9. Особенности автоматического регулирования

возбуждения асинхронизированных генераторов

Асинхронизированный генератор, вращающийся с рабочим скольже­нием (турбогенератор с и>₈о = s₀ ~ 0,002), обладает важными с точки

*

зрения автоматического управления режимами работы свойствами:

• простым процессом включения на параллельную работу, не связан­ным с опережением включения привода выключателя — главной функцией автоматических синхронизаторов;

• отсутствием ограничений потребляемой реактивной мощности по условию сохранения статической устойчивости;

• повышенным запасом динамической устойчивости как при генери­ровании, так и при потреблении реактивной мощности;

• низкой инерционностью реализации регулирующих воздействий, формируемых по отклонениям напряжения или реактивной мощ­ности.

О

U_mEd

УIII Ум tnd

Х_г

(5.25)

тсутствие взаимозависимости между активной и реактивной мощ­ностью обеспечивается разделением процесса управления электромаг­нитным вращающим моментом и напряжением, достигнутым примене­нием в асинхронизированном генераторе двух взаимно перпендикуляр­но расположенных на роторе обмоток возбуждения. Одна из них LG 1 (рис. 5.22) с током возбуждения /_В(* служит для изменения электромаг­нитного момента генератора в соответствии с соотношением [19]

где Л'_м — сопротивление взаимоиндукции между обмоткой возбуждения и обмоткой статора.

Вторая обмотка LG2 с током возбуждения I_Bq используется для упра­вления реактивной мощностью

Q_T = ^ . (5.26)

Л р Л р

Переменные токи I__Bd, /_В(?, изменяющиеся с частотой скольжения, являются ортогональными составляющими вектора тока возбуждения /_в асинхронизированного генератора. Их источниками служат два ре­версивных тиристорных преобразователя, состоящих каждый из двух встречновключенных трехфазных тиристорных управляемых выпрями­телей VST 1, VST2, подключенных через трансформатор Т к выводам генератора (схема самовозбуждения).

Тиристорные выпрямители через устройства управления УУ1, УУ2 — формирования импульсных токов включения базы ?'_и._у (см. рис. 5.9) тиристоров управляются переменными (с частотой скольже­ния) напряжениями U__perd ^и LL_per_q исполнительных усилителей Al, А2 (рис. 5.22) автоматического регулятора возбуждения асинхронизирован­ного генератора AG (АРВ АСГ). Он состоит из двух каналов автомати­ческого регулирования с выходными напряжениями U__perx-> LLperY ■ ^вза" имодействующих лишь в связи с необходимостью их преобразования в напряжения U__perd> LL_perq •- обусловленного углом 5 сдвига фаз между маг­нитной осью Y первой из указанных обмоток возбуждения и магнит­ной осью ротора генератора, определяемой фазой тока возбуждения /_в. Преобразование состоит в сдвиге по фазе на угол 5 напряжений Ц__регх и U__perY ■ Однако в связи с изменяющимися частотой скольжения ui_s гене­ратора и углом 5 при электромеханических переходных процессах ука­занное преобразование производится путем перемножения комплексных величин в алгебраическом виде

—perd "Р H-_perq - (UperX + jU_PerY)(cosS + j sin 8) . (5.27)

Для этого используются четыре интегральных перемножителя, со­ставляющих специфичный функциональный элемент АРВ АСГ — пре­образователь координат ПК (рис. 5.22).

Специфичным функциональным элементом измерительной части ре­гулятора является и измерительный преобразователь (датчик) угла ро-

203

Рис. 5.22. Функциональная схема автоматической системы регулирования возбуждения асинхронизи- рованного генератора

Автоматическое регулирование U и Q синхронных генераторов

тора ИПУ. Он представляет собой индукционный генератор импульсно­го напряжения, момент времени появления которого в пределах периода изменения напряжения генератора определяется углом 6, и выполнен аналогично такому же датчику угла 8, используемому в автоматиче­ских системах регулирования возбуждения синхронных компенсаторов (см. ниже рис. 6.3).

Регулирующие воздействия U__peTx ^и ИрегУ являются следующими операторными функциями режимных параметров: изменения Д'Р ак­тивной мощности при электромеханических переходных процессах, от­клонения AQ реактивной мощности от предписанной (AQ = Q_T - Q_np), изменения напряжения A'U_T, отклонения частоты скольжения Au_s = = cu's — u_s0 и угла AS = 8 — S₀ от установившихся значений, разности токов возбуждения и превышения токами статора Д/_г = /_г — /_глгом и ротора Д/_в = /_в - /_в.ном их номинальных значений

U_PerY{p) = крА'Р(р) - k_sAu_s(p) +

+

hd{p) ~ 1ъ_Ч{р)

; (5.28)

ksA8(p) + —

Р

и_регх(р) = kuA'U_T{p) + ^AQ(p) + KnAI_r(p) + k_I2AI_B(p). (5.29)

Сигналы по изменениям активной мощности А'Р и напряже­ния A'U_r формируются реальными дифференциаторами отклонений мощности АР и напряжения AU_T аналогично формированию сигнала по изменению частоты в АРВ СД [см. (5.15)]

Р

(5.30)

А'Р(р) = АР

рТ_я._Р + 1 '

Аналоговый микросхемный регулятор АРВ-АСГ в соответ­ствии с алгоритмами (5.28) и (5.29) содержит сложную измерительную часть, состоящую из измерительных органов изменений активной мощ­ности ИОИМ (рис. 5.22), скольжения ИОС и угла положения ротора ИОУР, разности ортогональных составляющих тока возбуждения И0- ОСВ, реактивной мощности НОРМ, изменения напряжения ИОИН, тока нагрузки генератора ИОТГ и тока его возбуждения ИОТВ.

Каждый из них включает обязательные функциональные элементы: задающий ЗЭ, измерительный преобразователь и элемент сравнения не­прерывного действия ЭСНД. В состав ИО входят соответствующие из­мерительные преобразователи активной И ПАМ и реактивной ИПРМ мощностей, амплитуды напряжения и частоты скольжения, угла поло­жения ротора, токов статора и ротора и ортогональных составляющих тока возбуждения. Измерительные органы напряжения, активной и ре­активной мощностей и разности ортогональных составляющих тока воз­буждения содержат реальные дифференциаторы AD 1, AD2 и активные интеграторы АЛ, AJ2 соответственно.

Суммирование сигналов согласно (5.28) и (5.29) производится актив­ными сумматорами AW 1, AW2. После преобразователя координат ПК и исполнительных усилителей Al, А2 регулирующие воздействия U_perd и Прегд поступают в устройства управления УУ1, УУ2 тиристорными возбудителями асинхронизированного генератора. Аналоговый АР В АСГ выполняется на интегральных микросхемах.

Цифровой микропроцессорный автоматический регулятор возбуждения асинхронизированных генераторов (система управления возбуждением СУВМ АС [20]) выполнен на высокопроизводительном асинхронном комплекте БИС серии К1810.

Система производит измерительное преобразование в цифровом виде параметров турбогенератора, обрабатывает дискретную информацию о его состоянии, вычисляет дискретизованные регулирующие воздействия Ud(nT), Ug(nT) (рис. 5.23), формирует импульсы токов управления ти­ристорами возбудителей и выводит цифровую информацию о состоянии автоматической системы регулирования. Как и в ранее описанных ми­кропроцессорных устройствах, для обеспечения надежности функцио­нирования применяются два взаиморезервируемых комплекта вычисли­тельных средств.

Выходные сигналы Ux(nT) и Uy{nT) вычислительной части явля­ются следующими ^-операторными функциями режимных параметров: изменения А'Р активной мощности при электромеханических переход­ных процессах, отклонения AQ реактивной мощности от предписанной, изменения напряжения A'U_T, отклонения частоты скольжения Аи>₃ и угла А<5 от установившихся значений, разности токов возбуждения и превышения токами статора А/_г и ротора А/_в их номинальных зна­чений:

г

Uy(z) =

кр

1 - z~

1 + Т/Гд._р 1 — z~^l/(1 + Т/Тд._р) - k_wAu>_s(z) + ksAS(z) + &/и~—

AP{z)

-i

-^в с((^) ^вдг(^)

(5.31)

M*)

кц

1 + Т/Тд._р 1 -

+

1 - z^-1

_г-1/₍1 _{+ т/Тдр}) Т

A U(z) +

1 - г

тр А<5(-г) + Л/г AI_r(z) + kiAI_B(z), (5.32)

де fc/_H, A,'q,i — коэффициенты интеграторов с размерностью, обратной постоянной времени; Д/_в = I_Bd ~

В

U_Y(nT)

+

1 + Г/Г_д._{р L} 1

АР(пТ) - АР(пТ - Т)

+

1 + Т/Т_лл

А'Р(пТ - Т) - к_шАш₃{пТ) + ksAS(nT) +

соответствии с (5.28), (5.29) и аналогично (5.23) выходные сигналы двух каналов вычислительной части регулятора являются следующими функциями Uy(nT) и Ux(nT) дискретного времени:

+

Ux(nT)

кр

1 + г/т_д.р L

1

+

AU(nT) - AU(nT - Т) +

A'U{nT - Т) + k_QuTAQ{nT) +

1 + Г/Тд.р

+ A_aQ(nT - Т) + к_1гА1_г(пТ) + kiAI_B(nT), (5.34)

к_1шТА1_в{пТ) + А_а1_ъ(пТ - Т); (5.33)

где A'U{nT - Т) и А'Р(пТ - Т) — дискретные выходные сигналы циф­ровых реальных дифференциаторов (сигналы изменений напряжения и мощности) в предшествующий интервал дискретизации.

Как видно из (5.31)-(5.34), сигналы об изменениях напряжения A'U(nT) и активной мощности А'Р(пТ) формируются аналогично сигналу по изменению частоты A'f(nT) в АРМ-СВМ (см. (5.23)),

207

Рис. 5.23. Схема микропроцессорной системы управления возбуждением асинхронизированного гене­ратора

Автоматическое регулирование U и Q синхронных генераторов

а сигналы об отклонениях реактивной мощности и разности токов возбуждения формируются цифровыми интеграторами: Д_и/_в(пТ - Г), Д„<5(лТ — Т) — дискретные выходные сигналы интеграторов в предше­ствующий интервал дискретизации.

На рис. 5.23 приведена функциональная схема СУВМ-АС [20]. Ос­новной ее частью является вычислительная ВЧ, состоящая из микро­процессоров МПЦ1, МПЦ2 типа К1810ВМ86, микросхемы памяти дан­ных и интерфейсов ППИ, элемента (модуля) ввода ВДС и вывода (управления выходными реле УВР и выходным реле ВР) дискретных сигналов, модуля аналогового ввода/вывода А В В, содержащего АЦП и ЦАП, таймерного элемента измерения временных интервалов ИВИ и модуля импульсно-фазового управления ИФУ. Модуль ИВИ обеспе­чивает реализацию программного измерительного преобразования ча­стот напряжения и вращения АСГ, угла положения его ротора и фор­мирования цифровых сигналов на основе времяимпульсных преобразо­ваний.

Устройство связи с объектом (измерительно-преобразовательная ИПЧ и исполнительная Ис. Ч части) обеспечивает гальваническое от­деление (развязку) цепей микропроцессорной ВЧ от внешних цепей и содержит аналоговые элементы преобразования по уровню трехфазных и однофазных токов АИТ и напряжений АИН (с активными вторичны­ми измерительными трансформаторами ИТТ, ИТН [8]), измерительные преобразователи токов и напряжений ИПН, формирующие аналоговые сигналы информации о средних значениях напряжения генератора, то­ков статора АСГ, активной и реактивной их составляющих. Сигналы в виде изменяющихся по абсолютному значению и по знаку постоянных токов формируются выпрямительными измерительными преобразовате­лями с частотными выходными фильтрами [8].

Модуль нормализации сигналов НС приводит к унифицированному виду и уровню сигналы измерительного преобразования угла положения ротора ИПУ, в частности формирует опорное синусоидальное напряже­ние (см. рис. 6.3), и сигналы измерительных преобразователей токов возбуждения АСГ.

Выходные модули синхронизации, формирования и контроля им­пульсов СФКИ являются частью устройства импульсно-фазового управ­ления ИФУ реверсивными тиристорными возбудителями VST 1 и VST2.

На схеме показан и модуль системного контроля МСК и сигнали­зации неисправностей КСК рабочего микропроцессорного комплекта и сигналов выводов результатов вычислительных операций из резервного комплекта, а также пульт управления ПУ.

Выполнение функциональных операций, соответствующих алгорит­мам регулирования (5.28) и (5.29), достигается программным обеспе­чением, включающим следующие группы программ: инициализации и стартового контроля, организации вычислительного процесса функцио­нальной реализации алгоритмов управления и регулирования, защитной функции и сервисного контроля.

Как указывалось, формирование цифровых сигналов о режимных па­раметрах производится на основе времяимпульсных преобразований с использованием счетчика (модуль ИВИ) для фиксирования длительно­стей временных интервалов. В частности, частота, разность частот и углы сдвига фаз определяются способами, применяемыми в программ­ных измерительных органах АРВ-СДМ (см. §5.8).

Программными средствами формируются и импульсно-фазовые ре­гулирующие воздействия на тиристоры возбудителей: сигналы управле­ния фазой импульсного тока г_и._у включения тиристоров (см. рис. 5.9) представляют собой двоичный код.

Кроме осуществления непростых алгоритмов автоматического ре­гулирования возбуждения асинхронизированного генератора, микропро­цессорная система СУВМ-АС обеспечивает автоматическое управление пуском, подготовкой воздействием на АРЧВ через ВИП и включени­ем на параллельную работу (синхронизацией) и нагружением турбоге­нератора. Защитными функциями СУВМ-АС являются ограничения перегрузок турбогенератора по токам ротора и статора по условию до­пустимого нагрева, максимального тока возбуждения и минимального возбуждения в синхронном режиме работы только с одной обмоткой ро­тора.

Сервисные функции, являющиеся специфичными, свойственными только микропроцессорным автоматическим системам, как и аналогич­ные для АС-М (см. §2.7), ЭЧСР-М (см. §4.5) и АРВ СДМ (см. §5.8), обеспечивают удобство их технического обслуживания и высокий уро­вень производственной культуры в технике автоматического управления процессом производства и передачи электроэнергии.

Вопросы для самопроверки

1. Почему необходимо автоматическое регулирование напряжения и реак­тивной мощности электрической станции?

2. В чем состоят задачи автоматического регулирования возбуждения син­хронных генераторов?

3. Как воздействуют автоматические регуляторы напряжения и реактивной мощности на электромашинные и тиристорные возбудители синхронных генераторов?

4. Какие известные типовые автоматические регуляторы устанавливаются на синхронных генераторах с электромашинными возбудителями посто­янного тока?

5. Чем по принципам действия различаются типовые автоматические регу­ляторы возбуждения синхронных генераторов с электромашинными воз­будителями?

6. Какой алгоритм автоматического регулирования возбуждения называет­ся алгоритмом «сильного» действия? При каких возбудителях он эффек­тивно реализуется?

7. В чем состоит алгоритм автоматического регулирования возбуждения «сильного» действия?

8. Что отображают сигналы автоматического регулятора возбуждения, формируемые по изменению и производной частоты? Какими структур­ными звеньями (с какими передаточными функциями) формируются эти сигналы?

9. Какова роль сигнала, формируемого по производной действующего зна­чения напряжения?

10. Как выполняется и действует измерительный орган напряжения анало­гового автоматического регулятора возбуждения сильного действия, вы­полняемого на интегральных микросхемах (см. рис. 5.11)?

11. Как выполняется и действует измерительный орган изменения частоты АРВ СДП (см. рис. 5.12)?

12. Как функционирует измерительный орган напряжения микропроцессор­ного автоматического регулятора возбуждения (см. рис. 5.19)?

13. Каким способом формируется цифровой орган отклонения частоты А/ от номинальной в АРВ СДМ (см. рис. 5.20)?

14. Как из цифрового сигнала по отклонению частоты формируются цифро­вые сигналы об изменении частоты Д'/ и ее производной df/dt, прибли­женно отображающие скорость и ускорение изменения угла J фаз между ЭДС генераторов электростанции и напряжением на конце линии элек­тропередачи (шинах приемной подстанции ЭЭС)?

15. Каково назначение измерительного органа комбинации реактивного и ак­тивного тока синхронного генератора АРВ СД?

16. Как выполняется и действует измерительный орган комбинации реак­тивного и активного токов синхронного генератора в АРВ СДП (см. рис. 5.13)?

17. Каким способом определяются в цифровом виде вторичные реактивный и активный токи синхронного генератора в АРВ СДМ?

18. Как выполняется исполнительный усилитель АРВ СД?

19. В чем состоят особенности возбуждения и автоматического регулирова­ния возбуждения асинхронизированного генератора?

20. Как функционирует автоматическая система регулирования возбуждения асинхронизированного генератора (см. рис. 5.22)?

21. Каково функциональное назначение двух каналов автоматического регу­лирования возбуждения асинхронизированного генератора (АСГ)?

22. По каким алгоритмам функционируют два канала автоматического ре­гулирования возбуждения АСГ?

23. Как функционирует микропроцессорная система автоматического упра­вления (СУВМ-АС) возбуждением АСГ (см. рис. 5.23)?

24. В каком виде — аналоговом или цифровом — формируются входные сиг­налы информации о напряжении, активном и реактивном токах статора и токах в двух обмотках ротора АСГ?

25. В чем состоят сервисные функции СУВМ-АС?