Способ автоматической коррекции характеристик регулятора частоты электроэнергетического агрегата

(56) 1. Пивоваров В,А, Проектирование .и расчет, систем регулирования гидротурбин. Л., нИааиностроение", 1973,а.2152, Фирменный проспект ЛИЗМ 2154, - "Электрогйдравлический регулятор, РИТИ", 19743. Вцейи 07058, ЬЬосЬМгд Сомеглог Соврапу, 0 А, Еесйгс СочегпогЕог Нцдгац с ТцгЫпз, 976, дед .9970-350.4. Авторское свидетельство СССРЮ 744891, кл. Н 02 Р 9/04, 1978,(54) (57) СПОСОБ АВтОИАТИЧЕСКОИ КОРРЕКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛЯТОРА ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АГРЕГАТА,основанный на изменении уставок динамических параметров регулятора, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности Функционирования регулятора, измеряют электрическую активную мощность генератора,ГООУЯЖфСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН внешние и Формируемые регулятором параметры, определяющие энергетическую характеристику двигателя, а также скорость изменения формируемого ре" гулятором параметра, на основе энергетической характеристики двигателя по измеренным значениям внешних параметров, ее определяющих, и электрической активной мощности, прогнозируют. значение Формируемого регулято" ром параметра, при котором будет достигнут баланс мощностей двигателя и генератора, Форируют дополнительный сигнал - разность прогноэируемого и измеренного значений упомянутого параметра, формируют также сигнал а допустимого отклонения, пропорцнональ ный произведению выпрямленных значений скорости изменения параметра, формируемого регулятором, и дополнительного сигнала и изменяют уставки динамических параметров регулятора по пропорционально-интегральному закону, используя в качестве входногс сигнал, пропорциональный произведению значений дополнительного сигнала на скорость изменения формируемого регулятором параметра, а сигнал допустимого отклонения используют для смещения угла интегрирования.1Изобретение относится к автоматическому управлению электроэнергетическими агрегатами, в частности к автоматическому регулированию частоты последних, при резких изменениях характеристик нагрузки, например. при выделении агрегата из энергосис" темы в случае аварии и работе на изо" лированный район, при сбросе нагрузки и т п,Известны способы автоматической коррекции уставок регуляторов частоты при изменении характеристик нагрузки. Простейший из них заключается в автоматическом изменении уставок динамических параметров регуляторов при переходе агрегата от режима холостого хода к режиму работы на энергосистему, Согласно этому способу уставки переключаются при включении и отключении выключателя генератора сигналом, Формируемым блок-контак- том выключателя 1 ) и Г .Недостаток указанного способа заключается в том, что уставки выбираются, исходя из обычной схемы включения генератора в сеть, и при нестандартном включении могут привести к нарушению устойчивости, например при выделении агрегата на изолированный район в результате аварии передачи. При этом действия персонала по ручному изменению уставок могут ока" заться неправильными, так как характеристики нагрузки энергорайона и величины возмущений в нем, как пра" вило, неизвестны. Известны также способы, основанные на выявлении режима автоколебаний и на программном изменении уставок динамических параметров регулятора частоты для демпфирования колебаний. фирмой Вудворд режим автоколебаний выявляется по движению регулирующего органа путем формирования верхнего и нижнего пределов допустимых откло" нений и регистрации ситуаций последовательных отклонений выходной координаты за зону допустимых отклонений, Если интервал времени между двумя последовательными, противоположными по знаку, такими отклонениями меньше, , чем некоторый заранее заданный (10- 100 с), то такое поведение системы классифицируется каК автоколебательное и формируется сигнал переключения уставок динамических параметров на определенное время (2-10 мин). а за 035769 3тем уставки возвращаются в исходноеположение 3 .Однако быстрое переключение уставок (через 10-100 с) может быть лож 5 ным, так как в аварийной ситуации может произойти несколько системных переключений подряд, вызывающих большиевозмущения, и коррекция характеристикрегулятора может быть неверной, что10 приводит к ухудшению свойств системыуправления в целом,Кроме того, не определяется направление изменения характеристик регулятора и нет гарантии 1 что система15 после переключения будет устойчива.Наиболее близким к изобретениюявляется способ коррекции характеристик регулятора частоты электроэнергетического агрегата по колебаниям20 контролируемого параметра (частоты),в котором также формируются два предела допустимых отклонений (верхний инижний), регулируются последовательные выходы контролируемого параметра25 за пределы упомянутой эоны и осуществляется счет числа колебаний за контрольное время, а при превышении числаколебаний установленного уровня осуществляется изменение динамическихпараметров регулятора Й Д,Недостатки способасне определяетсянаправление изменения характеристикрегулятора, что не гарантярует устойчивости во .всех возможных ситуациях,например, при выделении на потребитеЗ 5 ля с отрицательным самовыравниванием;допускаются автоколебания регулирующего органа произвольной амплитуды,что может привести к израсходованиюЗапаса рабочей жидкости для силовой40 следящеи системы (в случае гидрогенератора) и отключению генератора отсети.Таким образом, ни аналоги, ни прототип не обеспечивают надежного иправильного воздействия на изменениехарактеристик регулятора при действиивозмущений с одновременным изменениемсвойств нагрузки,Цель изобретения - повышение на 50дежности Функционирования.Указанная цель достигается тем,что согласно способу автоматическойкоррекции характеристик регуляторачастоты электроэнергетического агре 55 гата, основанному на изменении уставок динамических параметров регулятора измеряют электрическую активнуюмощность генератора, внешние и форми1035769. 3руемые регулятором параметры, апре"деляющие энергетицескую характеристику двигателя, а также скорость изменения формируемого регулятором параметра, на основе энергетической ха-1 характеристики двигателя по измерейнымзначениям внешних параметров; ее определяющих, и электрической активноймощности, прогнозируют значение формируемого регулятором параметра, при щкотором будет достигнут баланс мощ.ностей двигателя и генератора, формируют дополнительный сигнал - разностьпрогнозируемого и измеренного значений упомянутого параметра, формируюттакже сигнал допустимого отклонения,пропорциойальный произведению выпрямленных знацений сигналов дополнительного и скорости изменения параметраформируемого регулятором, уставки ди- щнамических параметров. регулятора изменяют по пропорционально-интегральномузакону, используя в качестве входногосигнала произведение сигналов дополнительного и скорости изменения, па- драметра формируемого регулятором,а сигнал допустимого отклонения исполь.. зуют для смещения нуля, интегрирования.При описании способа использованыобозначения:Й - электрическая активная мощность генератора;И - мощность, развиваемая двигателем;ПП -, внешние параметры 1 определяющие режим двигателя;ь - положение регулирующего органа;0 - выходной сигнал регулятора;Г - сигнал частоты вращения;ф уставки динамических пара О,метров.Все обозначенные величины технически несложно преобразуются с помощью различных измерительных преобразователей в. электрические. сигналы,пропорциональные их значениям в данный момент времени,Если на систему регулированиядействует возмущение со стороны нагрузки, т.е. изменяется Й д то первооцередной задачей управления является наискорейвее достижение балансамежду Иэи И з чтобы. предотвратитьразгон ротора, так как,55АФ1 - - Ид- Иы йгде ш - угловая скорость;Э - момент инерции ротора; дч скорость изменения кинети"ш д. цеской энергии ротора,"ри "дз Иэл О : О и, следнадшФС едовательно,31: Очто свидетель"вствует о компенсации действующеговозмущения и переходе системы в режим стабилизации.Первой операцией способа, еслисчитать необходимые величины измеренными, является прогнозированиеожйдаемого равновесного значения параметра формируемого регулятором посигналам электрической активной мощ"ности генератора.внешним параметрами энергетической характеристике дви"гателя. Результат прогноза показываетпри каком значении параметра, определяющего режим двигателя и формируемого регулятором, например; положении регулирующего органа или напряжений электронного блока, будет достигнут баланс мощностей, отдаваемойгенератором в сеть и развиваемойдвигателем. Иными словами непрерывноформируется сигнал, который указываетпри каком значении выходного сигналабудет достигнуто равновесие, Этотсигнал мажет быть сформирован с по"мощью нелинейного функциональногопреобразователя на основе экспериментально снятой характеристики1 1дв 1 П 2) илиИлВ П 1 ")Вторая операция способа - формирование дополнительного сигналаразности между прогнозируемым и измеренным значениями формируемого регу"лятарам параметра. Дополнительныйсигнал характеризует величину действующего на систему возмущения или величину отклонения ее от положения равновесия.Третья операция способа - формирование сигнала допустимого отклонения ,равного произведению выпрямленных значений сигналов дополнительнога и скорости изменения параметра,формируемого регулятором и определяющего режим двигателя, Этот сигнал " количественная оценка амплитуды колебаний системы вокруг положения равновесия.Четвертая операция способа - формирование входного сигнала для про1035769 5порционально" интегрального законаизменения уставок регулятора, которыйопределяется как произведение дополни"тельного сигнала на сигнал скоростиизменения параметра, формируемого регулятором и определяющего режим деи"гателя,Например, если дополнительный сигнал положителен, то регулятор долженувеличивать свой выходной сигнал, 10цтобы достигнуть равновесия системы,если, кроме того, скорость изменениявыходного сигнала также положительна,то можно изменять уставки на увеличение быстродействия, в этом случае 5знак произведения положителен.Так как в положении равновесия ре .гулвтора .величина входного сигналадля ПИ - закона изменения уставокравна нулю, то устаеки определяются 20интегрированным выходным сигналом.Смысл формирования сигнала допустимого отклонения и использование егое качестве смещающего нуль при интег."рировании становится очевидным при 25рассмотрении режима автоколебаний всистеме. В этом случае дополнительныйсигнал и сигнал скорости измененияпараметра, формируемого регулятором,.синусоиды, сдвинутые по фазе, и опе- З 0рация интегрирования дает в этом случае постоянный результат, если рассматриваемые синусоиды сдвинуты поФазе на 90, что эквивалентно автоколебательной настройке регулятора.Использование е качестве смещающего нуль интегрирования сигнала, пропорционального произведению амплитудсигнала допустимого отклонения и ско.рости изменения параметра, формируемогорегулятором, гарантирует настройку сзаранее заданным запасом по фазе вконтуре главной обратной связи, чтоговорит о постоянстве показателейустойчивости системыВ некоторых случаях первая операция способа может быть несколько видоизмененной: вместо прогнозированияравновесного положения регулирующихорганов, можно поогнозировать мощность, которая будет развита двигате"лем в статике при данном положениирегулирующих органов по характеристике1 щ 8( ыП т П 2) , 55нф (В П П2)Предлагаемый способ может бытьреализован применительно к регулято" рам частоты вращения гидроагрегата. В качестве параметра, определяющего режим гидротурбины и формируемого регулятором, возьмем положение главного сервомотора. А о скорости изменения этого параметра можно судить по смещению главного золотника от положения равновесия. Эти сигналы используются в современных системых управления,Для стабилизации указанных систем широко используется гибкая обратная (изодромная) связь, которая выполня" ется, например, ввиде инерционной связи по скорости перемещения главного сервомотора.На фиг.1 представлена структурнаясхема изодромного регулятора, характеристики которого корректируются уст.ройством, реализующим предлагаемыйспособ; на фиг.2 - энергетическаяхарактеристика гидроагрегата,устройство содержит иммитатор(нелинейный функциональный преобразо-.ватель) 1, блок вычитания (субстрактор) 2, выпрямители 3 и ч, блоки. умноженияи б, пропорциональный элемент 7, интегратор 8, сумматор 9,электромеханический элемент 10, управляющий изменением уставок, измеритель частоты вращения 11, элементрассогласования 12, пропорциональноезвено 13 гибкой образиной связи, электрогидраелический преобразователь 1 ч,инерционное звено 15 гибкой обратнойсвязи, звено 1 б формирования статической характеристики регулятора,главный золотник 17, датчик 18 положения главного золотника, главный сервомотор 19, датчик 20 положенияглавного сервомотора, гидроагрегат 21,измеритель 22 мощности, датчик 23 напора ГЭС. Для прогнозирования значения параметра, формируемого регулятором, необходимо располагать энергетической характеристикой агрегата, т.е. статической зависимостью мощности, развиваемой двигателем от положения регулирующего органа и напора для случая примера реализации, Такая характеристика для гидроагрегата известна по результатам натурных или модельных испытаний (фиг.2). Прогнозирование заключается в нахождении того значения положения регулирующего органа ф рри котором двигатель разовьет мощность,равную мгновенному значению электри5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 7 10 ческой мощности генератора. Фактически надо определить значения Функции цц,одо заданным значениям переменных, от которых она зависит: электри- ческой активной мощности генератора и действующего на рабочее колесо напою Н )Указанную задачу можно решить с ,помощью нелинейных Функциональных преобразователей, достаточно широко применяемых в аналоговых устройствах . различного назначения.Устройство работает следующим образом.При изменении сигнала, например увеличении электрической активной мощности М , который формируется измерительным преобразователем 22 мощ" ности, в первый момент времени сервомотор 19 регулятора неподвижен. Иммитатор 1 формирует сигнал, который дает значение сигнала, пропорционального положению главного сервомотора, необходимое для достижения равновесия при измеренной мощности и напоре (сигнал датчика 23) этОт сигнал больше сигнала датчика 20 положения, т.е. дополнительный сигнал, снимаемый с блока 2 вычитания, положителен. Падение частоты вращения вызывает смещение главного золотника 17 в поло" жительном направлении, т.е, на движение сервомотора вверх. Произведение сигнала датчика положения главного золотника (сигнал датчика 18) и дополнительного сигнала положительно, что приводит к формированию пропорциональным каналом (пропорциональный элемент 7, сумматор 9, элемент 10, звено 13, звено 15) сигнала к уменьшению интенсивности стабилизирующего воздействия и ускорению компенсации возмущ",ния, В момент времени, когда дополнительный сигнал становится рав.ным нулю, уставки возвращаются в ис,ходног положение, и при дальнейшем движении регулятора наблюдается процесс увеличения интенсивности воздействия в цепи стабилизирующей обратной связи (звенья 13 и 15), что приводит 35769 8 к быстрому торможению движения главного сервомотора 19. Таким образом, воздействие, пропорциональное произведению сигнала отклонения главного золотника и дополнительного сигнала, способствует удержанию регулирующегооргана в окрестности положению равновесия, т,е. не позволяет развитьсяавтоколебаниям, Так как само это про"изведение при малых колебаниях вели"чина второго порядка малости, тоокончательная установка уставок осуществляется на малых колебаниях интегрирующим каналом (выпрямитеЛи 3и 4, блок умножения 6, интегратор 8,сумматор 9, элемент 10), который начастоте собственнцх колебаний систе-,мы устанавливает определенный сдвигпо Фазе в разомкнутом контуре, чемобеспечивает заранее заданный коэф"Фициент затухания колебаний. При реализации предлагаемого способа для других систем регулирования частоты в его состав могут дополни" тельно включаться: Фильтры высокой и низкой частоты, блоки формирования знаковых функции для повышения эф" фективности пропорционального сигнала, дифференциаторы, выполняющие функции измерителей скорости, несколько исполнительных устройств для изменения различных уставок и специальные цепи, вводимые в прямой тракт регулятора для возможности реализации способа, например связка компаратор - интегратор, охваченные отрицательной обратной связью. Технико-экономические преймущест" ва способа по сравнению с известными заключаются, прежде всего, в непреры" вном контроле за переходным процес" сом, причем пропорциональный сигнал ПИ - закона управления уставками осуществляет быстрое изменение свойств регулятора в течение самого переходного процесса, а неинтегрированный сигнал обеспечивает окончательный выбор уставок для установившегося режима., 10357691035769 Составитель К.фотактор М.Келемеш Техред В.Далекорейе а е аЮ ФФ аьа еа е а орректор; М. Демем в т т т Ев в 4 В Е Е Ев Е Заказ 5852/58 Тираж 68 ВВНИИПИ Государстве до делам изобрет 313035, Москва, Ж/5 иал ППП "Патент". г, Ужгород, ул. Проект Уу йно Подписно комитета ССС открытий ская наб., д