Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора Советский патент 1981 года по МПК H02P9/14 

(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Изобретение относится к автоматическому регулированию синхронных генераторов, работающих в сложных энергосистемах. Известны способы автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов, работающих в энергосистеме, в соответствии с которыми обес печивается поддержание на заданном уровне напряжения генератора путем , регулирования возбуждения по отклонению напряжения и его производной, а для повышения статической и динамической устойчивости параллельной работы осуществляется также регулирование с использованием сигналов, пропорциональных отклонению и производной частоты напряжения (ЭДС) гене раторов 1 и 2. При уменьшении частоты напряжения измеряемого на зажимах генератора или на шинах электростанции, подается сигнал на развозбуждение генератора, что влечет за собой уменьшение тоЕмозящего электромагнитного момен та и обеспечивает ускорение генератора. При увеличении частоты подает ся сигнал на увеличение возбуждения что увеличивает тормозной момент. Величина этих сигналов пропорциональна отклонению частоты от исходного значения и скорости ее изменения, что обеспечивает демпфирование колебаний скорости вращения генераторов, чем и достигается увеличение устойчивости их синхронной работы. Недостатками способов регулирования возбуждения, основанных на этом принципе, является то, что в ряде переходных режимов в сложной энергосистеме сигналы оказываются вредными и не только не повышают устойчивость синхронной работы генераторов, но даже способствуют ее нарушению. Так, npti отключении части генерируюдих источников или при отделении части системы с дефицитом мощности, т.е. при набросе нагрузки происходит снижение частоты и одновременно уменьшается уровень напряжения в энергосистеме. Регулятор возбуждения по отклонению и производной напряжения стремится поддержать его уровень, в то .же время сигналы по от- клонению и производной частоты обуславливают развозбуждения генераторов, что может привести к возникновению в энергосистеме лавины напряже.ния.

При отключении части нагрузки или отделении системы с избытком мощности сигналы по отклонению и производной частоты вызывают ненужное форсирование возбуждения генераторов.При отключении коротких замыканий в сети генераторы тормозятся, при этом регулирование по отклонению и производной частоты действует на развозбуждение, тогда как для сохранения устойчивости параллельной работы генераторов необходима форсировка ю возбуждения и т.д.

Для предотвращения этих недостатков в автоматических регуляторах возбуждения применяются специальные устройства, блокирующие в подобнда. случаях прохождение сигналов по ртклонению и производной частоты или компенсирующие их нежелательные воздействия. Однако эти меры не всегда оказьшаются эффективными. Поэтому коэффициенты усиления в каналах регулирования по этим сигналам приходится ограничивать, что уменьшает эффективность их стабилизиругощего воздействия во всех тех случаях, когда они являются полезными.

Одной из причин недостатков является то, что в большинстве способов регулирования возбуждения по отклонению и производной частоты используется сигнал по отклонению частоты от предьщущего ее значения в той же точке электрической сети для каждого данного генератора или группы генераторов, работающих на общие шины.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, ра.ботающего в энергосистеме в зависимости от отклонения режимного параметра, например напряжения, с использованием для формирования стабилизирующего параметра разности между мгновенными значениями частоты электродвижущей силы генератора и средневзвешенной по инерционным постоянным частоты системы. Эту раз-, ность умножают на квадрат отклонения от значения в нормальном режиме величины электродвижущей силы,, пропорциональной магнитному потоку обмотки возбуждения генератора, определяют первую производную по времени этого произведения, и в зависимости от знака производной релейно изменяют величину напряжения возбудителя, а ,при малых отклонениях измеряемых па раметров (в пределах искусственно создаваемой зоны нечувствительности) осуществляют непрерывное регулирова ние напряжения возбудителя ЕЗ,

Этот способ сложен и, хотя его преимуществом является использова ние в качестве входного сигнала; разности межд:Еу частотой ЭДС генератора

и средневзвешенной частоты системы, что способствует демпфированию взаимного движения роторов электрически объединенньк генераторов., его эффективность существенно снижается по причине, имеющей общее значение для всех способов регулирования по отклонению и производной частоты напряжения (ЭДС).

В переходном процессе частота напряжения (ЭДС) генератора совпадает с частотой (или скоростью) вращения вала турбоагрегата только при... холостом ходе генератора, отключенн го от сети, или при его изолированной работе на нагрузку, в составе которой нет сколько-нибудь существеных вращающихся масс. При работе же генератора в энергосистеме мгновенные значения частоты вращения вала и частоты напряжения на зажимах генератора и в любой точке сети могут в переходном процессе, как показывают исследования, значительно отличаться друг от друга. Поэтому сигнал по приращению и производной частоты в той или иной точке электрической сети, в том числе на зажимах статора генератора, может как по величине, так и по знаку вовсе не соответствовать приращению в данный момент скорости, а, следовательно, и запасенной энергии вращающихся масс агрегата.

Это объясняется тем, что мгновенные значения частоты, измеряемой на зажимах генератора или в любой точке электрической сети, представляют собой средневзвешенные значения, определяемые как частотой ЭДС,наводимой вращающимся магнитным потоком данного генератора, так и частотой ЭДС всех остальных электрически связанных между собой машин, приращение скорости вращения которых в переходном процессе в энергетической системе не одинаково и может находиться в противофазе, поскольку их инерционные постоянные не равны между собой и, кроме того, из-за неизбежной неоднозначности реакции систем регулирования скорости турбин и автоматических регуляторов возбуждения. Поэтому реализация способов автоматического регулирования, :базирующихся на изменении величины возбуждения и, соответственно, тормозного момента на валу генератора в зависимости от приращения частоты напряжения (ЭДС) генератора или шин электростанции, может.приводить вместо демпфирования качаний в энергосистеме к их усилению.

Цель изобретения - повышение статической, и динамической устойчивости параллельной работы генераторов в энергосистеме.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу автоматического

регулирования возбуждения синхронного генератора, работающего в энергосистеме, с осуществлением регулирования по одному из основных параметров., н-апример, по отклонению напряжения статора/ и с использованием для формирования стабилизирующих параметров в качестве одного из входных сигналов средневзвешенной частоты системы, измеряют скорость вращения вала генератора, преобразуют измеренный сигнал в сигнал, равный в установившемся режиме сигналу, пропорциональному средневзвешенной частоте в заданной точке энергосистемы, сравнивают полученный сигнал с сигналом, пропорциональньм средневзвешенной частоте в заданной точке энергосистемы и рассогласование между ними в переходном режиме и производную по времени этого рассогласования используют в качестве стабилизирующих параметров.

На чертеже приведена блок-схема для реализации предлагаемого способа.

Схема содержит блок 1, предназначенный для формированиясигнала, пропорционального скорости вращения вала генератора, т. е. являющийся аналогом скорости вращения ротора:, блок 2, в котором выходной сигнал блока 1 преобразуется и усиливается, блок 3, являющийся аналогом частоты в заданной точке электрической сети t, блок 4, содержащий устройство для передачи выходного сигнала блока 3, блок 5 сравнения, блок 6 для получения производной по времени сигнала рассогласования, образующегося на выходе блока 5, усилитель 7 сигнала рассогласования и усилитель 8 сигнала, соответствующего его производной.

В качестве аналога скорости вращения агрегата может быть использовано, например, напряжение тахогенератора или преобразованная в соответствующий сигнал частота напряжения вспомогательного генератора переменного тока, вращающихся на общем валу с регулируемым генератором, или сигнал, получаемый с помощью индукционного датчика оборотов и т. д. Блок 2содержит в общем случае преобразователь и усилитель, позволяющие получить на его выходе сигнал, одинаковый по виду и равный в установившемся режиме по величине с выходным сигналом аналога средневзвешенной частоты 3, который в общем случае также содержит преобразователь и усилитель

При этих условиях сигнал на выходе блока 5 сравнения в установившемся режиме в. энергосистеме равен нулю, а при нарушении равенства .-скорости вращения вала агрегата и частоты в заданной точке электрической сети в переходном режиме на выходе

блока 5 появляется сигнал рассогласования, который усиливается с заданным коэффициентом усиления в блоке 7 и поступает в систему возбуждения генератора через существующие устройства для регулирования возбуждения, например, автоматический регулятор возбуждения. Знак сигнала, поступающего в систему возбуждения генератора, должен быть таким, чтобы при скорости ротора, опережающей часто0ту сети, возбуждение увеличивалось и, наоборот, при отставании скорости ротора от частоты сети оно уменьшалось .

Помимо этого, выходной сигнал

5 блока 5 дифференцируется по времени в блоке б, получаемый сигнал усиливается с заданным коэффициентом усиления в блоке 8 и также поступает в систему возбуждения генератора.

в

Блок 4, предназначенный для пере Дачи в блок 5 выходного сигнала блока 3 о значении, средневзвешенной частоты в заданной точке электрической сети, может в общем случае содержать устройство телепередачи.

5 Если скорость вращения вала агрегата сравнивается со средневзвешенной частотой на шинах электростанции, что для большинства практических случаев наиболее целесообраз0ным, -то выполнение телепередачи не требуется.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает демпфирование колебаний скорости вращения ротора турбо5агрегата, способствуя при любом переходном процессе прив.едения ее в . соответствие с частотой энергосистемы. Использование в качестве одного из входных сигналов непосред0ственно скорости вращения ротора . обеспечивает своевременную подачу сигналов на соответствующее изменение величины возбуждения, что во всех случаях улучшает демпфирование

5 и предотвращает возможность усиления качаний из-за подачи этих сигналов не в фазе с изменением скорости вращения ротора,как это происходит при регулированийвозбуждения генератора по частоте напряжения

0 (ЭДС), измеряемого на его зажимах или нашинах электростанции, и производной этой частоты .

Использование же сигнала рассогласования между скоростью вращения

5 ротора и частотой сети предотвращает развозбуждение генератора при набросах нагрузки или отключении коротЧих замыканий, как и ложную форсировку возбуждения при сбросе нагрузки,

0 поскольку во всех этих случаях волfia изменения частоты идет от той точки системы, в которой происходит возмущение, и доходит до ротора генератора В последнюю очередь. Поэтому, например, при на.бросе нагрузки

5

или отключении короткого замыкания до тех пор, пока волна изменения чатоты достигнет ротора, скорость его враицения будет больше , чем частота сети, и . :в систему возбуждения поступит сигнал не на развозбуждение, как при использовании принципа сравнения величины частоты в данной точке с ее же значением в предыдущи момент времени, а наоборот, на увеличение возбуждения, что необходимо в подобном случае. Сигнал на изменение возбуждения исчезает при выравнивании скорости вращения ротора и частоты сети..

Технико-экономический эффект от внедрения предлагаемого способа обеспечивается за счет увеличения статической и динамической устойчивости параллельной работы генераторов в энергосистеме вследствие лучшего, чем при известных способах демпфирования колебаний скорости врщения и взаимного движения роторов и предотвращения возможности возникновения в энергосистеме лавины напряжения с массовым погашением потребителей из-за несвоевременного развозбуждения генераторов, а также предотвращения ложной форсировки возбуждения. При этом оказываются ненужными блокировки, применяемые для такого предотвращения при известных способах, что позволяет упростить устройство, реализующее предлагаемый способ.

Формула изобретения

Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, работающего в энергосистеме, в зависимости от отклонения режимного параметра, например, напряжения, с использованием для формирования стабилизируквдих параметров средневзвешенной частоты в заданной точке энергосистемы, отличающийся тем, что, с целью повышения статической и динс1мической устойчивости параллельной работы генератора, измеряют скорость вращения вала генератора, преобразуют измеренный сигнал в сигнал, равный в установившемся режиме сигналу,пропорциональному средневзвешенной частоте в заданной точке энергосистемы сравнивают полученный сигнал с сиг- налом, пропорциональным средневзвешенной частоте в заданной точке энергосистемы и рассогласование между ними в переходном режиме и производную по времени этого рассогласования используют в качестве стабилизирующих параметров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 423231, кл. Н 02 Р 9/14, 1972.

2.Авторское свидетельство СССР № 118886, кл. Н 02 Р 9/14, 1958.

3,. Авторское свидетельство СССР № 279776, кл. Н 02 Р 9/10, 1969.

/I