Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 130380 (21) 2893111/24-07 с присоединением заявки М Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(23) Приоритет Опубликовано 23,1281. Бюллетень Йо 47 Дата опубликования описания 23,12.81(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА 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 регулирова,ния 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, 15 но даже способствуют ее нарушению.Так, при отключении части генерирукщис источников или при отделении части системы с дефицитом мощности, т.е, при набросе нагрузки происхо дит снижение частоты и одновременноуменьшается 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 энергосистемелавины напря жения. 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 обеспечивается 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) генераторов 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 тормозящего электромагнитного момента и обеспечивает ускорение генератора. При увеличении частоты подает" ся сигнал на увеличение возбуждения, что увеличивает тормозной момент. Предприятие Сибтехэнерго производственного объединенияпо наладке, совершенствованию технологии;и эксплуатацииэлектростанций и сетей СоюзтехэнергоПри отключении части нагрузки илиотделении системы с избытком мощности сигналы по отклонению и производной частоты вызывают ненужное форси"рование возбуждения генераторов.Приотключении коротких замыканий в сети генераторы тормозятся, при этом5регулирование по отклонению и производной частоты действует на раэ"возбуждение, тогда как для сохране"ния устойчивости параллельной работыгенераторов необходима форсировка их фвозбуждения и т.д.Для предотвращения этих недостатков в автоматических регуляторахвозбуждения применяются специальные"устройства, блокирующие в подобных ., 15случаях прохождение сигналов по отклонению и производной частоты иликомпенсирующие их нежелательные воздействия. Однако эти меры не всегдаоказываются эффективными. Поэтому 20коэффициенты усиления в каналах регулирования по этим сигналам приходится ограничивать, что уменьшаетэффективность их стабилизирующеговоздействия во всех тех случаях, 25когда они являются полезными.Одной из причин недостатков является то, что в большинстве способов регулирования возбуждения поотклонению и производной частотыиспользуется сигнал по отклонениючастоты от предыдущего ее значенияв той же точке электрической сетидля каждого данного генератора илигруппы генераторов, работающих наобщие шины.35Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, работающего в энергосистеме 40в зависимости от отклонения режимного параметра, например напряжения,с использованием для формированиястабилизирующего параметра разностимежду мгновенными значениями частотыэлектродвижущей силы генератора исредневзвешенной по инерционным постоянным частоты системы. Эту раз-.ность умножают на квадрат отклоненияот значения в нормальном режиме величины электродвижущей силы,. пропорциональной магнитному потоку обмоткивозбуждения генератора, определяют,первую производную по времени этогопроизведения, и в зависимости отзнака производной релейно изменяютвеличину напряжения возбудителя, а,при малых отклонениях измеряемых параметров (в пределах искусственносоздаваемой зоны нечувствительности)осуществляют непрерывное регулирование напряжения возбудителя 3),Этот способ сложен и, хотя егопреимуществом является испольэование в качестве входного сигнала, разности между частотой ЭДС генератора у и средневзвешенной частоты системы,что способствует демпфированию взаимного движения роторов электрически объединенных генераторов, егоэффективность существенно снижаетсяпо причине, имеющей общее значениедля всех способов регулирования поотклонению и производной частотынапряжения (ЭДС),В переходном процессе частота напряжения (ЭДС) генератора совпадаетс частотой (или скоростью) вращения вала турбоагрегата только прихолостом ходе генератора, отключенного от сети, или при его изолированной работе на нагрузку, в составекоторой нет сколько-нибудь существенных вращающихся масс. При работе жегенератора в энергосистеме мгновенные значения частоты вращения вала ичастоты напряжения на зажимах генератора и в любой точке сети могут впереходном процессе, как показываютисследования, значительно отличать-.ся дрУг от друга. Поэтому сигнал поприращению и производной частоты втой или иной точке электрической сети, в том числе на зажимах статорагенератора, 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 назажимах генератора или в любой точке электрической сети, йредставляютсобой средневзвешенные значения,определяемые как частотой ЭДС,наводимой вращающимся магнитным потокомданного генератора, так и частотойЭДС всех остальных электрически связанных между собой машин, приращение скорости вращения которых в переходном процессе в энергетическойсистеме не одинаково и может находиться в противофазе, поскольку ихинерционные постоянные не равны между собой и, кроме того, из-за неизбежной неоднозначности реакции систем регулирования скорости турбини автоматических регуляторов возбужденияПоэтому реализация способов автоматического регулирования,базирующихся на изменении величинывозбуждения и, соответственно, тормозного момента на валу генераторав зависимости от приращения частотынапряжения (ЭДС) генератора или шинэлектростанции, может. приводить вместо демпфирования качаний в энергосистеме к их усилению.Цель изобретения - повышение статической,и динамической устойчивостипараллельной работы генераторов вэнергосистеме.Поставленная цель достигается темчто согласно способу автоматическогорегулирования возбуждения синхронного генератора, работающего в энергосистеме, с осуществлением регулирования по одному из основных параметров например, по отклонению напря" жения статара, 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 ., блок 4, содержащий устройство для передачи выходного сигнала блока 3, блок 5 сравнения, блок бдля получения производной по временисигнала 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 2 содержит в общем случае преобразователь и усилитель, позволяющие получить на его выходе сигнал, одинаковый по виду и равный в установившем" ся режиме по величине с выходным сигналом аналога средневзвешенной часто"ты 3, который в общем случае такжесодержит 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 выходе5 О 15 20 25 ЗО 35 4 О 45 50 60 б 5 блока 5 появляется сигнал рассогласования, который усиливается с заданным коэффициентом усиления в блоке 7и поступает в систему возбуждениягенератора 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 частоту сети, возбуждение увеличивалосьи, наоборот, при отставании скорости ротора от частоты сети оно умень"щалась.Помимо этого, выходной сигнал 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.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 телепередачиЕсли скорость вращения вала агрегата сравнивается со средневзвешенной частотой на шинах электростанции, что для большинства практических случаев окажется наиболее целесообразным, то выполнение телепередачи не требуетсяПредлагаемое техническое решение обеспечивает демпфирование колебаний скорости вращения ротора турбо" агрегата, способствуя при любом переходном процессе приведения ее в соответствие с частотой энергосистемы. Использование в качестве одного из входных сигналов непосредственно скорости вращения ротора обеспечивает своевременную подачу сигналов на соответствующее изменение величины возбуждения, что во всех случаях улучшает демпфирование и предотвращает возможность усиления качаний из-за подачи этих сигналов не в фазе с изменением скорости вращения ротора,как это происходит при регулировании возбуждения генератора по частоте напряжения (ЭДС), измеряемого на его зажимах или нашинах электростанции, и производной этой частоты .Использование же сигнала рассогласования между скоростью вращения ротора и частотой сети предотвращает развозбуждение генератора при набросах нагрузки или отключении коротсих замыканий, как и ложную форсировку возбуждения при сбросе нагрузки, поскольку во всех этих случаях волна изменения частоты идет от той точки системы, в которой происходит возмущение, и доходит до ротора генератора в последнюю очередьПоэтому, например, при набросе нагрузки892640 Формула изобретения Составитель К,Фотина Редактор Н.Кончицкая Техред З.Фанта Коррек 1 ор С. ШекмарЗаказ 11277/82 Тираж 733 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патентф, г Ужгород, ул, Проектная, 4 или отключении короткого замыканиядо тех пор, пока волна изменения частоты достигнет ротора, скорость его .вращения будет больше, чем частотасети, и,:в систему возбуждения поступит сигнал не на развозбуждение,как при использовании принципа сравнения величины частоты в даннойточке с ее же значением в предыдущиймомент времени, а наоборот, на уве"личение возбуждения, что необходимо в подобном случае. Сигнал наизменение возбуждения исчезает привыравнивании скорости вращения ротора и частоты сети.,Технико-экономический эффект отвнедрения предлагаемого способаобеспечивается за счет увеличениястатической и динамической устойчивости параллельной работы генераторов в энергосистеме вследствие лучшего, чем при известных способахдемпфирования колебаний скорости вращения и взаимного движения роторови предотвращения возможности возникновения в энергосистеме лавинынапряжения с массовым погашениемпотребителей из-за несвоевременногоразвозбуждения генераторов, а такжепредотвращения ложной форсировкивозбуждения. При этом оказываютсяненужными блокировки, применяемыедля такого предотвращения при известных способах, что позволяет упростить устройство, реализующеепредлагаемый способ,Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, работающего в энергосистеме,5в зависимости от отклонения режимного параметра, например, напряжения,с использованием для формированиястабилизирующих параметров средневзвешенной частоты в заданной точке энергосистемы, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения статической и динамическойустойчивости параллельной работыгенератора, измеряют скорость вращения вала генератора, преобразуют из 11 меренный сигнал в сигнал, равный вустановившемся режиме сигналу,про"порциональному средневзвешенной частоте в заданной точке энергосистемы,сравнивают полученный сигнал с сиг 2 О налом, пропорциональным средневзве"шенной частоте в заданной точке энергосистемы и рассо.ласование междуними в переходном режиме и производную по времени этого рассогласованияиспользуют в качестве стабилизирующих параметров,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 423231, кл. Н 02 Р 9/14, 1972.2. Авторское свидетельство СССРР 118886, кл. Н 02 Р 9/14, 1958.3 Авторское свидетельство СССРР 279776, кл. Н 02 Р 9/10, 1969.