Устройство для формирования сигнала обратной связи системы управления гидроагрегатом

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоцналистическнхРеспублик и 947821(ИМ.Кл з С 05 В 11/01 Государственный комитет СССР ио делам изобретений и открытий иДата опубликования описания 3007.82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА ОБРАТНОЙ СВЯЗИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ГИДРОАГРЕГАТОМИзобретение относится к устройствам автоматического управления гидро-" электростанциями и может использоваться в системах регулирования частоты и активной мощности как одного, так и группы агрегатов.Известный регулятор частоты вращения и активной мощности имеет два контура регулированиями внутренний контур; в котором через датчик положения регулирующего органа обратной связью охвачены устройство изменения статиэма, формирователь регулирующего воздействия на частоту вращения и электрогидравлическое исполнительное устройство, и внешний контур,охватывающий обратной связью через измеритель активной мощности гидроагрегат и укаэанные выл блоки.В зависимости от положения переключателя регулятор может работать или с обратной связью по положению регулирующего органа, или с обратной связью по активной мощности.В первом режиме система регулирования имеет хорошие динамические свойства, но статическая характеристика агрегата по активной мощности получается криволинейной и зависит от напора. Для точного и однозначного распределения нагрузки между агрегатами и электростанциями требуетсяпрямолинейная, не зависящая от напора, статическая характеристика помощности агрегата, которая получается прк работе регулятора во второмрежиме 11Однако введение обратной связичерез измеритель активной мощности,являющийся формирователем сигналаобратной связи по активной мощности, ухудшает динамические свойствасистемы регулирования, что в конечном итоге отрицательно сказываетсяна показателях работы энергосистемы.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для автоматического управления частотой и активной мощностьюагрегатов ГЭС. Известное устройство решает задачи группового управления и может работать с любым числомагрегатов. Будучи применено к одному агрегату, оно представляет собой 25 регулятор частоты и активной мощности гидроагрегата, снабженный обратной связью по активной мощности.Известное устройство содержит измеритель активной мощности, датчикположения регулирующего органа и ис.точник компенсирующего сигнала. Для этого регулятора также характерны два замкнутых контура. Первый - это электрогидравлическая следящая система с обратной связью по положению регулирующего органа, Второй - это кон- - 5 тур, замкнутый обратной связью,йо активной мощности с выхода объекта регулирования на вход исполнительного устройства через измеритель активной мощности и интегратор. Фор О мирователем сигнала обратной связи по активной мощности здесь также является измеритель активной мощности,. Второй контур по сравнению с первым более инерционный, так как в 15 нем имеется инерционный объект регулирования и интегратор, Поэтому действующее рассогласование на входе ис-. полнительного устройства отрабатывается сначала быстродействующим (высо-р 0 кочастотным) первым контуром, т.е, по положению регулирующегооргана, и затем корректируется вторым (низкочастотным) контуром по активной мощности. Благодаря этому система регулирования имеет прямолинейную статическую характеристику, не зависящую от напора, при минимальном времени отработки главной части действующего рассогласования 2.Недостатком этого регулятора является динамическая ошибка системы регулирования , обусловленная инерционностью формирования сигнала обратной связи по активной мощности. При этом нельзя свести эту инерцион- З 5 ность к минимуму, обусловленному свойствами исполнительных устройств регулятора и объекта регулирования, так как нельзя уменьвжть ниже некоторого предела постоянную времени ин тегратора из-за появления перерегулирования, угрожающего устойчивости системы.Цель изобретения - создание формирователя сигнала обратной связи 45 по активной мощности, обеспечивающе" го наибольшее быстродействие и высо- . кую динамическую точность системы регулирования за счет компенсации запаздывания управляющих сигналов в звеньях объекта регулирования, а также в звеньях исполнительных устройств регулятора при сохранении статической точности и устойчивости регулирования.Иными словами, предлагается Формирователь обратной связи по мощности, действия которого обеспечивает такие же динамические свойства системы регулирования, как и действие обратной связи по положению (открытию) регулирующего органа но в то же время дает прямолинейную не зависящую от напора статическую характеристику агрегата по мощности, чего невозможно достигнуть при отработке управляющих воздействий по открытию. 65 Поставленная цель достигается тем,что устройство дополнительно содержит первый сумматор, блок моделирования гидравлического удара и последовательно соединенные фильтр высокой частоты, второй сумматор, блок прогнозирования статического значения активной мощности, переключатель,интегратор и третий сумматор, выходкоторого соединен с вторым входоминтегратора и с выходом устройства,а второй вход - с выходом блока прогнозирования статического значения активной мощности, второй вход которого соединен с входом устройства, выход источника компенсирующего сигнала соединен с входом фильтра высокой частоты, выход датчика положениярегулирующего органа соединен с вторым входом второго сумматора и через блок моделирования гидравлического удара - с первым сумматором, второй вход которого соединен с выходом измерителя активной мощности., а выход с вторым контактом переключателя,На чертеже представлена функциональная схема устройства формирования сигнала обратной связи.устройство включает измеритель 1 активной мощности, датчик 2 положения регулирующего органа, источник 3 компенсирующего сигнала, интегратор 4, фильтр 5 высокой частоты, сумматоры 6-9, блок 7 прогнозирования статического значения активной мощности, первый переключатель 10, блок 11. моделирования гидравлического удара, датчик 12 напора ГЭС, ре - гулятор.13, объект 14 регулирования, второй переключатель 15.Отдельные блоки устройства выполняют следующие Функции.Согласованный Фильтр, реализованный на игтеграторе 4 и сумматоре 8, представляет собой сумматор сигналов, включенных на его входы интегрирующего и дифференцирующего звеньев и имеет по низкочастотному (первому) входу сумматора. 8 передаточную функциюНн.ч. Т +1а по высокочастотному, (второму) входу сумматора 8 передаточную функциютач. тд+1Под высокой частотой в согласован,ном Фильтре понимается частота и., удовлетворяющая неравенству в ъ 1 т, так как при выполнении этого условия коэффициент передачи сигнала по высокочастотному входу лежит в пре- делаМ 0,7-1, т.е. эти частоты принадлежат полосе пропускания высокочастотного входа. Этот согласованный фильтр используется для замены в области высоких частот сигнала фактической активной мощности, имеющего большие динамические погрешности, сиг налом прогнозируемой активной мощности, .Формируемьак беэынерционно в функции от открытия и напора.Блок 11 моделирования гидравлйческого удара в общем случае пред ставляет нелинейный фильтр высокой частоты, передаточная функция которого определяется из следующих соображенийПри жесткой связи генератора с 10 системой регулирования электрическая мощность, отдаваемая в сеть при перемещении регулирующего органа, совпадает численно с моментом, развиваемым гидравлической турбиной,ко торый следующим образом может быть представлен в функции от перемещения регулирующего органамиТак как Т, может достигать величины 3-4 с, то величину постоянной времени согласованного Фильтра, реализованного на интеграторе и сумматоре 25 8, в.этом случае не удается установить менее 15 с. При уменьшении постоянной времени .этого фильтра и большом возмущении может наблюдаться колебательность переходного процесса, обусловленная влиянием гидравлического удара. Поэтому к сигналу датчика активной мощности добавляется сигнал блока 11, имеющего передаточную функцию 35,О+Х)Тчч Р(жт Р40 что позволяет получить сигнал активной мощности с исключением вредной для устойчивости динамической добавки от действия гидравлического удара. В этом случае выбор постоянной вре мени согласованного фильтра осуществляется таким образом, чтобы не допустить влияния синхронных качаний мощности гидрогенератора на движение регулирующих органов турбины, а также не допустить набора (сброса), мощности агрегата при отключении (включении) потребителей.Диапазон настройки постоянной времени фильтра расширяется в сторону малых постоянных времени до 1 с с сохранением устойчивости контура мощности. Таким образом, введение блока 11 расширяет диапазон настройки согласованного фильтра. Блок 11, кроме того, не обладая запаэдЫванием в об ласти частот синхронных. качаний генератора и фильтра измерителя активной мощности и обладая в этой области частот значительно большим усилением, чем тракт сигнала электрической актив 65 ности мощности, шунтирует последний в области высоких частот, что полностью исключает возникновение колебаний иэ-за динамических характеристик цепи обратной связи по активной электрической мощности генератора.Источник 3 компенсирующего сигнала через фильтр 5 высокой частоты исумматор б компенсирует запаздываниесигнала датчика 2 положения регулирующего органа,.вызванное инерцион ностью исполнительных устройств регу.лятора,Источником компенсирующего сигнала обычно является какой-либо элЕмент системы регулирования, находящейся до инерционной части регулятора.Для турбин с одним регулирующиморганом датчик 2 положения регулирующего органа (датчик открытия направляющего аппарата) одномерный, втурбинах с двумя регулирующими органами датчик 2 - двумерный датчик,Блок 7 прогнозирования статического значения активной мощности пооткрытию и напору, величина которого подается на вход устройства сдатчика 12 напора ГЭС, представляетсобой двухкоординатный нелинейныйблок в случае. турбины с одним регулирующим органом и трехкоординатныйнелинейный блок в случае турбины сдвумя регулирующими органами.Действие Формирователя заключается в следующем.При движении регулирующих органовтурбины сигнал от датчиков 2 положения поступает на блок 7 прогнозирования статического значения активноймощностиБлок 7 осуществляет выработку сигнала прогнозируемой мощности для данного агрегата в соответствии с эависимоСтьюР = Р(,Н),где Р - активная мощность агрегата;7 - ход главного сервомотора,определявшего положениемрегулирующих органов;Н - напор.Этот сигнал проходит через входвысокой частоты Фильтра, реализованного на интеграторе 4 и сумматоре 8, и осуществляет выключениедвижения регулирующих органов, В момент остановки регулирующих органов значение Фактической мощности изменяется за счет изменения давления в водоводе, однако блок 11 моделирования действия гидроудараобеспечивает с момента остановки регулирующих органов практически постоянство сигнала на выходе сумматора 9. Данное положение переключателя 10 соответствует нормальной работе формирователя с учетом действия гидравлического удара и фактической947821 формула изобретения 50/71 Тираж 914 Подписно ВНИИП ент", г. Ужгород, ул, Проектная,иэл ПП величины активной мощности. Измене-,ние положения переключателя 10 приводит к замене сигнала обратной свя.эи по фактической активной мощностисигналом - функцией от положения(открытия) регулирующего органа и напора - соответствующим прогнозрруемой активной мощности.Если в регуляторе предусмотрен переключатель 15, то возможна полнаязамена сигнала обратной связи по ак- )Отивной мощности сигналом обратнойсвязи по положению регулирующего органа.В предлагаемом формирователе достигается полная компенсация рлиянияна, устойчивость системы регулированиядействия всех динамических звеньевисполнительных устройств, гидравлического удара, датчика активной мощности и динамической характеристикигидроагрегата,Таким образом, предлагаемое устройство при работе с обратной связьюпо активной мощности обеспечиваетповышенное быстродействие и динамическую точность (по сравнению с быстродействием и динамической точностью,которые достигаются при работе с обратной связью по положению), так какв нем компенсируется запаздывание,вызванное не только инерционностьюобъекта регулирования, но И инерционностью исполнительных устройстврегулятора.Предлагаемое устройство-представляет собой самостоятельный узел, что 35очень важно при реконструкции системы регулирования на действующих ГЭС,таккак оно может быть примененопрактически в любой схеме электрогидравлического регулятора беэ передел- дки последнего, что дает возможностьперейти на регулирование частоты состатизмом по активной мощности и наавтоматическое задание нагрузки в единицах мощности независимо от напораУстройство для формирования сигнала обратной связи системы управления гидроагрегатом, содержащее измеритель активной мощности, датчикположения регулирующего органа и источник компенсирующего сигнала, о т -л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и динамической точности устройства, оносодержит первый сумматор, блок моделирования гидравлического удара ипоследовательно соединейные фильтрвысокой частоты, второй сумматор,блок прогнозирования статическогозначения активной. мощности, переключатель, интегратор и третий сумматор,выход которого соединен с вторьмвходом интегратора и с выходом устройства, а второй вход - с выходомблока прогнозирования статическогозначения активной мощности, второйвход которого соединен с входом устройства, выход источника компенсирующего сигнала соединен с входомфильтра высокой частоты, выход датчика положения регулирующего органасоединен с вторым входом второгосумматора и через блок моделированиягидравлического удара - с первымсумматором, второй вход которогосоединен с выходом измерителя активной мощности, а выход - с вторымвходом переключателя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. ИОООИЗЯР Е 1 есСг 1 с ОочегпогвЕог ЬуогацИс гцгЬ 1 пев фЮоойюагйОэчегпог Ссщраэу ВцХ 1 еСЫф, 07058,косгогй,2. Авторское свидетельство СССР9 379013, кл. И 02 Э 3/46, 02.02,68