3. Автоматические регуляторы возбуждения синхронных компенсаторов

Регулятор знакопеременного возбуждения. Основной осо­бенностью автоматического регулятора знакопеременного возбуждения, обусловленной задачей обеспечения искусственной устойчивости СК в режиме потребления реактивной мощности, является его быстродей­ствие и необходимость формирования сигнала по отклонению угла S от значения, близкого к тг/2. Такой полупроводниковый регулятор был раз­работан и достаточно широко внедрен еще на СК с электромашинным возбуждением постоянного тока. В современной модификации он приме­няется на СК с тиристорным бесщеточным возбуждением.

Реверсивный возбудитель состоит из двух встречно включенных ти­ристорных преобразователей. При бесщеточном возбуждении обмотка ротора состоит из двух параллельных ветвей LG 1, LG2 (рис. 6.2), ка­ждая из которых подключена к вращающимся диодным выпрямителям VSl, VS2, питаемым от двух обращенных синхронных генераторов GE1, GE2. Генераторы имеют тиристорное возбуждение — тиристорные пре­образователи VST 1, VST2, подключенные через трансформатор Т к вы­водам СК. Тиристорные преобразователи в режиме выпрямления через устройства управления У У1, У У 2 — формирователи импульсов токов г_и.у включения тиристоров управляются положительным и отрицатель­ным напряжением ±Н_рег реверсивного автоматического регулятора.

В режиме генерирования реактивной мощности напряжение U_per по­ложительно, возбуждение создается первым возбудителем — GE 1, F51, VST 1. Оно пропорционально положительному отклонению напряжения [1_Ш от предписанного AU = Н_ш._пр- Г_ш и его производной в соответствии с характеристикой измерительного органа напряжения ИОН регулятора U&,и - №ш) (рис. 6.3,а).

При напряжении 1/_ш > U_m._np регулирующее воздействие U_per отри­цательно. При этом VST1 закрывается и вступает в действие второй возбудитель — GE2, VS2, VST2, создающий отрицательное возбужде­ние. После достижения граничного режима по потребляемой реактив­ной мощности СК стремится к выпадению из синхронизма — его вну­тренний угол S увеличивается. При достижении им значения S > 7г/4 начинается формирование сигнала измерительным органом угла ИОУ, характеристика которого U&s = f(S) показана на рис. 6.3,6. При этом

219

Рис. 6.2. Функциональная схема автоматической системы регулирования возбуждения синхронного компенсатора с реверсивным бесщеточным возбуждением

Автоматическое регулирование ИРМ и трансформаторов

(а)

(б)

(

Рис. 6.3. Характеристики измерительных органов:

г)

а — напряжения; б — угла; б — суммарная характеристика измерительной ча­сти; г — графики, иллюстрирующие формирование выходного напряжения из­мерительного органа угла автоматического регулятора знакопеременного воз­буждения

напряжение U_per пропорционально сумме сигналов измерительных орга­нов Ux = -Uдгу_тах + Uas (рис. 6.3,в).

После достижения углом значения 5 = 7г/3 положительное напряже­ние Uas становится равным ограниченному абсолютному значению от­рицательного напряжения | — £7д{/_тах|, а суммарное напряжение Cv = О (рис. 6.3,е). Соответственно снижается до нуля и регулирующее воздей­ствие (и_рег = 0).

Синхронный компенсатор работает при отсутствии возбуждения с углом S = 7г/3. Потребляемая реактивная мощность согласно харак­теристике на рис. 6.1,6 практически равна -QcKrp- Дальнейшее на­растание угла S по мере выпадения СК из синхронизма обусловливает положительные напряжения U% и U_per (рис. 6.3,в). Снова вступает в действие первый возбудитель, создающий положительное возбуждение: выпадение из синхронизма СК прекращается, угол S уменьшается. Но при S = 7г/3 напряжение U_per снижается до нуля и при дальнейшем уменьшении угла становится отрицательным. Начинает работать вто­рой возбудитель, создающий отрицательное возбуждение, что приводит к возрастанию угла S. Таким образом, благодаря знакопеременному воз­буждению, компенсатор искусственно удерживается в синхронизме при угле S « 7г/3 и потребляет реактивную мощность — QcKrp-

Быстродействие измерительного органа угла обеспечивается прин­ципом его действия. Напряжение Uas формируется запоминанием мгно­венного значения синусоидального напряжения, например фазы А, ста­тора и_а путем заряда конденсатора в момент появления импульса и_п от индукционного измерительного преобразователя (датчика) угла ИПУ (рис. 6.3,г).

Датчик угла положения ротора СК состоит из постоянного магни­та с обмоткой (см. рис. 6.2), расположенного на статоре СК у торца вала ротора. На торце вала размещена пластина из магнитного мате­риала, перекрывающая зазор между полюсами постоянного магнита в момент времени, смещающийся относительно момента перехода через нуль мгновенным значением напряжения и_а с изменением угла 5. В момент перекрытия зазора между полюсами постоянного магнита в об­мотке индуцируется импульс напряжения и_и, положение которого на оси времени (в пределах первой четверти периода и_а) определяется углом S. Соответственно 1 раз за период изменяется напряжение Uas на запоми­нающем конденсаторе (рис. 6.3,г).

Измерительные органы напряжения ИОН, токов статора ИОТ и воз­буждения ИОТВ1, И0ТВ2 (регулятор не допускает длительной пере­грузки СК) в полупроводниковом регуляторе выполнены на диодных элементах сравнения с 12-фазными выпрямителями и поэтому не содер­жат частотных фильтров. В современном микросхемном регуляторе их быстродействие обеспечивается новыми, аналогичными рассмотренным ранее (см. §5.6) способами формирования сигналов.

Оригинальную разработку представляет собой и быстродействую­щий реверсивный тиристорный исполнительный усилитель А полупро­водникового регулятора.

Усилитель выполнен на тиристорах, управляемых импульсными ра­бочими токами быстродействующих магнитных усилителей [8]. Маг­нитные усилители, в свою очередь, управляются токами коллекторов транзисторов, образующих, по существу, усилитель постоянного тока с питанием выпрямленным током.

Автоматические регуляторы возбуждения синхронных ком­пенсаторов с поперечной обмоткой ротора. Реверсивное измене­ние возбуждения СК с дополнительной удерживающей обмоткой рото­ра, расположенной по поперечной его оси, создается, как указывалось, двумя тиристорными возбудителями VSTl, VST2 (рис. 6.4), состоящими каждый из двух встречно включенных тиристорных выпрямителей, под­ключенных через трансформатор Т к выводам обмоток статора, упра­вляемых двумя автоматическими регуляторами возбуждения АРВ-с? и APB-q.

Алгоритмы функционирования автоматических регуляторов опреде­ляются их назначением. Регулятор APB-d обеспечивает поддержание напряжения 11_ш на шинах путем изменений генерируемой или потребля­емой СК реактивной мощности. На него возлагается и задача демп­фирования качаний синхронных генераторов электростанций путем со­здания принужденных колебаний напряжения на шинах с частотой ко­лебаний роторов генераторов с фазой, обеспечивающей эффективное их затухание.

Это достигается использованием сигнала по изменениям активной мощности А'Р в линии электропередачи, формируемого реальным диф­ференцирующим звеном. Регулирующее воздействие U_perd определя­ется суммой сигналов, отображающих отклонение напряжения A U = = U_np — С_ш, производной напряжения и изменения А'Р мощности. В

223

Рис. 6-4■ Функциональная схема автоматической системы регулирования возбуждения синхронного компенсатора с поперечной обмоткой ротора

Автоматическое регулирование ИРМ и трансформаторов

операторной форме алгоритм автоматического регулирования имеет сле­дующий вид:

k_vAU(p) + k'_uPAU(p) + ^кр^^)Р

U_perd(P) = Г+Wd • ⁽⁶'⁸⁾

Сигнал, формируемый по производной напряжения, является стаби­лизирующим автоматическую систему регулирования возбуждения по продольной оси — предотвращает ее переход в неустойчивое автоколе­бательное состояние из-за обычно весьма высоких значений коэффици­ента ки усиления сигнала по отклонению напряжения (ки > 100).

Алгоритм автоматического регулирования возбуждения по попереч­ной оси определяется его назначением, состоящим в удержании ротора в положении по продольной оси, т.е. при угле S = 0, в режиме потребления реактивной мощности при отрицательном токе возбуждения /_Brj в про­дольной обмотке возбуждения LG 1 и демпфирования колебаний ротора в режиме исскуственной устойчивости СК. Поэтому регулятором АРВ-д используются сигналы по отклонению угла AS от S = 0, его производ­ной и отклонению (появлению) электромагнитного момента — активной мощности на валу СК. В операторном виде алгоритм автоматического регулирования

IWP) = *^W + *iP^g) + *_fAP(i>) . ₍₆.₉₎

1 + pJ-q

Автоматические регуляторы APB-d и АРВ-g содержат соответству­ющие алгоритмам (6.8) и (6.9) измерительные органы (рис. 6.4): на­пряжения ИОН с дифференциатором AD 1, активной мощности линии НОАМ с реальным дифференциатором AD2; угла положения ротора ИОУ с дифференциатором AD3 и электромагнитного момента ИОЭМ на валу СК. Измерительные органы НОАМ и ИОЭМ содержат измери­тельные преобразователи мощности линии ИИ AMI и синхронного ком­пенсатора ИПАМ2; их задающие элементы ЗЭ1, ЗЭ2 устанавливают сигналы, отображающие установленную передаваемую мощность по ли­нии Рл.пр и мощность Рек пр 1 определяемую главным образом его венти­ляцией.

Измерительные части регуляторов выполняются на интегральных микросхемах: ИОН с использованием управляемых интеграторов AJ, как и в микросхемном аналоговом АРВ-СДП синхронных генерато­ров (см. рис. 5.11), а измерительный орган угла ИОУ — анало­гично описанному измерительному органу автоматического регулято­ра знакопеременного возбуждения СК без поперечной обмотки (см. рис. 6.3).

После суммирования сигналов измерительных органов интегральны­ми сумматорами AW1, AW2 исполнительными усилителями Al, А2 они преобразуются в регулирующие воздействия U_peTd, U_peTq на устройства управления УУ1-УУ4 тиристорами возбудителей через разделительные диоды: разнополярные напряжения U_per(i и U_perq воздействуют на раз­ные тиристорные выпрямители возбудителей VST 1, VST2 синхронного компенсатора GC.