Современные проблемы теории управления

енты наклона статических характеристик распределения актив-

значения реактивных мощностей СГ; На рис. 4.2 приведены статические характеристики рас-

пределения реактивной и активной мощностей при параллельной работе двух СГ по ММСХ. Показано параллельное смещение статических характеристик при включении активной и реактивной нагрузок. Особенностью метода является снижение частоты и напряжения на шинах и разгрузки СГ при отключении любого агрегата, если не будут выполнены условия:

Астатизм поддержания частоты и напряжения на шинах достигается параллельным смещением статических характери-

71

стик генераторов 1, 2 (см. рис. 4.2). Недостатком ММСХ является низкое быстродействие, а при коэффициенте наклона (статизм) меньше 6 % – неустойчивое распределение активной мощности между приводами СГ.

Управление параллельной работой СГ по ММСХ обеспечивает устойчивое поддержание частоты и распределение активной мощности, но имеет низкое быстродействие.

Практическое применение ММСХ управления параллельной работой генераторов нашел в электростанциях, работающих параллельно с сетью бесконечной мощности.

Рис. 4.2. Статические характеристики параллельной работы двух СГ по ММСХ: а – распределения реактивной мощности; б – распределение активной мощности, где р.т.1 и р.т.2 – рабочие точки

72

4.3. МЕТОД БАЗОВОГО ГЕНЕРАТОРА

Метод базового генератора (МБГ) предполагает разделение функций поддержания напряжения/частоты на шинах и распределения реактивной/активной мощностей между базовым и ведомыми генераторами [9].

Функции поддержания напряжения/частоты возлагаются на базовый генератор с астатической внешней характеристикой, а функции распределения мощностей – на ведомые генераторы с внешними характеристиками, статизм которых не меньше 6 %.

Уравнения связи поддержания напряжения на шинах и распределения реактивной мощности между генераторами:

где U – отклонение напряжения от заданного значения; QБГ – реактивная мощность базового генератора; KQ1 ,..., KQn – коэф-

фициенты долевого участия генераторов в покрытии реактивной мощности.

Уравнения связи поддержания частоты на шинах АМЭС и распределения активной мощностей между агрегатами:

где f – отклонение частоты от заданного значения; PБГ – активная мощность базового агрегата; KP1 ,..., KPn – коэффициенты долевого участия агрегатов в покрытии активной мощности.

73

На рис. 4.3 приведены статические характеристики генераторов и агрегатов управления по МБГ.

Рис. 4.3. Статические характеристики генераторов и агрегатов управления по МБГ: а – распределение реактивной мощности; б – распределение активной мощности, где р.т. – рабочие точки, ВА – ведомый агрегат; БА – базовый агрегат

МБГ характеризуется жестким закреплением функций базового генератора за определенным генератором и низким быстродействием в распределении мощностей между базовым и ведомыми генераторами. При внезапном отключении базового генератора управление параллельной работой генераторов нарушается, что являетсянедостаткомметода.

4.4. МЕТОД КВАЗИАСТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Качество вырабатываемой электроэнергии в системе малой энергетики зависит от свойств внешних характеристик генераторов [8]. В случае астатических внешних характеристик генераторов и их приводов достигаются абсолютная точность поддержания напряжения и частоты на шинах автономной системы и неоднозначность распределения нагрузки между генераторами. Однако при снижении статизма внешних характеристик

74

СГ до 1–2 % возможно практически реализовать параллельную работу генераторов в АЭС. Данный метод имеет несколько вариантов реализации: на базе релейно-логической логики и адаптивных нечетких регуляторов.

Рассмотрим алгоритм релейно-логического управления (РЛМ-управления) параллельной работой СГ с квазиастатическими внешними характеристиками, где каждый генераторный агрегат выполняет одновременно функции поддержания напряжения/частоты на шинах и распределения между генераторами реактивной/активной мощности в следующих разработанных автором вариантах исполнения: два варианта исполнения с релейной настройкой в полярной системе координат (ПСК) [8].

4.4.1. Релейно-логическое управление параллельной работой СГ в полярной системе координат

Особенностью РЛМ-управления [8] параллельной работой генераторов является ранжирование генераторов переменного тока через сравнение параметров переменных, информирующих

онагрузке генераторов.

Ктаким параметрам переменных можно отнести:

–фазовую координату (сдвиг фазы между током и напряжением);

–модуль полного тока;

–проекции вектора тока на действительную и мнимую оси комплексной плоскости;

–напряжение возбудителя генератора.

С целью повышения точности и быстродействия устройства рассмотрим варианты представление вектора полного тока статора в ПСК для распределения реактивной/активной мощности между генераторами, работающими на автономную шину с нагрузкой.

75

Алгоритм РЛМ-управления параллельной работой СГ в ПСК попервомуварианту [8]

РЛМ-управление параллельной работой СГ по первому варианту предполагает сравнение векторов полного тока статоров СГ через сравнение интервалов времени t, пропорциональных фазовым сдвигам между токами и напряжением одноименной фазы статоров СГ, и релейно-логическое сравнение модулей полных токов.

Известно, что напряжение фазы «а» на шинах генерато-

т.е. фазовый сдвиг φ между напряжением и током пропорцио-

нален временному интервалу ∆t между моментами времени перехода кривых напряжения ua и тока ia через нуль.

Очевидно также, что активная и реактивная мощности фазы генератора определяются по формулам:

P = U I cosφ;

(4.7)

Q = U I sin φ.

Тогда угол сдвига фазы между вектором напряжения и вектором тока одноименной фазы первого генератора определяется по формуле

где Ia1 , Iр1 – активная и реактивная составляющие тока соответственно первого генератора; I1 – модуль полного тока первого генератора.

76

Согласно (4.9) следует, что чем больше активная мощность генератора, тем меньше t, и наоборот, а также, чем больше реактивная мощность генератора, тем больше t, и наоборот.

Если ввести в рассмотрение параллельно работающий второй генератор, то для него аналогично можно записать:

дулях полных токов I1 и I2, можно выявить генератор с большим или меньшим значением реактивной/активной мощности.

В выражениях (4.9), (4.10) обратная функция косинуса берется от относительных активных токов СГ, а обратная функция синуса – от относительных реактивных токов СГ, базисными значениями которых являются модули полных токов одноименной фазы. В выражениях (4.9), (4.10) принимается

ω1 = ω2 = ... = ω= ωзад ,

где ω1 ,ω2 ,ωзад – круговая частота вращения магнитного поля

первого и второго СГ и ее заданное значение при параллельной работе в автономном режиме.

Таким образом, в качестве входных параметров для управления параллельной работы СГ в ПСК с релейной настройкой на максимум обосновано применение временного интервала t и модуля полного тока СГ.

При параллельной работе СГ на нагрузку, имеющей актив- но-индуктивный характер, очевидно, что СГ, имеющий меньший

77

временной интервал, имеет минимальный реактивный ток и максимальный активный ток, а СГ, имеющий больший временной интервал, имеет максимальный реактивный ток и минимальный активный ток.

Распределение реактивной/активной мощности между генераторами осуществляется ранжированием генераторов по временному интервалу (фазовому сдвигу между векторами тока и напряжения одноименной фазы) с помощью блока динамического приоритета (БДП), реализующего разные дисциплины обслуживания входов, например, типа FIFO «первый пришел – первый обслужен» со следующим логическим описанием:

–у СГ, занимающего первое место в очереди, ток статора первым проходит через нуль после начала положительного полупериода напряжения на шинах;

–у СГ, занимающего последнее место в очереди, ток статора последним проходит через нуль после начала положительного полупериода напряжения на шинах.

На рис. 4.4 приведена структурная схема РЛМ-управления параллельной работой СГ. Ранжирование параллельно работающих СГ с помощью БДП в каждый положительный полупериод фазного напряжения на шинах с частотой 50 Гц требует блока фиксации первого места в очереди, так как частота регулирования меньше частоты питающего напряжения. Выход блока фиксации первого места в очереди является выходом анали-

затора В1. Анализатор В1 содержит нуль-орган по напряжению (НОu), нуль-органы тока (НО1 – НОn) по числу СГ, триггеры (Тр1 –Трn) по числу СГ и БДП. Для определения СГ с максимальным модулем полного тока нагрузки через релейное срав-

нение введен анализатор В2 с настройкой на максимум, построенный на основании структуры полного графа связей параллельно работающих СГ, показанного на рис. 4.5.

78