Способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХОР,ИВОй,йкшпРЕС 1 ЪБЛИН щ 1 Н 02 6 НИЕ ЗОБРЕТЕНИЯ ВЬ 4 асН АВТОР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫ(53) 621.313.025.072.86(088.8) (56) 1. Алексеев А.П. и др. Дизельные и карбюраторные электроагрегаты и станции . Справочник. М., "Машиностроение", 1923, с. 157-158, рис. 33.2. Константинов В.Н. Синхронизация судовых синхронных генераторов. "Судостроение", 1965, с. 236-242.3. Электротехническая промышленность. Сер. 1 Тяговое и подъемно- транспортное электрооборудование". М., вып. 2 (28), 1974, с. 5-6,(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ НАГРУЗКОЙ СИНХРОННО- .ГО ГЕНЕРАТОРА ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ С СЕТЬВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью путем измеренияпараметров генератора, характеризующих его реактивную и активнуюнагрузки, изменения тока возбуждениягенератора и вращающего моментаприводного двигателя в зависимостиот разности между каждой задающейвеличиной и соответствующим измеренным параметром, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышениякачества испытаний синхронного генератора при использовании сети с изменяющимся напряжением в качествекомплексной нагрузки путем увеличения числа стабилизируемых параметров,измеряют реактивную и активную составляющие тока нагрузки генератораи в качестве указанных параметровиспользуют напряжения, пропорциональные соответственно реактивнойи активной составляющим тока нагрузки генератора, измеряют напряжениесети и 4 юрмируют опорное напряжение,в качестве каждой задающей величиныиспользуют разность между опорными измеренным напряжением, при этомкаждое опорное напряжение выбираютпо величине в два раза больше номинального напряжения сети. 2. Устройство для автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при,параллель.. ной работе с сетью, содержащее два контура управления соответственно током возбуждения генератора ивращающим моментом приводного двигателя каждый иэ которых состоит из источника опорного напряжения постоянного тока, измерителя параметра, пропорционального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра, вход которого подключен к разнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и указанного измерителя параметра, блок управления серводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены .к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерителя параметра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,25 30 35 с целью расширения его функциональныхвозможностей и повышения качества испытаний синхронного генератора прииспользовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной на"груэки путем увеличения числа стабилизируемых параметров, в каждый контурвведен преобразователь переменноготока в постоянный, включенный нанапряжение сети, напряжение источника опорного напряжения выбрано повеличине в два раза больше выходногонапряжения укаэанного преобразовате" Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для использования промышленной сети со статическими характеристиками (с из меняющимися напряжением и частотой) в качестве стабильной комплексной нагрузки при испытаниях синхронных генераторов, например, в составе передвижных электроагрегатов, а также для построения устройства распределения нагрузок при параллельной работе электроагрегатов друг с другом,Известен способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллель. ной работе, в частности с сетью, согласно которому вращающий момент первичного двигателя меняется в зависимости от сигнала рассогласова" ния между заданной величиной и выходом датчика активного тока генератора, ток возбуждения - между заданной величиной и суммой сигналов, пропор" циональных напряжению сети и выходному сигналу датчика реактивного тока, Известны и устройства для реализации этого способа 1 и ",2 В результате использования известного способа и устройства активная составляющая тока генератора Э стабилизируется на заданном уровне, а реактивная составляющая тока Эр при изменении напряжения в сети из-. меняется в соответствии со стати ческой характеристикой генератора - увеличивается при снижении напряжения в сети и уменьшается при увеля при номинальном напряжении сети,при этом первый совпадающий по полярности в точке подключения выходнойзажим преобразователя подключен квторому выходному зажиму источникаопорного напряжения, второй выходнойзажим преобразователя подключенк общей точке соединения потенциометра и соответствующего измерителя, а в качестве последнихиспользованы датчики соответственно реактивного и активного токов. личении напряжения. При этом приращение реактивного тока обратно пропорционально коэффициенту статизма характеристики генератора и при номинальном значении статизма 37. изменению напряжения сети на +13, О соответствует изменению реактивного тока на +337,Из-за изменения реактквной составляющей тока генератора при колебаниях напряжения в сети будут изменяться полный ток генератора 3 коэффициент вырабатываемой мощности соьЧ, реактивная Я и полная Б мощности, Все это может быть причиной значительной перегрузки генератора, поэтому при длительной ра" боте генератора на сеть его загружают на 60-903 по току и мощности 20 и устанавливают увеличенный статизм характеристик генератора, который больше или равен 57 Наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления комплексной нагрузкой син. хронного генератора при параллельной работе с сетью путем измерения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращающего момента приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задающей величиной и соответствующим параметром 3 3.Наиболее близким к изобретению является устройство для автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью, содержащее два контура для управления соот"ветственно током возбуждения генератора и вращающим моментом приводного двигателя, каждый из которыхсостоит из источника опорного напржения постоянного тока, измерителяпараметра, пропорционального соответственно реактивной и активнойнагрузкам генератора, потенциометра,вход которого подключен к раэнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и измерителя параметра, блок управлениясерводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающегомомента, входные зажимы которогоподключены к движку потенциометра 20и второму выходному зажиму измерителя параметра 13.Недостатки известного способазаключаются в том, что при работена сеть задающие величины определяются соответствующими опорными напряжениями. В качестве параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, используются соответственно ОсозЧпроизведение 30ОсоМ(или О 1 л) и Э, где О - напряжение сети; Э - полный ток генератора, Ч - угол сдвига между векторамн напряжения и тока в фазе.В результате стабилизируются величины и параметры нагрузки Э, О соэ Ур =в ОЭлибо 3 О 51 О 9 у Я 1 ъОЭр, где окоэффициент пропорциональности.Изменяются при изменении напряжения 40в сети такие параметры комплекснойнагрузки генератора: для первогослучая 51 6 соз Ч ; для второго случая 5 рсоз Ч.Следовательно, при изменении напряжения в сети для генератора, нагруженного на сеть и управляемогопо приведенному способу, из пятипараметров, характеризующих комплексную нагрузку, неизменными остаются 50только два: Э и О (или Р). Этонарушает нормальный режим испытания генераторов и заставляет испольэовать специальные нагрузочные устройства или работать на сеть черезгромоздкие потенциал-регуляторы.Кроме того, использование вконтурах управления параметров, пропорциональных Осоз Ч( Оз 1 ь Ч ), иэменяющихся при колебаниях напряженияи частоты в сети, приводит к тому,что при любом названном колебанииначинается регулирование сразу вобоих контурах, тогда как, в основном,должен включаться только один из них.При снижении частоты в сети увеличивается активный ток генератора,Реактивный ток остается без изменения. Поэтому должен работать серводвигатель только в контуре управления моментом двигателя. Однаковследствие увеличения полного токаувеличивается и созе в параметреОсозЧ . Начинает работать серводвигатель в контуре управления токомвозбуждения генератора сначала водну сторону, а потом, по мере восстановления полного тока - в другую.Подобный процесс будет и при от"клонении напряжения в сети. В этомслучае ложное рассогласование будетотрабатывать серводвигатель контурауправления моментом двигателя.Следовательно, время работы серводвигателей в обоих контурах управления одинаковое и будет определятьсявременем отработки соответствующеговозмущения на генератор со сторонысети, т.е. качество испытанийсинхронных генераторов при использовании сети с изменяющимся напряже.кием в качестве комплексной нагрузки будет невысоким,Устройство не может стабилизировать больше двух параметров; его использование при испытаниях синхронных генераторов не обеспечиваетвысокого качества испытаний.Цель изобретения - повышениекачества испытаний синхронного генератора при использовании сети с из-,меняющимся напряжением в качествекомплексной нагрузки путем увеличения числа стабилизнруемых параметров,а также расширение. функциональныхвозможностей.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора припараллельной работе с сетью путемизменения параметров генератора,характеризующих его реактивную иактивную нагрузки, изменения токавозбуждения генератора и вращающегомомента приводного двигателя в зависимости от разности между каждойзадающей величиной и соответствую11072 55 5щмм измеренным параметром, измеряют реактивную и активную составляющие тока нагрузки генератора и в качестве укаэанных параметров используют напряжения, пропорциональные соответственно реактивной и активной составляющим тока нагрузки генератора, измеряют напряжение сети и фор. мируют опорное напряжение, в качестве каждой задающей величины исполь. зуют разность между опорным и измеренным напряжением, при этом каждое опорное напряжение выбирают по величине в два раза больше номинального напряжения сети. 15В устройстве для автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью, содержащем два контура управления соответственно током возбуждения генератора н вращаю щим моментом приводного двигателя, каждый иэ которых состоит из источника опорного напряжения постоянного тока, измерителя параметра, пропорциод нального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра, вход которого подключен к раэнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и указанного измерителя параметра, блок управления серводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены35 к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерителя параметра, в каждый контур введен преобразователь переменного тока в постоянный, вклю ченный на напряжение сети, напряже 40 ние источника опорного напряжения вы брано по величине в два разе больше выходного напряжения указанного преобразователя при номинальном напряжении сети, при этом первый45 совпадающий по полярности в точке подключения выходной зажим преобразо вателя йодключен к второму выходному зажиму источника опорного напряжения, 1 второй выходной зажим преобразователя подключен к общей точке соедине"50 ния потенциометра и соответствующего измерителя, а в качестве последних использованы датчики соответственно реактивного и активного токов. В результате использования способа задающие веЛичины в контурах управления являются функциями на 16 апряжения сети (или генератора, еслипадением напряжения на кабеле илилинии, соединяющим генератор ссетью, можно пренебречь), а контурыуправления воспроизводят (управляютфактической загрузкой) как измене-ния задающих величин при отклоненияхнапряжения в сети, так и изменениесигналов обратных связей - приращениереактивного тока при колебаниях напряжения сети и приращения активноготока при колебаниях частоты в сети,При этом управление осуществляется так, что после его окончания угол9 имеет прежнее ."начение. Для получения этого активная и реактивнаясоставляющие тока генератора должны получить приращение одного знакаи в одной пропорции.Приращения токов имеется толькопри отклонении напряжения в сети.При отклонении частоты в сети контуруправления вращающим моментом двигателя восстанавливает прежнее значение активного тока, а крнтур управления возбуждением генератора вработу при этом не включается (невключается серводвигатель),Следовательно приращение напряжения в сети компенсируется обратнымприращением токов Э , 3 Р ., 3генератора. Зато основные четырепараметра комплексной нагрузки: Р,Я, 5 , соз Ч остаются (после окончания процесса стабилизации) неизменными на заданном уровне.Если напряжение сети изменяетсяпо закону Оф = 0(О= К 0,9-1,1,где 0- номинальное значение напряжения в сети, то из формул 5 =вО 3,5=тОС; О=М 03 Р, сОЭ М= Эс + ЗРследует, что для неизменности.:казанных величин закон изменения токов должен быть равен Э = 3"1 цЭф = - где знак % означаетР К фотносительное значение величины)(по аналогии с 0 ф).Заменим его на закон Х -К . Тогда - = Х-К, Х= - + К, Х 2, К = 1.1 1Г9 К Ф+ледовательно закон изменения 33 Э будет 2-К 5- рфК(2- К) = 2 К-К,р Э уПри изменении К в указанном диапазоне максимальная погрешность воспроизведения 5 и, Рф и Йф не превьппает 1 Е, что вполне приемлемо.соэМпосле окончания переходногопроцесса также принимает прежнее1107216 8, Получейные соотношения позволяютсинтезировать устройство для осуществления способа.Так как полный ток определяетсячерез составляющие Э и Эр , то 5следовательно в качестве сйгналовобратных связей нужно взять сигналы пропорциональные Э и 3 Р.Тогда по окончании переходныхпроцессов в контурах управления долж ны выполняться равенства Э 0, = ЗР =2 -К.Переходя от относительных значений к абсолютным значениям напряжений, образующих сигналы рассогласо ваний в контурах управления, получаемаи: р,. (и,- сали,)-игде дО, - сигнал рассогласования вконтуре;величина загрузки активнойили реактивной мощностями,Оо - задающее опорное напряжение;Ы Ос - напряжение, пропорциональное напряжению сети; 25О- напряжение выхода датчикаактивного или реактивноготоков.При этом О= 2 сО , т,е. в двасн фраза больпе сигнала пропорциональУ 30ного номинальному напряжению сети.По другому осуществляется и процесс стабилизации нагрузки при отклонении напряжения в сети. В этомслучае в контуре управления возбуждением величина сигнала рассогласо 35вания дО, обусловлена изменениемдвух составляющих ссОс и О 3При этом составляющая ссО изменясется незначительно (максимум на 107),а составляющая О - значительно40Р(максимум в 2-4 раза в аависимостиот величины статнзма характеристикигенератора).Поэтому Эф ( 2-К значительно и45Рсерводвигатель контура управления током возбуждения включен относительно длительное время до тех пор, пока не выполняется равенство Эф=2-К,РВ контуре управления вращающим 50 моментом изменяется только составляющая сО . Поэтому Э" 1 2-К незначительно и управление является кратковременным (примерно в 30 раз короче, чем в контуре управления возбуждением, если считать скорости отработки отклонения в контурах управления одинаковыми)./ Как видно из изложенного при таком управлении обеспечивается позиционная инвариантность (независимость нагрузки от изменений напряжения и частоты в сети),. При этомрегулирование в контурах автономно(не влияет на другой контур), чтообеспечивает более спокойное проте-.кание переходных процессов.При работе генератора с номинальной нагрузкой на сепь ток ге"нератора превьппает номинальное значение только в том случае, если напряжение в сети ниже номинального.Превьппение тока соответствует снижению напряжения в сети не более,чем на 10-157.Такое превышение тока не опаснодля генератора, так как необходимость в срабатывании защиты отперегрева изоляции обмоток генератора возникает при перегрузках,больших 403 номинального. Кроме того.испытания работы генератора с номинальной нагрузкой проводятся, какправило, при номинальных условиях(кроме термо- и барокамер), Генераторы же для эксплуатации рассчитываются на номинальный ток при болеежестких условиях, например при1000 м над уровнем моря, 40 С и т.п.Испытания генераторов с номинальной нагрузкой на передвижных электростанциях по времени составляютменее 507 общего времени испытания,Остальное время генераторы испытываются с нагрузками в 207 и 60 Хноминальной мощности. В этом случаепри любом напряжении в сети токгенератора меньше номинального.Проведенный анализ показывает,что стабилизация основных параметровкомплексной нагрузки генератора прииспытаниях его на сеть за счет изменения тока генератора является допустимой.Предлагаемый способ позволяетзадавать генератору, работающемуна сеть, стабилизирующую комплекснуюнагрузку любой величины и любогохарактера (с любым соэ Ч от 0 до 1)от активной нагрузки до режима синхронного компенсатора,На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства для автоматического управления комплексной нагрузкой генератора при параллельной работе с сетью; на фиг. 2 - векторные диаграммы при номинальном, уве 110721 бличенном и пониженном напряжениях всети,Устройство содержит потенциометры 1 и 2 задающих напряжений, источники 3 и 4 .опорных напряжений, преобраэователи 5 и б переменного токав постоянный, датчики 7 и 8 соответственно реактивного и активноготоков генератора (они могут бытьпостроены и по другому принципу ра" 10боты), блоки управления серводвига",телями, выполненные в виде трех по"эиционных релейных элементов 9 и 10включающие серводвигатели соответственно в контурах управления воэбуждением и вращающим моментом.При номинальном напряжении сетинапряжения 05 = 2 05, О 4 = 2 ОЬ.В наиболее простом случае О, = О 4320 = 2(Зь20Устройство работает следующимобразом.Положение движка потенциометра 1определяет величину реактивного,а потенциометра 2 - активного токов р 5генератора (фиг. 2). При этом напряжения О = О 1, а О = Ов (или О= О = О = Ов ).и на входе элементов9 и 10 О= О. Серводвигатели контуров управления отключены. 30При снижении напряжения сети. рез"ко увеличивается выход датчика 7 инемного (на величину К ) уменьшаются напряжения О и ОЬ, Приэтом Оз -р (О -О 1 - ООех,=5 г(4 "Ь) "Вгде 5 и р - коэффициенты передачипотенциометров 1 и 2 (оба меньше единицы),Элемент 9 включает исполнительный 40серводвигатель и остается в этомположении до тех пор,пока выходноенапряжение датчика 7 не сравняется свыходным напряжением О потенциомет 1ра 1 (с точностью до зоны нечувстви" 45тельности элемента 9).При включенном серводвигателе реактивный ток уменьшается, а послеего отключения реактивный ток становится больше в 1(К раза, чем до сни" 50жения напряжения,Элемент 10 включает свой серводвигатель в сторону увеличения активного тока в 1/К раза, т.е. кратковременно.55Так как составляющие Э и 3 увеличиваются в одной пропорции, то значение угла Ч будет неизменно,таК жЕ Ках И ВЕЛИЧИН , О, Ь,сО 5 Ч. Полный ток токе увеличивается в 1 Ь ра за (фиг. 2, е ).При увеличении напряжения токи уменьшаются в 1/к раз, Другие же параметры комплексной нагрузки остаются неизменным. Если нужно стабилизировать комплексную нагрузку с одним и тем же значениемсеэЧ на разных уровнях, то движок потенциометров 1 и 2 должен иметь общий привод и от него одинаковое передаточное отношение, например потенциометры должны находиться на одной оси.Если движок потенциометра 1 находится в нижнем положении (фиг,1),а потенциометра 2 любом другом положении, то генератор нагружен активной нагрузкой соответствующей величины. Если в нижнем. положении находится движок потенциометра 2, то генератор работает на сеть в режиме синхронного комгенсатора.При изменении частоты в сети изменяется только выходной сигнал датчика 8, включается элемент 10., соответствующий серводвигатель и значение активного тока восстанавливается.Предлагаемый способ автоматичес"ого управления комплексной нагруз,кой синхронного генератора при параллельной работе с сетью позволяет при любых колебаниях напряжения и частоты в сети задавать стабилизированную нагрузку любой величины и любого характера (с любым соэЧот 0 до 1) - от активной нагрузки до режима синхронного компенсатора, При этом предполагается,что пределы регулировки уставки напряжения генератора соответствуют диапазону колебаний напряжения в сети, а регуляторы возбуждения генератора и вращающего момента двигателя имеютсерводвигатели изменения настройкиюУстройство, Реализующее способ,целесообразно встраивать в испытательные стенды электроагрегатов.Однако оно может быть и в составе устройства распределения нагрузок на электроагрегате, В этом случае при параллельной работе электроагрегатов друг с другом входы управляющих серводвигателями блоков переключающими контактами режимных реле отключаются от задающих потенциометров и подключаются к уравниl тельным соединениям аналогично 1 13. При прочих равных условиях преимущество от использования на всех параллельно работающих электроагре гатных параметров Э Э ц вместо Ози Ч), 1 в качестве сигналов обратной связи состоит в том, что из-за отсутствия взаимного влияния контуров управления в процессе перераспределения нагрузки имеется больше запас устойчивости и выше быстродействие (быстрее заканчивается вторичное регулирование).Релейные элементы, управлякнцие серводвигателями в контурах, в зависимости от темпа регулирования, можно выполнять с положительным или отрицательным гистерезисом. В последнем случае серводвигатель отключается с упреждением зоны нечувствительности и тем самым исключаются перерегулирования из-за инерционности например, первичного двигателя.Зака 4/ ал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4 57)1/39 ВВИИПИ Госуд по делам из 113035, Москва, Тираа 614 рственного бретений и Ж, Раув Подписоиитета СССРткрцтийая наб., д 5