книги из ГПНТБ / Росман Л.В. Групповое управление возбуждением синхронных генераторов гидроэлектростанций

Астатическая система представлена двумя звеньями, первое из которых замещает измерительную и усили­ тельную части системы, второе — интегрирующий эле­ мент (двигатель).

Коэффициент усиления системы распределения в этом случае определяется параметрами обоих звеньев:

параметра распределения гдош что может быть обеспечено при определенном значении

В этом смысле понятия допустимой установившейся погрешности и минимально' допустимого (по условию точности) коэффициента усиления могут быть примене­ ны и для астатических систем. Предполагая, что инте­ грирующие органы астатических систем распределения по различным параметрам имеют одинаковые постоян­ ные времени Гд и зоны нечувствительности А «д.псч, мож­ но, таким образом, для перевода масштабов астатиче­ ских схем в эквивалентные единицы пользоваться теми же полученными выше коэффициентами Хг.

Для согласования масштабов систем распределения астатической группы с системами статической группы условие одинаковой точности не может быть использо­ вано.

Действительно, изменяя величину Тл (рис. 4-1), мож­ но изменять коэффициент усиления системы распреде­

59

ления kr и, следовательно, изменять устойчивость, не ме­

Представляется целесообразным сравнение систем, относящихся к различным группам, производить с уче­ том скорости процесса автоматического распределения К Действительно, с практической точки зрения ско­ рость процесса распределения имеет существенное зна­

чение.

Так, например, при медленно действующей системе автоматического распределения выполнение быстродей­ ствующей системы регулирования напряжения связано

Опыт эксплуатации также показал нежелательность медленного действия системы распределения.

Таким образом, скорость процесса распределения может быть использована в качестве дополнительного критерия при сравнении систем различных групп. Под­ робно этот способ сравнения освещен ниже в § 4-5.

4-3. ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ, ИМЕЮЩИЕ МЕСТО

ВСИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

1.Влияние группы исполнения схем

ипараметра распределения на структуру уравнений

и устойчивость систем распределения

Порядок характеристического уравнения системы

1 Скорость переходного процесса в системах автоматического регулирования является одним из показателей их качества. По­ дробно о выборе показателя качества и о способе его определе­ ния см. приложение 6.

60

/— число учитываемых постоянных времени электро­ магнитных контуров схемы.

Впростейшем случае аппаратуру системы автомати­ ческого распределения реактивных нагрузок, относя­

щейся ко второй группе (статические системы), мож­ но в пределах одного генератора заместить инерцион­ ным звеном первого порядка с передаточной функцией вида

пределения, описываются уравнениями, имеющими по­ рядок на единицу выше, чем уравнения систем ГУВ со статическими схемами распределения. Это принципиаль­ но определяет также разницу в форме зон устойчивости статических и астатических систем.

Выбор параметра распределения также оказывает значительное влияние на структуру уравнений и форму зон устойчивости систем распределения.

Для наглядного представления этой зависимости рассмотрим работу генератора в чисто реактивном ре­ жиме, т. е. когда активная мощность Р = 0.

61

В этом режиме ось ротора совпадает с осью резуль­ тирующего поля и естественно, что частные производные по углу сдвига ротора СсЬ; С]Ь\ Справны нулю (3-64).

При этом шинка угла в структурных схемах исчезает и последние могут быть представлены в виде, показан­ ном на рис. 4-2.

Как видно, в рассматриваемом режиме электромеха­ нические контуры структурной схемы не оказывают

Рис. 4-2. Упрощенные структурные схемы для cos <р= 0.

а — распределение по Q; б — то же по J; в—то же по ipi г —то же по ив.

влияния на переходные процессы, которые определяют­ ся действием чисто электрических контуров.

Структура схем электрических контуров для случаев распределения по параметрам статора (Q; J) и по току ротора одинакова (рис. 4-2, схемы а—в).

Одинакова также в этих случаях и структура урав­ нений.

Действительно, размыкая схемы (4-2) на входе звеньев Кг, можно получить выражение передаточной функции полной разомкнутой системы автоматического распределения в этом режиме в следующем виде:

62

ДЛЯ распределения по реактивной мощности

здесь К — передаточная функция собственно системы распределения (замещаемой обычно, как по­ казано на рис. 4-1);

Сравнивая между собой выражения (4-8) —(4-10), можно видеть, что при одинаковой структуре переда­ точных функций Кг, т. е. при одной и той же группе схем, структура передаточных функций ^ реГг также оди­ накова; отсюда следует, что в рассматриваемом режиме должна быть одинакова и форма соответствующих зон устойчивости.

Определим, насколько близко совпадают границы этих зон, построенных в эквивалентных масштабах.

найти, что в установившемся номинальном режиме гене­ ратора, когда

63

Погрешности по остальным параметрам распределений могут быть рассчитаны по формулам1:

что в переходных режимах

1Напомним, что в режиме, соответствующем заданному,

ив.вг—г=0, поэтому Аг—г.

64

Из (4-1) — (4-5) следует, что в эквивалентных мас­ штабах

деть, что при безынерционном роторе и отсутствии

номинальном режиме в эквивалентных масштабах должны полностью совпадать.

В реальных условиях постоянная инерции и демп­ ферный коэффициент не равны нулю, а следовательно, и не равны друг другу упомянутые зоны устойчивости. Однако Гр и D (см. приложение 6) имеют обычно вели­ чину, примерно на порядок меньшую величин коэффи­ циентов С. Поэтому следует ожидать, что разница меж­ ду зонами устойчивости по Q, / и гр в номинальном ре­ жиме генератора будет незначительной.

Рассмотрим теперь схему распределения по напря­ жению ротора. Для упрощения обратимся опять к чисто реактивному режиму генератора.

Структурная схема для этого режима изображена на рис. 4-2,г. Нетрудно видеть, что эта схема существен­ но отлична от первых трех (рис. 4-2,а, б, в). Действи­ тельно, в ней обратная связь, осуществляемая системой

распределения, охватывает одно инерционное звено (возбудитель) вместо двух (возбудитель и генератор) в первых трех схемах, что отражается также на выра­ жении передаточной функции, отличающемся от (4-8) — (4-10):

Таким образом, произведенное рассмотрение показы­ вает, что форма и размеры зон устойчивости систем с распределением по напряжению ротора должны зна­ чительно отличаться от таковых для систем с распреде­ лением по другим параметрам.

Кроме того, выяснено, что при номинальном режи­ ме генератора можно ожидать достаточно близкого в эквивалентных масштабах совпадения зон устойчиво­ сти систем с распределением по Q, / и /р.

2. Влияние исходного режима генератора на устойчивость систем распределения

Выше было показано, что в случае чисто реактивной нагрузки структура схем и уравнений систем автомати­ ческого распределения упрощается за счет исключения электромеханических контуров.

При увеличении активной нагрузки электромехани­ ческие контуры вступают в действие, причем степень их влияния на устойчивость системы распределения суще­ ственно зависит от величины и соотношения активной и реактивной нагрузок генератора в режиме, предшест­ вующем возмущению.

Рассмотрим на структурной схеме секцию движения ротора генератора, которая может быть представлена, как показано на рис. 4-3,а. Эта секция может быть заме­ щена звеном с передаточной функцией

К р С РЕ

СКЪ= КрСръ+ 1’

где коэффициент С указывает на зависимость передаточ­ ной функции Къ от исходного режима.

66

циент усиления секции движения ротора генератора увеличивается с увеличением исходного угла сдвига ро­ тора.

ного угла, как это следует из (3-64).

Таким образом, влияние электромеханических конту­ ров сказывается тем сильнее, чем больше угол сдвига

ад

** а д

а>

—\=т— —

б)

Рис. 4-3. Секция движения ротора генератора.

а — полная структурная схема; б —замещающее звено.

ротора в исходном режиме, т. е. чем больше при той же э. д. с. активная мощность генератора.

Обратная картина имеет место для электрических контуров. Рассмотрим, например, секцию регулирования по току статора. Выражения (3-64,г) и (3-64,д) могут быть переписаны в виде

Обозначая угол сдвига между э. д. с. генератора и полным током его статора через ф, получим:

гЛг

Коэффициенты секции автоматического распределения по реактивной мощности также зависят от исходного режима (3-64е) и (3-64ж), причем аналогично предыду­ щему в режиме чисто реактивной нагрузки коэффициент

и

по э. д. с. имеет максимальное значение с 0£= — , а ко-

4 хг

эффициент по углу равен нулю.

Таким образом, влияние электрических контуров сказывается тем сильнее, чем больше фазный угол на­ грузки генератора, т. е. чем меньше при той же э. д. с. активная мощность и, следовательно, угол сдвига рото­ ра генератора.

Заметим, что, пользуясь примененной в предыдущем пункте методикой, нетрудно показать, что в режимах, отличных от номинального, равенства (4-21), (4-22) вследствие изменения коэффициентов С в уравнениях (4-19), (4-20) становятся несправедливыми. Поэтому в схемах с распределением по Q, / и /р, которым при номинальном режиме генератора, как установлено вы­ ше, соответствует приблизительное совпадение зон устойчивости, следует ожидать, что это совпадение при изменении режима будет нарушаться.

3. Влияние компаундирования на устойчивость систем распределения

Как явствует из (4-8) — (4-10), увеличение коэффи­ циента компаундирования kj увеличивает коэффициент усиления полной разомкнутой системы автоматического распределения &реГг; это влечет за собой при неизменном

68