Устройство для моделирования синхронного генератора

СОВЕТ СНИЛИСТИЧЕСНБЛИН А СОЦИАРЕС х З(5 В С 06 ОПИС ИЕ ИЗОБРЕТУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКОМ(53) 681. 333 (088. 8)ши (56) 1. Авторское свидетельство СССР вы В 805360, кл.с 06 С 7/62, 1979по (прототип) .с (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВА- до НИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Йо авт.св, к 9 805360, о т л и ч а ю щ е е с я и тем, что, с целью расширения функцио- в нальных возможностей устройства пу- л тем учета влияния аварийной разгруз- вы ки турбин на устойчивость энергосис- ро тем, в него дополнительно введены в источник ЭДС, дополнительный цифро- л аналоговый преобразователь, реверсив- тр ный счетчик, дешифратор, элементы со И, триггер, дополнительные ключи, ,те дополнительные усилители, дополнитель- хо ный суммирующий усилитель и задающие к потенциометры, причем выходы дополни- .Рых ключей подключены к первому . Вхдополнительного цифроаналогового Преобразователя, выход которого вх соединен с первым входом дополнитель- тр ногО суммирующего усилйтеля, выходкоторого подключен к дополнительному тр входу блока вычисления скольжения,выход источника ЭДС соединенс одним ю выводом первого эадакщего потенцио- и тельн входу ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ 61) 80536021) 3503460/18-2422) 14.10.8246) 23.01.84. Бюл. В 372) В.С,Бочаров71) Ордена Октябрьской Революциисесоюзный государственный проектнозыскательский и научно-исследоваельский институт 1 Энергосетьпроктф метра, другой вывод которого подклю-. чен к шине нулевого потенциала, средний вывод .первого задающего потенциометра соединен.с входом первого дополнительного усилителя, выход которого подключен к второму входу дополнительного суммирующего усилителя н к одним выводам второго и третьего задающих потенциометров, другие выводы которых соединены с ной нулевого потенциала, средние вбды второго и третьего задающих тенциометров подключены соответ-твенно к входам второго и третьегополнительных усилителей, выходы оторых соединены соответственно с нформационными входами первого и Е торого дополнительных ключей,управ яющие .входы которых: подключены к ходам триггера, первый вход котого объединен с первым входом реерсивного счетчика и является управяющим входом устройства, выход етьего дополнительного усилителя 1 единен а третьим входом дополнильного суммирующего усилителя, вы" д реверсивного счетчика подключен второму входу дополнительного цифоаналогового: преобразователя и к оду дешифратора, выходы которого ответственно соединены с первыми одами элементов И и вторым входом иггера, выходы элементов И подклюны соответственно к второму и етьему входам реверсивногосчетка, вторые входы элементов И являтся соответственно первым и вторым нформационными входами устройства.Изобретение относится к моделированию электрических систем и можетбыть использовано в специализированных аналоговых и цифроаналоговыхсистемах для расчета установившихсяи переходных режимов.5По основному авт. св. 9 805360известно устройство для моделирования синхронного генератора, содержащее генератор импульсов, выходкоторого подключен к первому входу 10сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом блока вычисления скольжения, второй выходкоторого является выходом устройстваи через усилитель подключен к первым входам амплитудных модуляторов,выходы которых через фильтры соединены с входами блока вычисленияпотокосцеплений,широтно-,импульсныемодуляторы, выходы которых подключены к вторым входам амплитудных модуляторов, суммирующий усилительмощности, Формирователи импульсов,цифроаналоговые преобразователи иделитель частоты, вход которого соединен с выходом сумматора, прямойи инверсный выходы первой группы выходов делителя частоты через Формирователи импульсов подключены к входам широтно-импульсных модуляторов,прямой и инверсный выходы второйгруппы выходов делителя частоты соединены с первыми входами цифроаналоговых преобразователей, вторыевходы которых подключены к выходамблока вычисления потокосцеплений,выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с входами суммирующего усилителя мощности, выход которого подключен к входу блока вычисления скольжения Г 11. 40Однако известное устройство непозволяет учитывать влияние аварийной разгрузки турбин на устойчивостьэнергосистем.45Целью изобретения является расширение Функциональных возможностейустройства путем учета влияния ава- .рийной разгрузки турбин на устойчивость энергосистем. 50Указанная цель достигается тем,что в устройстве для моделированиясинхронного генератора дополнительновведены источник ЭДС, дополнительныйцифроаналоговый преобразователь,реверсивный счетчик, дешифратор,элементы И, триггер, дополнительныеключи, дополнительные усилители,дополнительный суммирующий усилительи задающие потенциометры, причем 50выходы дополнительных ключей подключены к первому входу дополнительноГо цифроаналогового преобразователя,выход которого соединен с первым входом дополнительного суммирующего усилителя, выход которого подключен идополнительному входу блока вычисления скольжения, выход источника ЭДСсоединен с одним выводом первогозадающего потенциометра, другой вывод которого подключен к шине, иулевого потенциала, средний вывод первогозадающего потенциометра соединен свходом первого дополнительного усилителя, выход которого подключен квторому входу дополнительного, суммирующего усилителя и к одним выводам второго и третьего задающих,пдтенциометров, другие выводы кото"рых соединены с шиной нулевого потенциала, средние выводы второго итретьего задающих потенцнометровподключены соответственно к входамвторого и третьего дополнительныхусилителей, выходы которых соединены соответственно с информационнымивходами первого и второго дополнительных ключей, управляющие входы.которых подключены к выходам триггера, первый вход которого обьединенс первым входом. реверсивного счетчика и является управляющим входомустройства; выход третьего дополнительного усилителя соединен стретьим входом дополнительного суммирующего усилителя, выход реверсивного счетчика подключен к второму входу дополнительного цифроаналогового преобразователя и к входудеширатора, выходы которого соответственно соединены с первыми входамиэлементов И и вторым входом триггера, выхдды элементов И подключенысоответственно к второму и третьемувходам реверсивного счетчика, вторыевходы элементов И являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства.На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для моделирования синхронного генератора; нафиг. 2 - возможные варианты характеристик аварийной разгрузки турбины,получаемые с помощью предлагаемогоустройства,Устройство содержит генератор 1 импульсов стабильной частоты, сумматор 2 частот, делитель 3 частоты, формирователи 4 и 5 импульсов, широт но"импульсные модуляторы 6 и 7,амплитудные модуляторы 8 и 9, фильтры 10 и 11, блок 12 вычисления потокосцеплений, цифроаналоговые преобразователи. 13 и 14, суммирующий усилитель 15 мощности, блок 16 вычисления скольжения и напряжения электрической машины., усилители 17-22,преобраэователь 23 мощности, трансформатор 24, резисторы 25-39, конденсаторы 40-43, катушку 44 индуктивности, ключ 45, блок 46 управления, дополнительные усилители 47-49, до60ь 5 полнительный суммирующий усилитель50, дополнительный цифроаналоговыйпреобразователь 51, реверсивныйсчетчик 52, дешифратор 53,элементыИ 54 и 55, триггер 56, дополнительные ключи 57 и 58, задающие потенциометры 59, 60 и 61, источникЭДС 62.Формирователи 4 и 5 служат дляпреобразования однополярных прямоугольных импульсов, поступающихс делителя 3 частоты, в двухполярные, причем амплитуда положительных и. отрицательных импульсов задается равной и неизменной..В широтно-импульсных модуляторах6 и 7 используется принцип модуляциивходным напряжением ширины импульсов.Амплитудные модуляторы 8 и 9 представляют собой электронные ключи для коммутации аналоговых сигналов,Фильтры 10 и 11 служат для выделения постоянной составляющей сигнала.Блок 12 вычисления потокосцеплений выполнен в виде схемы замещенияконтуров. моделируемой электрической машины на резисторах-и конденсаторах и содержит операционные усили.тели 20-22, резисторы 26 - 27, конденсаторы 41-43. При моделированиисинхронной электрической машины через резистор 36 на вход усилителя20 подключется источник напряжения,величина которого пропорциональнанапряжению 0 обмотки ротора. С помощью одинаковых резисторов 35 и 36устанавливается величина, пропорциональная активному сопротивлению обмотки ротора. С помощью усилителя20 его входных резисторов и элементов обратной связи вычисляется величина потокосцепления ротора Ч Резисторы 26-29 и конденсатор 42 образуют схему замещения электрической машины по продольной (с) оси ротора, а резисторы .31-33 и конденсатор 43 - по поперечной (с) .оси ротора, причем величина индуктивного споротивления рассеяния статорах устанавливается резисторами 27 и31, величина индуктивного сопротивления рассеяния ротора - резисторами 28 и 33, величина индуктивного сопротивления рассеяния успокоительных контуров по продольной оси резистором 26, по поперечной оси резистором 32. Активное сопротивление успокоительных контуров учитывается с помощью конденсаторов 42 и43. Равенство по величине резисторов 29 и 30, а также 33 и 34 обеспечивает работу усилителей 21 и 22 в режиме инверторов, на выходах которых напряжения соответствуют потенциаламв средней точке схем замещения по продольной и поперечной осяи ротора. Величины резисторов 29 и 33 соответственно пропорциональны сопротивлению взаимоиндукции обмоток статораи ротора по продольной и поперечной осям. Если на резисторы 27 и 31 поступают напряжения, пропорциональные соответственно проекциям напряжения статора электрической машины напоперечную и продольную оси ротора,тона выходах усилителей 21 и 22 вычис О ляются напряжения, пропорциональныепотокосцеплению в воздушном зазоремежду статором и ротором вдоль продольной и поперечной оси ротора, поэтому блок 12 является блоком вычис ления потокосцеплений электрическоймашины.Блок 16 вычисления скольженияи напряжения электрической машинысодержит операционные усилители 18и 19, преобразователь 23 мощности,трансформатор, 24, резисторы 25, 38и 39, конденсатор 46, катушку 44индуктивности или ее эквивалентнуюсхему моделирования, ключ 45 и блок46 управления.Величина индуктивного споротивления катушки 44 выбирается пропорциональной величине сопротивления рассеяния обмотки статора. Усилитель 18,трансформатор 24 и резистор 26 служат для измерения выходного токаустройства, пропорционального токустатора электрической машины. Впре-образователе 23 мощности получаетсянапряжение, пропорциональное электромагнитному моменту на валу машинй, причем через резистор 39 на входусилителя 19 подается напряжение,.пропорциональное механическому моменту на валу. В зависимости от знака 40 последнего напряжения электрическаямашина работает в режиме генератораили двигателя. На выходе усилителя19 вычисляется величина, пропорцио.нальная скольжению электрической 45 машины. С помощью ключа 45 и блока46 управления с опорным напряжениемО по одному из его входов на выходеусилителя 19 получают импульсы, частота следования которых пропорциональнавеличине скольжения. На втором выходеблока 16, подключенного к входу усилителя 17, вычисляется напряжение О,пропорциональное напряжению статораэлектрической машины.С помощью потенциометров 59, 60й 61 задаются соответственно значения коэффициента загрузки агрегата .К , мощности разгрузки Р р и нагрузки Ртурбины. Усилители 47-48 служат для развяз ки цепей и имеют единичный коэффициент передачи. Ключи 57 и 58 совместно с цифроаналоговым преобразователем 51, реверсивным счетчиком 52, дешифратором 53, элементами И 54и 55 и триггером 56 предназначеныдля формирования требуемого законаизменения мошности турбины. На выходе усилителя 50, являющегося суммирующим усилителем, воспроизводитсянапряжение, пропорциональное механическому моменту на валу агрегата.Устройство работает следующим образом.Прямоугольные импульсы со стабиль.ной частотой 2, (например, 5,096 МГц) 10от генератора 1 импульсов стабильнойчастоты поступают на вход сумматора2 частот, на другой вход которогопоступают импульсы от блока вычисления скольжения и напряжения генератора, которые управляют коэффициентом пересчета двоичного счетчика,.входящего в состав сумматора 2 частот. При отсутствии импульсов отблоКа 16 коэффициент пересчета этого 2 Осчетчикапостоянен. Например, еслиего величина равна 32, то на выходесумматора частот частота импульсовравна 128 кГц. Эти импульсы поступа,ют на вход шестиразрядного реверсив .ного счетчика делителя 3 частоты, свыходов которого производится управление электронными ключами в цифроаналоговых преобразователях 13 и 14,а также на вход восьмиразрядногосчетчика, выходы которого через формирователи 4 и 5 подключены к широтно-импульсным модуляторам 6 и 7. Навходах последних действуют прямоугольные двухполярные импульсы с основной частотой модели (например, 50 Гц) . Эти импульсы, стабилизированные по амплитуде и взаимно сдвинутые на 90, управляют скважностью выходных импульсов широтно-импульсных модуляторов 6 и 7, поступаюших на.амплитуд 40 ные модуляторы 8 и 9.С помощью амплитудных модуляторов 9 и 8 производится проектированиевыходного напряжения устройства на условные продольную (с и поперечную 45 (С) оси ротора. На выходах фильтров 10 и 11 выделяются постоянные напряжения, соответствующие проекциям напряжения статора на продольную и поперечную оси ротора. Эти напряже О ния поступают в блок 12 вычисления потокосцепления,где с учетом напряже. ния обмотки возбуждения синхронного ;генератора Оу производится вычисление напряжений, соответствующих проекциям 55 потокосцеплений воздушного зазора на продольную и поперечную оси ротора. В цифроаналоговых; преобразователях 13 и 14 производится преобразование этих напряжений .в ступенчатые двух- полярные напряжения, форма которых . близка к синусоидальной. Синусоида Формируется из элементарных участков. Длительность каждого иэ участков задается частоТой У, поступающей на вход шестираэрядного двоичного 65 реверсивного счетчика, входящего всостав делителя 3 частоты. Например,при , 128 кГц число участков 2561 гФпричем на участке от 0 - счетчикработает на суммирование импульсовдо заполнения, а затем происходитреверс. На участке отдо 3 счетчикработает на вычитание, и в моментдостижения им нулевого состоянияпроизводится переключение знака напряжения на аналоговом входе цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 на обратный, осуществляется реверс счет чика на суммйрование импульсов, причем процесс формирования синусоиды повторяется уже для отрицательной ее полуволны. С выходов цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 взаимно сдвинутые по фазе на 90 (синусоидальные), напряжения поступают на суммирующий усилитель 15 мощности, где производится их сложение и усиление по мощности. На выходе суммирующего усилителя 15 мощности получается синусоидальное напряжение, соответствующее ЭДС Ер электрической машины за сопротивлением рассеяниястаторных обмоток.При воспроизведении возмущений по внешней сети (включение и отключение нагрузок, короткие замыкания и т.д.) величина напряжения О и его фаза на выходе устройства изменяются. Вследствие этого происходит изменение величины скольжения, получаемого в блоке 16 вычисления скольжения и напряжения электрической машины, и изменение частоты импульсов на выходе этого блока. На выходе сумматора 2 частот и делителя 3 частоты частота импульсов также изменяется. Напряжения, соответствующие пГоекциям потокосцеплений воздушного зазора на пГодольную и поперечную оси ротора, получаемые в бло" ке 12 вычисления потокосцеплений, изменяются. Амплитуда и фаза синусоидальных напряжений на выходах цифроаналоговых преобразователей 13.и 14 также меняются, что приводит к изменению амплитуды и фазы напряжения Е на выходе суммирующего усилителя 15 мощности, соответствующего ЭДС машины за сопротивлением рассеяния обмотки статора. Величина тока, выдаваемого устройством во внешнюю сеть, изменяется, что опять приводит к изменению скольжения. Величина скольжения, пропорциональная абсолютной скорости ротора машины, после ряда качаний возвращается к нулевому значению, что соответствует сохра нению устойчивости, либо увеличивается до ограничения, что свидетельствует о неустойчивости переходного режима и воэможности возникновения аварии после данного возмущения,При решении задач, связанных с повышением устойчивости энергосистем и надежности их работы за счет использования мероприятий по аварийной разгрузке турбин, необходимо обеспечить изменению напряжения, соответствующего. механическому моменту Мне, по вполне определенному закону.По условиям статической устойчивости после аварийного режима требуется разгрузка турбины на длительное время (фиг. 2, характеристика 1), а для динамической - кратковременная, импульсная (характеристика 2) . Оба вида разгрузки могут исполь зоваться одновременно (характеристики 3 и 4) .Исходное значение Мц (Р Д задается спомощью потенциометра 59. При этом реверсивный счетчик 52 и триг гер 56 находятся в единичном состоя-. нии. Ключ 5 открыт, а 57 закрыт. Напряжения с выхода цифроаналогового преобразОвателя 51 и усилителя 49 равны по величине, но противопо )ложнь 1, по знаку, поэтому на выходе суммирующего усилителя 50 присутствует только напряжение, соответствующее исходной мощностй турбины РПо команде начала. аварийной раз- Зо грузки турбины от внешнего источника на вход вычитания реверсивного счетчика 52 через элемент И 55 начинают поступать импульсы, частота которых определяется требуемой скоростью разгрузки турбины.Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 51 уменьшается в соответствии с изменением двоичного кода на выходе реверсивного счетчика 52, Когда последний доходит 40 до нулевого состояния, напряжение на выходе цифроаналогового преобра.зователя 51 становится равным нулю, а на выходе суммирующего усилителя 50 оно соответствует значению дьгр., 45 где Рра - требуемое значение мощнос: ти разгрузки турбины, которое задается с помощью потенциометра 60 перед началом работы аварийной раз- грузки турбины.С дешифратора 53 сигнал, соответ-ствующий нулевому состоянию реверсивного счетчика 52,. запирает элемент И 55.и устанавливает триггер 56 в нулевое состояние. Ключ 58 закрывается, а ключ 57 открываетсяПри подаче импульсов на вход элемента И 54 реверсивный счетчик 52 производит их суммирование. Напряжение на выходе цифроанапогового;преобрзаователя 51 изменяется от нуля до некоторой величины, соответствующей мощности нагрузки турбины в послеаварийном режиме. При этом реверсивный счетчик 52 заполняется до единичного состояния, и через дешифратор 53 элемент И 54 закрыва" ется.В этом состоянии устройство находится до окончания расчета.Скорость нагрузки турбины определяется частотой импульсов, поступаю" щих от внешнего источника (не показан) на вход элемента И 54.Перед началом следующего расчета с учетом аварийной разгрузки турбины, триггер 56 должен быть установлен в единичное состояние сигналом по шине управления. Использование изобретения расширяет функциональные воэможности устройства путем исследования устойчивости энергосистем по дополнительному параметру, а именно по аварийной разгрузке турбин. Более полное исследование энергосистемы позволяет в ряде случаев отказаться от таких дорогостоящих мероприятий, как электричес- кое торможение путем включения нагрузочных активных сопротивлений или отключение генераторов.1068952 р ф/ фи Составитель И.Дубининактор И.Николайчуктехред С.Легеза Корректор И.Мус нтф филиал ППП г, Ужгород, ул, Проектная аказ 11473/45 Тираж 703 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 113035, Москва, У:-35, Ра