Устройство для автоматического управления активной мощностью гидроэлектростанции

Х й 02 Р ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(72) В.Л. Федоров, Т.Л. Федорова, Н.И. Петунина и Р.А. Восходова (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (53) 621.316.728 гб 21.311.21(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССУ .9 133511, кл, Н 02 Т 3/46, 1958.,2. Руденский М.Я., Семенов В.В., Степура Э.Ф. Электрический групповой регулятор скорости. " В кн,: Наладочные и экспериментальные работы ОРГРЭС вып. 40, 1972.3. Авторское свидетельство СССР Р 604117 кл. Н 02 Р 9/04 1976.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТЫ 0 РИДРОЭЛЕКТРОСТАНЦИИ, содержащее станционный ограничитель, к выхощ которого подключен первый вход стайн ционного сравнивающего суммато)а, второй вход которого соединен с вы" ходом первого станционного сумматора, а выход соединен через первыйуправляемый делитель с входами управляющего и безынерционного усилителей, задатчик прироста, вход которого сое. динен с выходом управляющего усили" теля, причем в цепях задания мощности каждого гидроагрегата расположв" ны функциональные преобразователи, входы которых соединены с выходом задатчика прироста, выходы преобразователей присоединены к первым входом первых агрегатных. сумматоров, вторые входы которых подключены к выходу безынерционного усилителя, агрегатные ограничители, при этом первые входы агрегатных ограничителей в цепях задания мощности гидро- агрегатов, не имеющих запретных эон работы, подключены к выходам первых агрегатных сумматоров, а выходы всех агрегатных ограничителей предназнаЧейы для подключения к входам сле" дящнх устройств управления активной мощностью гидроагрегатов, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы гидроэлектростанции путем исключения возможности работы гидроагрегатов с мощностями, лежащими в запретных зонах, дополнительно введены для каж дого гидроагрегата, имеющего запретную зону работы, агрегатный сравнивающий сумматор, первый и вторОй блоки сравнения, датчики нижних и верхних границ запретных зон, первый блок И, агрегатный блок разрешения . и второй агрегатный сумматор, а для ,гидроагрегатов, не имеющих запретных Е зон работы, - второй станционный сумматор, второй управляемый делитель, станционный блок разрешения и в цепи задания мощности каждого такого гидроагрегата - блок переключен ния н второй блок И, а первые агрегатные сумматоры в цепях задания мощности гидроагрегатов, не имеющих запретных зон, выполнены с третьими дополнительньии входами, агрегатные ограничители в тех же цепях выполнены е вторьюн пороговыми выходами, при этом первые входы агрегатных сравнивающих сумматоров, вторых агрегатных сумматоров, первого и второ, го блоков сравнения подхлючены к вы- ,ходам первых агрегатных сумматоров, вторые входы агрегатных сравнивающих сумматоров н первых блоков сравнения подключены к датчикам верхних границ запретных зон работы гидро- фр агрегатов, вторые входы вторых бло. ков сравнения подключены к датчикам ; нижних границ запретных зон работы гидроагрегатов, выходы первых и вторых блоков сравнения подключены соотгветственно к первяк и вторыи входам первых блоков И, а выходы первых блоков И подключены к первым входамагрегатных блоков разрешения, вторыевходы которых соединены с выходамиагрегатных сравнивающих сумматоров,а выходы агрегатных блоков разрешенияподключены к вторым входам вторыхагрегатных сумматоров в цепях задания мощности гидроагрегатов, имеющих запретные зоны работы, и квходам второго станционного сумматоравыход которого соединен с первымвходом второго управляемого делителя,второй вход которого подключен кдополнительному датчику числа работающих в генераторном режиме гид-"роагрегатов,не имеющих запретных зонработы,а выход присоединен к третьимвходам агрегатных сумматоров в цепях задания мощности гидроагрегатовне имеющих запретных зон работы,первые входы блоков переключения йрисоединены к виходам первых агрегатных сумматоров в цепях заданиямощности гндроагрегатов, не имеющихзапретных зон работы, вторые входы блоков переключения подключены к первым выходам агрегатных ограничителей в тех же цепях, вторые выходы которых подключены к первым входам вторых блоков И, выходы которыхприсоединены через блоки переключения к первым входам первого станционного сумматора, к другим входамкоторого присоединены выходы агрегатных ограничителей гидроагрегатов, имеющих запретные эоны работы,а вторые входы вторых блоков Исоединены с выходом станционногоблока разрешения, входы которогоприсоединены к выходам первыхблоков И, Изобретение относится к электротехнике, в частности к управлению режимами энергосистем по активной мощности.Известны устройства автоматичес кого управления мощностью гидроэлектростанций, в которых экономичное распределение заданной мощности между гидроагрегатами обеспечивается включением в состав устройства Функци- Я ональных преобразователей, где воспроизводятся агрегатные характеристики относительного прироста энергоносителя, а предотвращение выхода мощности гидроагрегатов за пределы зон допустимых значений осуществляется благодаря включению в состав устройства ограничителей заданной гидро- агрегатами мощности верхним и нижним предельными значениями 13 и2.Однако данные устройства не могут обесцечить стабильности динамических характеристик электростанций вследствие зависимости коэффициента передачи устройства от изменения коэффициента передачи Функциональных преоб разователей в течение переходного процесса.Наиболее близким по технической , 30 сущности к предлагаемому является устройство для автоматического управ. ления активной мощностью гидроэлектростанций, содержащее станционный ограничитель, сравнивающий сумматор, 35 один иэ входов которого соединен с выходом стайционного сумматора, а выход соединен с входом управляемого . делителя, подключенного своим выходом на входы станционного безынерционного усилителя и управляющего усилителя, задатчик прироста, вход которого соединен с выходом управляющего усилителя, а в цепях задания мощности каждого гидроагрегата - функциональные преобразователи, выходи которых присоединены к первым входамагрегатных сумматоров, вторые входыкоторых подключены к выходу станционного безынерционного усилителя, ограничители, входи которых подключены к выходам агрегатных сумматоров,а выходы предназначены для присоеди"пения к следящим устройствам управления активной мощностью гидроагрегатов 3,Указанное устройство имеет щиро" кие перспективы применения на ГЭС любого типа с гидроагрегатами, имеющими любые энергоэкономические ха"рактеристики и оснащенными автомати"ческими регуляторами частоты вращения любого типа. Однако существуютгидроэлектростанции, для которых ононе может обеспечить выполнения всех эксплуатационных требований, обусловленных технрлогическими особенно"стями гидроагрегатов. Это гидроэлектростаиции с гидроагрегатами, у ко"торых внутри зон допустимых значений мощности имеются запретные зоны,Работа таких гидроагрегатов с мощностями, лежащими внутри Запретныхзон, по условиям сохранности гидротурбин не разрешается. Следовательно, недостатком устройства являетсявоэможность работы гидроагрегатовв запретных зонах; при этом не обеспечивается сохранность гидроагрегатов и, таким образом, надежность гидроэлектростанции в целом.Цель изобретения - повышение надежности работы гидроэлектростанции путем исключения воэможности работы гидроагрегатов с мощностями, лежащими в запретных зонах.Поставленная цель достигается тем,что в устройство для автоматического управления активной мощностью 10 гидроэлектростанции, содержащее станционный ограничитель, к выходу которого подключен первый вход станционного сравнивающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого станционного сумматора,а выход соединен через первый управляемый делитель с входами управляющего и безынерционного усилителей,эадатчик прироста, вход которого соединен с выходом управляющего усилителя, причем в цепях задания мощности каждого гидроагрегата расположены функциональные преобразователи,входы которых соединены с выходомэадатчнка прироста, выходы преобразователей присоединены к первым входам первых агрегатных сумматоров.вторые входы которых подключены квыходу безынерционного усилителя,агрегатные ограничители, при этомпервые входы агрегатных ограничителей в цепях задания мощности гидроагрегатов, не имеющих запретных зонработы, подключены к выходам первыхагрегатных сумматоров, а выходывсех агрегатных ограничителей предназначены для подключения к входамследящих устройств управления активной мощностью гидроагрегатов, дополнительно введены для каждого гидроагрегата, имеющего запретную зонуработы, агрегатный сравнивающий сумматор, первый и второй блоки сравне"ния, датчики нижних и верхних границ запретных зон, первый блок И,агрегатный блок разрешения и второй 25 35 40 45 агрегатный сумматор, а для гидроагреблок И, апервые агрегатные сумматоры . гатов, не имеющих запретных зон работы, - второй станционный сумматор, второй управляемый делитель, станци" онный блок разрешения и в цепи задания мощности каждого такого гидроагрегата - блок переключения и второй 50 ных сумматоров, вторые входы агрегатных сравнивающих сумматоров и первых 65 в цепях задания мощности гидроагрегатов, не имеющих запретных зон, выполнены с третьими дополнительньаяи входами, агрегатные ограничители в тех же цепях выполнены с вторыми пороговыми выходами, при этом первые входы агрегатных сравнивающих сумма торов, вторых агрегатных сумматоров, первого и второго блоков сравнения подключены к выходам первых агрегатблоков сравнения подключены к датчикам верхних границ запретных зон работы гидроагрегатов, вторые входы вторых блоков сравнения подключены к датчикам нижних границ запретных зон работы гидроагрегатов, выходы первых и вторых блоков сравнения подключены соответственно к первым и вторьи входам первых блоков И, а выходы первых блоков И подключены к первьм входам агрегатных блоков разрешения, вторые входы которых соединены с выходами агрегатных сравнивающих сумматоров, а выходы .агрегатных блоков разрешения подключены к вторым входам вторых агрегатных сумматоров в цепях задания мощности гидроагрегатов, имеющих запретные эоны работы,и к входам второго станЦионно ео сумматора, выход, которого соединен с первым. входом второго управляемого делителя, второи вход которого подключен к дополнительному датчику чис. ла работающих в генераторном режиме гидроагрегатов, не имеющих запретных зон работы, а выход присоединен к третьим входам агрегатных сумматоров в цепях задания мощности гидроагрегатов, не имеющих запретных эон работы, первые входы блоков переключения присоединены к выходам первых агрегатных сумматоров в цепях .задания мощности гидроагрегатов, не имеющих запретных эон работы, вторые входы блоков переключения подключены к первым выходам агрегатных ограничителей в тех же цепях, вторые выходы которых подключены к первым входам вторых блоков И, выходы которых присоединены через блоки переключения к первым входам первого станционного сумматора, к другим входам которого присоединены выходы агрегатных ограничителей гидроагрегатов, имеющих запретные зоны работы, а вторые входы вторых блоков И соединены с выходом станционного блока разрешения, входы которого присоединены к выходам первых блоков И.На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства. В состав устройства входт станционный комплекс блоков, включающий станционный ограничитель 1,станционный сравнивающий сумматор 2,первый управляемый делитель З,управляющий усилитель 4,задатчик 5 прироста расхода воды, безынерционный усилитель 6, первый станционный сумматор 7,каждый агрегатный, комплекс блоков содержит функциональный преобразователь 8,первый агрегатный сумматор 9,агрегатный ограничитель 10. Кроме того, ддя гщ 1- роагрегатов, имеющих запретные зоны, введены агрегатный сравнивающий сумматор 11, первый 12 и второй 13 блоки сравнения, первый блок И 14, аг 1034142регатный блок 15 разрешения и второй агрегатный сумматор 16В станционный комплекс блокьв входят так же второй станционный сумматор 17, второй управляемый делитель18, станционный блок 19 разрешения.для гидроагрегатов, не имеющих запретных эон, комплекс блоков содержиттакже второй блок И 20 и блок 21 переключения.Входным блоком устройства являет 10ся станционный ограничитель 1, к первому входу которого подводится задан.ная гидроэлектростанции целиком мощ ность Рс;), а к двум другим входампредельные(верхнее 1 я и нижнее 15значения этой мощности. Выходограничителя 1 соединен с первымвходом станционного сумматора 2,Входной сигнал сумматора 2 по этомувходу соответствует Рсесли20Ъ 1 Ъ Р я, или тому предельномузначений, которое заданная мощностьпревысила, Сигнал на втором входесумматора 2 соответствует сумме мощ-,ностей, заданных работающим в геке"раторном режиме И, гидроагрегатамгРУппы 1 и )я гидРоагРегатам гРУппыХХ (соответственно имеющим и не имеющим запретные эоны работы). Выход-ным сигналом блока 2 является откло"нение суммы мощностей, заданных гид.роагрегатам, от мощности, заданной(гидроэлектростанции целиком,35В управляющем делителе 3 сигналЬРс . ДЕЛИТСЯ На ОбЩЕЕ ЧИСЛО и: И, + Иработающих гидроагрегатов. Результат делений является входным сигналом управляющего усилителя, предназначенного для управления эадатчиком 5 прироста, и безынерционногоусилителя б. Задатчик 5 прироста выполняет Функцию интегрирования повремени выходного сигнала делителя 3, 45а выходной сигнал его соответствуетзаданному значению относительногоПрироста расхода воды ф. Выход Эадат"чика 5 прироста присоединен к входамагрегатныХ функциональных преобразователей 8, в которых заданный относительный приростпреобразуется в1 нмощности Р. и Р , экономично за 1 К 94 фданные гидроагрегатам групп 1 и 11в соответствии с их индивидуальными характеристиками относительных приростов.Первые агрегатные сумматоры 9 слу"жат для сложения экономично заданныхмощностей с выходным. сигналом безынерционного усилителя б - с приходя-щейся на каждой работающий гидроагрегат долей отклонения суммы мощностей, заданных гидроагрегатам,бт. мощности, заданной гидрозлектростанции целиком. В соответствии с этим заданные гидроагрегатам мощности равны Р ф Ц), + 6 Рс,/. В первом 12 и втором 13 блоках с)равнения каждого гидроагрегата группы 1 осуществляется проверка попадания заданных гидроагрегатам этой группы мощностей в запретную зону работы, определяемую граничными значениями мощности Р к и Р(датчики нижних и верх них границ запретных эон не показаны), а в агрегатном сравнивающем сумматоре 11 - определение разности между верхним граничным и заданным значениями мощности Р -Р при .ус1 Ге,)с ф 4" лозин Р 1 Р.ЗВыходы блоков сравнения соединены с входами первых блоков И 14, предназначенных для подачи на агрегатные блоки 15 команды на пропуск сигналов, соответствующих разностям Р,к- Р,К, на входы соответствующих вторых агрегатных сумматоров 16 и на вход второго станционного сумматора 17 при попадании мощностей, заданных гидроагрегатам, в запретные зоны ра ,боты, т.е. пигР Р Ргв,к к гм,кВо втором станционном сумматоре 17 суммируются разности граничных и заданных мощностей Рэ,к - Р,к тех И; гидроагрегатов группы 1, заданные которым мощности попали в запретные зоны работы. Сумма этих разностейв(Р - Р ) во втором управляемом э гбк кделителе 18 делится на число И, гид" роагрегатов группы 11, работающих в генераторном режиме. Результат де" ления,вычитаясь в первых агрегатныхсумматорах 9 гидроагрегатов группы.11 из экономически заданных мощностей Р , уменьшает таким образом суммарную мощность, заданную всем работающим гидроагрегатам группы 11, на туже величину, на которую понадобилосьувеличить суммарную мощность, заданную тем работающим гидроагрегатамгруппы 1,мощность которых попали взапретную зону работы)для того, чтобы .вывести эти гидроагрегаты группы Е иэзапретных зон.Станционный блок разрешения 19 предназначен для разрешенияФормирования команды на переключениевходов первого станционного суммато"ра 7, подключенных через блоки 21переключения гидроагрегатов группы11 к выходам агрегатных ограничителей 10, на выходы первых агрегатных сумматоров 9. Это разрешение блок 19выдает при подаче команды первымблоком И 14 любого гидроагрегатагруппы 1, независимо от числа последних. Команда на упомянутое переключение поступает от второго блокаИ 20 того гидроагрегата группы 11,заданная которому мощность достигла.задаваемая всем работающим гидроаг 0регатам Х РР + ч Рбедет превышать моцность, задаваемуюгидроэлектростанции целиком, так какнижние пределы эон допустимых значений мощности гндроагрегатов второйгруппы будут превышать задаваемые импосле действия коррекции мощности-1 ргбкк ,Если мощности, заданные работающим гидроагрегатам группы 11, выходят на нижние пределы зон допустимыхзначений мощности, когда мощности,заданные гидроагрегатам группы 1, непопадают в запретные зоны работы, тонарушения соответствия суммы мощностей, заданных гидроагрегатам, суммемощностей, подводимых к входам пер-вого станционного сумматора 7, невозникает (поскольку, блоки И 20 вэтом случае бездействуют), Отмечен"ный недостаток - несоответствие суммы мощностей, заданных гидроагрегатам, мощности, задаваемой гидроэлектростанции целиком - не присуц органи. З 5чески предлагаемому устройству. Проявление его определяется режимнымиусловиями работы, создающимися дляГЭС, - располагаемый регулировочныйдиапазон работающих гидроагрегатов 40группы 11 в сторону разгрузки недостаточен для тбго, чтобы компенсировать увеличение моцности гидроагрегатов группы 1, необходимое для вывода их иэ запретной зоны работы.В этих условиях для того, чтобывозвратить гидроэлектростанцию в состояние, при котором действительнаясумма заданных гидроагрегатам мощностей была равна мощности, заданнойгидроэлектростанции целиком, необхщимо либо .изменить общее число работающих гидроагрегатов, уменьшивчисло работающих гидроагрегатовгруппы 1 или увеличив число работающих гидроагрегатов группы 11, либооставить общее число работающих гид"роагрегатов неиэмеиньия, одновременно уменьшив число первых и увеличивчисло вторых.В переходном режиме предлагаемое 60устройство действует следующим образом,Если в режиме, предшествующемпереходному, мощности, заданные гидроагрегатам группы 1 с выходов первых агрегатных сумматоров 9, были меньше мощностей, соответствующих нижним границам запретной зоны работы, а при переходном режиме, возникшем в результате увеличения мощности РС , заданной гидроэлектростан. цни .целиком, мощности, заданные гидроагрегатам группы 1, равные (Р + +ЬР Ъ,н попадают в запретную зону, то аналогично состоянию в установившемся режиме, описанному выше, гидроагрегатам группы 1 задаются мощности Р З, а мощности, заданные гидроагрегатам группы 11, уменьшаются наРгь к 1 Рк Эка гэк%Такое положение сохранится и по окончании переходного режима, т.е. при ЬЦ;Ъ=О, в случае если Р К останется в запретной зоне работы. Если по окончании переходного режима Р3 выходит за пределы запретной зонЯ то часть устройства, формирующая коррекцию заданных гидроагрегатам мощностей, возвращается в исходное состояние.Если в предшествующем переходному режиме мощности, заданные гидроагрегатам группы 1 с выходов первых агрегатных сумматоров 9, выходили за верхние границы запретной зоны работы, а при переходном режиме, возникшем в результате уменьшения мощности , заданной гидроэлектростанции целиком, мощности, заданные гидроагрегатам группы 1, попадают в запретные зоны, то гидроагрегатам группы 1, как и в предыдущем случае, будут задаваться мощности Р , а мощности, заданные гидроагрегатам группы 11, будут уменьшаться. Так происходит до тех пор, пока моцности, задаваемые гидроагрегатам группы 1, не снизятся до нижних границ запретных зон Рг к . В момент достиженияГНзаданной мощностью этой границы корректирующий сигнал с второго агрегат. ного сумматора 17 снимается и заданные им мощности соответствуют ниж 1 ним границам запретных эон Р,кф Ргк. Мощности, заданные гидроагрегатам группы 11, скачкообразно увеличиваются в результате снятия с третьих входов агрегатных сумматоров 9 возаМдействия 2 Р - Е Р )/и . Ес,дгь,к,. ги,К яли по окончании переходного режима моцности, заданные гидроагрегатам группы 1 с выходов первых агрегатных сумматоров 9, останутся внутри запретных.зон, то мощности, заданные гидроагрегатам группы 1 с выходов вторых агрегатных, сумматоров 16, останутся равными РГАСТаким образом, при.оснащении гидроэлектростанций предлагаемым устрой.1034142 М стйвирнн усарвйстВвн увувбменм аввюМюфФ феюФмоаю дю 4 еа 4 ююалмФ каэ 5640/57 ПодписноеВНИИПИТираж б ае филиалг. Уаго П фПатентф,д, ул. Проектная, 4 ством автоматически обеспечивается полное исключение воэможности работы гидроагрегатов в запретных по условиям сохранностиих механической части зонах мощности. Обеспечение эа" прета работы гидроагрегатов в этих зонах вручную, в особенности в условиях участия гидроэлектростанции в системном управлении мощностью (ограничении перетоков по слабым30 12связям и регулирования обменности мощности), практически невозможно. Применение предлагаемого устройства существенМЬ повышает надежность работы гидроэлектростанции, увеличивает мемремонтный период работы гидроагрегатов и значительно облегчает труд оперативного персонала, занятого контролем процесса управления активной мощностью.