работы агрегата на энергосистему и режима зада-ния мощности в режим задания частоты и обратно, регулятор снабжен настраиваемым датчиком величины уставки статизма, причем выход датчика соединен со вторым входом логического устройства, а вход подклочен ко второму выходу устройства статизма. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I, Проспект фирмы Вудворд Bulletin 07058 Woodward governor Company. USA Electric governor for Hydraulic Turbines, 1970. 2.Описание и инструкция по экспуатации регулятора РИТМ-1 № 2154, 973, 3,Проспект фирмы Вудворд Bulletin 7058 Woodward governor Company, USA, Electric Qovernor for HydrauUc urbines,1970,

Ф|/г./