Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора и устройство для его осуществления

(54) СПОСО ЛИРОВАНИ НОГО ГЕНЕ ЕГО ОСУЩЕ (57) Изобрет ке и может ройств, рег динамически ектротехнидля автомазбуждениятающих в енного приИзобр ке и може тического синхронны знергосис менения. а блок-схема устособ автоматиче- возбуждения матического реинхронного геический регулямя входами упртной связи (ГО3 с размыкаю гу- неор ав- С), щиЦельнадежкачес ся повышеия и улучшеряжения за ической усовления наизобретения являе ности энергоснабже ва регулирования на шения запаса дина и и скорости восста чет повы ойчи вост ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБР У СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) П редприятие "Сибтехэнерго" П роизводственного объединения по наладке, совершенствованию технологии и эксплуатации электростанций и сетей "Союзтехэнерго" (72) А.В, Пташкин и В.М, Шевченко (53) 621,316,722:621.313.322(088.8)(56) Авторское свидетельство СССР М 1159147, кл, Н 02 Р 9/00, 1986.Авторское свидетельство СССР М 858198, кл. Н 02 Р 9/10, 1981.Эдлин М,А. Стабилизация режима синхронных генераторов, оснащенных АРВ пропорционального действия. Сборник научных трудов НИИПТ "Противоаварийное управление и регулирование энергосистем". - Л.: Энергоиздат, 1982, с. 46 - 63,АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОНАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТВЛЕНИЯние относится к электротехнибыть использовано для устлирующих ток возбуждения етение относится к э т быть использованрегулирования во х генераторов, раба темах общепромышл крупных синхронных генераторов, работающих на энергосистему. Цель изобретения - повышение надежности энергообеспечения и качества регулирования напряжения за счет повышения запаса динамической устойчивости и скорости восстановления напряжения генератора при апериодических возмущениях в сети. Новым в способе является то, что при указанных возмущениях в сети осуществляется блокирование воздействия гибкой отрицательной обратной связи (ГОС) на автоматический регулятор возбуждения, причем блокирование ГОС производится по превышении первой производной напряжения якорной обмотки генератора определенного значения, Отключение ГОС производится либо на заданный промежуток времени, либо до тех пор, пока дополнительно выделенный сигнал о производной величины напряжения на обмотке возбуждения генератора не станет равным нулю, Выполнение операций способа позволяет исключить отрицательное действие ГОС при скачкообразных возмущениях в сети без ухудшения запаса устойчивости в статических и динамических режимах работы энергосистемы, 2 с, и 1 з.п, Ф-лы, 1 ил пряжения генератора првозмущениях в сети,На чертеже приведенройства, реализующего спского регулированиясинхронного генератора,Устройство для автолирования возбуждения сратора содержит автомат1 возбуждения (АР В) с двуления, блок 2 гибкой обрапервыйуправляемый ключми контактами и входами на вклачение и отключение, датчик 4 выпрямительнага трехфазного напряжения статора синхронного генератора и преобразователь 5 этога режимного параметра, датчик 6 напряжения возбуждения и преобразователь 7 этого режимкога параметра, а также источклк 8 постаяккого напряжения, в качестве которого может использоваться источник питания собственных нужд системы вазбу 2 Декия синхрОннаго генератора. Преобразователь 5 со стороны входа содержит первый дифференциатар 9, к выходу которого подключен вход управления второго управляемого ключа 10, через замыкающие контакты которого источник В соединяется с входам управления на отключение управляемого ключа 3. Датчик б напряжения возбуждения через дифференциатор 11 подключен к таймеру 12, вход управления катарага соединен с выходам блока 5 преобразования напряжения статора синхронкога генератора, ( Выходу таймера 12 через диод 13 и размыкзющие как гзкты управляемого ключа 14 подклачен включаюший вход первого управляемого ключа, з через ДВОД 15 ПОДключен Включающий вхОД управляемого ключа 14, при этом диоды 13 и 15 включены так, что первый из них допускает протекзние тока, соответствующего положительному, а. Второй отрицательному значениям производной напряжения возбуждения, выявляемой дифферекциатаром 11. Кроме того, замыкающие входы управленля ка замыкание управляемых клочей обозначены знаком (+), з на рззмыкакие - знаком (-), Вход управления на отключение преобразователя 5. Выход блока 2 ГОС череэ замыкающие контакты управляемогоключа 3 соединен с вторым входом управления АРВ 1, на первый вход которого подается сигнал с Выхода датчика 4 напряжения якорной обмотки генератора.Устройство работает следующим образам,В исходном состоянии в установившемся (стационарном) режиме сихронного генератора первый управляемый ключ 3 находится в замкнутом состоянии, АРВ 1 оказывается охваченным гибкой отрицательной обратной связью. Связь этз, уменьшая динамический коэффициент усиления исоздавая дополнительный фазовый сдвиг выходного сигнала автоматического регулятора в сторону опережения по отношению к входному сигналу в зоне частот собствекных КОлебзний ротора сикхроннОго генеазтора, существенно увеличиВает запас колебательной устойчивости сатических и динамических режимов этого генератора. Вместе с тем, создавая замедление скорости прохождения сигнала через АРВ при сильных скачкообразных возмущениях в сети, эта связь уменьшает запас динамической устойчивости генератора на первом Вылете ротора (апериодический предел динамической устойчивости генератора на первом вылете ротора - апериадический предел динамической устойчивости), а также затягивает процесс восстановления нзпряжения статора генератора. Первый иэ этих побочных эффектов всегда является негативным, поэтому устранение ега всегда является полезным. 82 орой эффект в случае, если в послеавзрийкам режиме напряжение генератора становится в какой-то момент переходного процесса выше его дааварийнаго уровня и продолжает некоторое время оставаться таковым, следует, при небольших В количественном откошенил его проявлениях (по величине и продолжительности), рассматривать как положительный. В остальных случаях, т.е, при его обратной направленности, з также при той же направленности в сторону "Выше", но при чрезмерно сильном (на 10% и более) повышении напряжения против нормального уровня или при чрезмерно большой его продолжительности (более 3 - 5 с), рассматриваемый побочный эффект также становится отрицательным и требует принятия специальных мер для его ограничения.управляемый ключ 10 в исходном стационарном, с малым уровнем случайных алебзний, режиме генератора разомкнут, таймер 12 замкнут, а управляемый кл,ач 14 может находиться В ПООизвольном (замкнуг или разомкнут) состоянии - при замкнутом состоянии упраВляемого ключа 3 состояние управляемого ключа 14 значения ке имеет.При скачкообразном нарушении режима генератора в выходном сигнале датчика 4, представляющем собой выпрямленное трехфазное капряжекие стзтора гекератарз с отфильтрованными ВысокОчастотными пульсациями (частота пульсаций 300 Гц), появляется практически также скачкообразное изменение величинь 1 напряжения, в выходной цепи дифферекциатора 9 появляется так. Если этот ток превышает некоторое его пороговое значение, соответствующее срабатыванию ключа 10, через замыкающий вход управления кото- рога ан протекает, то ключ 10 замыкается, нз размыкающий вход управления ключа 3, поступает команда, и он переходит в разомкнутоесостояние, блокируя действие ГОС, Параметры дифференциатора 9 выбираются иэ условия, что при заданной величинеком 6 напряжения возбуждения и замыкаю-40 50 55 скачкообразного изменения напряжения на входе в его выходной цепи возникает ток, достаточный для срабатывания ключа 10. Вместе с тем, должно быть выполнено условие, что при максимально возможной частоте электромеханических колебаний ротора синхронного генератора и максимально возможной при этих колебаниях амплитуде колебаний его напряжения статора ток в цепи выхода дифференциатора 9 остается ниже порогового значения, при котором происходит срабатывание ключа 10.Выбранное таким образом выполнение дифференциатора 9 обеспечивает надежность срабатывания ключа 10 и, следовательно, отключение ГОС уже при относительно небольших скачкообразных возмущениях в сети, но не допускает такого отключения даже при самых глубоких алектромеханических качаниях генератора,Принимают для определенности, что рассматриваемое динамическое нарушение стационарного режима генератора представляет собой близкое короткое замыкание в сети. В этом случае в момент его возникновения начинается под действием АРВ 1 процесс нарастания напряжения возбуждения, однако сразу же после срабатывания ключа 10 происходит размыкание ключа 14, если он перед этим замкнут, или этот ключ остается разомкнутым, если в исходном режиме он разомкнут, до его повторного включения обратная коммутация ключа 3 не происходит, т.е. ГОС остается отключенной. Сигнал на выходе ключа 10, кроме указанных коммутаций, осуществляет также запуск таймера, который на заданный промежуток времени принимают его равным 0,5 с) размыкает цепь между датчищим входом управления управляемого ключа 3. Если на вход таймера не поступает повторный сигнал от ключа 10, он через 0,5 с повторно замыкает цепь прохождения сигнала от датчика б. Если в этот момент происходит нарастание напряжения возбуждения, через этот диод 15 проходит сигнал на ключ 14, и он замыкается, однако сигнал на ключ 3 не проходит, так как диод 13 в этот момент заперт. Как только начинается снижение напряжения возбуждения после его прохождения через максимум, появляется ток в цепи диода 13 и через замкнутый ключ 14 проходит команда на включение ключа 3, повторно вводящая в работу ГОС, Все эти операции повторяются вновь при новом скачкообразном возмущении в сети, Если оно происходит в какой-то из промежуточных моментов времени, до моментазамыкания ключа 3, то повторно 5 10 15 20 25 30 35 срабатывает таймер, если он к этому моменту успел возвратиться в исходное положение, и повторное включение ГОС происходит с дополнительной задержкой по времени, Если же повторное возмущение происходит до того, как таймер возвратится в исходное положение, то отсчет выдержки его времени также начинается от момента получения повторной команды, проходящей при повторном замыкании ключа 10, Принимая максимально малым значение тока срабатывания ключа 3 по замыкающему входу управления, можно обеспечить условия, когда его замыкание происходит при близкой к нулю величине производной изменения напряжения возбуждения, т,е. в практически установившемся режиме,Исключая вероятность включения ГОС в моменты провала напряжения возбуждения, получают дополнительный положительный эффект с точки зрения повышения запаса динамической устойчивости, именно предотвращают выпадение генератора из синхронизма из-эа резкого замедления скорости восстановления напряжения возбуждения в случаях, когда включение ГОС совпадает с периодом пониженных уровней возбуждения, что всегда может иметь место в нестационарных режимах генератора после сильных возмущений. Включая же ГОС в момент повышенного напряжения возбуждения и замедляя его снижение, происходящее под действием АРВ, обеспечивают поддержание в начальной стадии послеаварийного режима генератора повышенного напряжения на выводах генератора и в примыкающем участке сети. Некоторая задержка на включение ГОС по отношению к моменту последней коммутации в сети, т.е. к моменту отключения короткого замыкания, переносит зто включение в тот отрезок времени послеаварийного процесса, когда особенно больших по величине изменений режимных параметров генератора уже не происходит. По этой причине можно не опасаться, что указанное свойство приведет после включения ГОС к."застреванию" напряжения генератора на чрезмерно большой величине, Следовательно, без отрицательных последствий получается выигрыш, заключающийся в ускорении момента восстановления нормального режима работы генератора и сети.Следовательно, при использовании предлагаемого способа и устройства, реализующего этот способ, обеспечивается существенное увеличение предела динамической устойчивости синхронного генератора при скачкообразных, типа короткого замыкания, возмущениях в сети эа. счет кратковременного блокирования ГОС а начальной стадии переходного. процесса и рационального выбора момента его деблокирования. При этом практически не снижается запас колебательной устойчивости как в статических, так и в динамических режимах, т.е, обеспечивается надежное предотвращение самораскачивания в послеаварийных режимах, Исключение необходимости учета требований динамической устойчивости при выборе параметров ГОС позволяет выполнять ее более эффектйвной с точки зрения предотвращения сам ораскачивания.Формула изобретения 1. Способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, по которому измеряют величину напряжения якорной обмотки, сравнивают ее с заданной величиной, определяют величину и знак сигнала рассогласования, одновременно формируют сигнал гибкой отрицательной обратной связи по величине изменения режимного параметра синхронного генератора и в зависимости от суммы указанных сигналов регулируют его возбуждение, контролируют сигнал, характеризующий переходный процесс, .и при превышении им заданного значения, регулируют возбуждение только по значению сигнала рассогласования напряжения, о т л и" ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности энергоснабжения за счет повышения запаса динамической устойчивости и скорости восстановления напряжения генератора при динамических возмущениях в сети, дополнительно формируют сигнал,пропорциональный производной напряжения якорной обмотки, который используют как сигнал, характеризующий переходный процесс, а возбуждение регулируют по значению сигнала рассогласования напряжения только а течение заданного от момента превышения периода времени,2, Способ по и. 1, о тли ч а ю щ и й с ятем, что, с целью улучшения качества регулирования напряжения генератора, дополнительно измеряют величину напряжения на обмотке возбуждения генератора, дифференцируют полученное значение, определяют знак полученного сигнала и продолжают регулирование возбуждения только по значению сигнала рассогласования напряжения до тех пор, пока не будет зафиксирован от положительного знака этого сигнала к нулю,3. Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора, содержащее автоматический регулятор тока возбуждения с двумя входа 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ми управления, блок гибкой отрицательной обратной связи, два блока преобразования режимных параметров генератора и управляемый ключ с размыкающими контактами и включающим и отключающим входами, причем первый вход управления автоматического регулятора тока возбуждения соединен с выходом датчика напряжения якорных обмоток генератора, а второй вход связан с выходом блока гибкой отрицательной обратной связи через контакты управляемого ключа, вход блока гибкой отрицательной обратной связи связан с выходом автоматического регулятора тока возбуждения, первый блок преобразования режимных параметров выполнен в виде дифференциатора, вход которого подключен к выходу датчика напряжения якорных обмоток генератора, а выход первого блока преобразования режимных параметров соединен с отключающим входом ключа, второй блок преобразования режимных параметров выполнен в виде таймера с запускающим входом и выходными раэмыкающими контактами, при этом входные выводы второго блока преобразования режимных параметров подключены к выходу датчика напряжения обмотки возбуждения генератора, а выход блока соединен с включающим входом управляембго ключа, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности энергоснабжения и качества регулирования напряжения за счет повышения динамической устойчивости и скорости восстановления напряжения генератора при динамических возмущениях в сети, в первый блок преобразования режимных параметров введены пороговый ключ с замыкающими контактами и источник постоянного напряжения, во второй блок преобразования режимных параметров введены дифференциатор, два диода и управляемый ключ с включающими и отключающими входами и замы кающими контактами, причем вход порогового ключа первого блока соединен с выходом дифференциатора своего блока, а источник постоянного напряжения соединен через замыкающие контакты этого ключа с выходом первого блока преобразования режимных параметров, во втором блоке преобразования режимных параметров вход дифференциатора подключен к входным выводам блока, а выход дифференциатора через размыкающие контакты таймера соединен с анодом первого и катодом второго диодов, катод первогодиода подключен к включающему входу ключа этого блока, анод второго диода через замыкающие контакты этого же ключа соединен с выходом первого блока преобразования ре1700740 10 Составитель А.Лебед Редактор Н,Бобкова . Техред М.Моргентал Корректор О. Кра в цов й комбинат "Патент", г. Ужгерод, ул.Гагарина, 101 зводственн ел жимных параметров, а выход первого блока преобразования режимных параметров дополнительно соединен с запускающим вхоаказ 4477 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, Радом таймера и отключающим входом управляемого ключа второго блока преобразования режимных параметров. Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССРскал наб 45