Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология передач и вставок постоянного тока. Ч.1. Общие принципы технологии передач и вставок постоянного тока. Учебное пособие
.pdf
На рис. 1.17 приведена типовая структурная схема РТВ. Входными
сигналами РТВ являются уставка по току Iуп и ток преобразователя Id.
Из приведенной схемы видно, что при увеличении тока Id происходит
увеличение выходного сигнала РТВ. Это приводит к увеличению углов
включения преобразователя, снижению его напряжения и снижению тока. Преобразование сигнала рассогласования в управляющий сигнал αВ
производится по пропорционально-интегральному закону. В некоторых
случаях на ППТ с длинной линией постоянного тока, обладающей значительной зарядной мощностью, интегратор заменяется на инерционное
звено. Это снижает статическую точность РТВ, но позволяет увеличить
скорость восстановления мощности передачи после ликвидации аварий.
Интегральный канал имеет индивидуальное ограничение сигнала сверху
и внизу, выполняемое ограничителем ОГ1. Нижнее ограничение устанавливается близким к нулю, а верхнее – в диапазоне 60°…100°. Суммарный сигнал обоих каналов также ограничивается ограничителем
ОГ2 в диапазоне от 5° до 125°. Коэффициент усиления пропорционального канала и постоянная времени интегрального канала подбираются
индивидуально для каждого объекта.
РТИ (рис. 1.18) реагирует на снижение тока преобразователя относительно уставки и формирует сигнал δ
, являвшийся одной из со-
РТИ
ставляющих уставки РУО. РТИ содержит два канала: пропорциональный и форсировочный. Форсировочный канал предназначен для
компенсации запаздывания, вносимого в тракт регулирования тока регулятором угла отключения. Постоянная времени форсировочного канала выбирается из условия
,TK Т=⋅
РУО РУО
где K
Т
РУО
– коэффициент усиления пропорционального канала РУО;
РУО
– постоянная времени интегрального канала РУО.
Рис. 1.18. Структурная схема РТИ
41
Ограничители ОГ1 и ОГ2 осуществляют ограничение сигналов
внизу на уровне нулевых значений. Таким образом, сигнал РТМ может
иметь только положительные значения, увеличивающие уставку по углу
отключения при снижениях тока относительно уставки. Если ток превышает уставку, то РТИ не оказывает влияния на режим работы преобразователя, т. к. его сигнал равен нулю.
Благодаря наличию запаса по току, уставка тока РТИ несколько
ниже уставки тока РТВ. В нормальных режимах работы объекта в активном состоянии находится РТВ, подавляющий малые флуктуации тока. При увеличениях тока в активном состоянии остается РТВ. При
снижениях тока функция регулирования тока переходит к РТИ.
БРТИ используется только в схемах ППТ с параллельными ветвями
на инверторе и предназначается для обеспечения равномерного распределения тока полуцепи между параллельно соединенными преобразователями. Координация работы БРТИ и РУО осуществляется по принципу
подчиненного регулирования: выходной сигнал БРТИ служит одной из
составляющих сигнала уставки РУО.
Структурная схема БРТИ приведена на рис. 1.19. Разность токов
параллельно соединенных ветвей Id1 и Id2 преобразуется в сигнал δ
РТВИ
по пропорционально-форсировочному закону. Форсировочный канал
имеет то же назначение, что и в схеме РТМ. Сигнал δ
в сигналы δ
ветви, а δ
РТВИ2
Если Id1 >Id2, то сигнал δ
δ
РТВИ2
= δ
РТВИ
РТВИ1
и δ
, причем δ
РТВИ2
поступает на вход РУО первой
РТВИ1
– второй ветви.
положителен. Поэтому δ
РТВИ
. Увеличение уставки РУО второй ветви приводит к сни-
преобразуется
РТВИ
РТВИ1
= 0, а
жению напряжения этой ветви и увеличению ее тока.
1.3.3.3. Подсистема регулирования угла отключения
Основным элементом подсистемы регулирования угла отключения
является регулятор угла отключения (РУО). Назначение этого регулятора состоит в изменении углов включения вентилей инверторного преобразователя с целью поддержания углов отключения на уровне заданного
значения.
РУО (рис. 1.19) сравнивает уставку по углу отключения δу с сигналом измерительного органа ИО δ
интегральному закону сигнал β
и формирует по пропорционально-
min
.
РУО
Уставка по углу отключения представляет собой сумму следующих
сигналов:
• δ
• δ
– значение угла отключения в стационарных режимах;
ном
– сигнал РТИ;
РТИ
42
• δ
• δ
БРТИ1(2)
увт
– сигнал БРТИ первой (или второй) ветви;
– сигнал устройства воздействия по току (см. ниже).
Измерительный орган измеряет углы отключения всех двенадцати
вентилей преобразователя и выбирает из них минимальную величину.
Для измерения углов отключения на его вход подаются коммутирующие напряжения (U) и токи вентильных обмоток трансформаторов (i),
питающих данный преобразователь. Угол отключения каждого вентиля
определяется как интервал времени от момента снижения до нуля тока
вентильной обмотки до момента перехода через нуль в сторону положительных значений соответствующего коммутирующего напряжения.
При отключенном состоянии преобразователя или при токе преобразователя Id, меньшем заданной минимальной величины, РУО автоматически переключается на измерение углов опережения. В таких режимах
начало измеряемого интервала определяется моментом появления соответствующего импульса управления вентиля И.
Параметры регулятора угла отключения (коэффициент усиления
пропорционального канала и постоянная времени интегрального канала) выбираются таким образом, чтобы переходная функция замкнутого
контура регулирования угла отключения имела апериодический характер. Наличие перерегулирования не допускается, поскольку в этих случаях углы отключения могут снижаться до недопустимых значений, что
создает опасность опрокидывания инвертора.
Рис. 1.19. Структурная схема БРТИ
Коэффициент усиления пропорционального канала K
обычно
РУС
имеет малые значения (порядка 0,1 град/град).
Особенно важное значение для работы ППТ (ВПТ) в целом имеет
величина постоянной времени Т
интегрального канала РУО.
РУС
Уменьшение постоянной времени улучшает одну из основных динамических характеристик ОРТ – время восстановления мощности по-
43
сле прекращения аварий (например, коротких замыканий в приемной
энергосистеме).
С другой стороны, для получения апериодической переходной
функции требуется увеличение постоянной времени. Особенно большое
внимание этому вопросу следует уделять, если инверторная подстанция
подключается к слабой энергосистеме. В таких случаях относительно
быстрые изменения угла опережения создают значительные искажения
формы коммутирующего напряжения. Искажения напряжения существенно влияют на величины углов отключения и могут вызывать
нарушения коммутаций. Поэтому скорость изменения углов опережения должна быть скоординирована с величиной и скоростью затухания
искажений напряжения в переходных и аварийных процессах. Обычно
значение постоянной времени выбирается из диапазона 500…1500.
Рис. 1.20. Структурная схема РУО
Ограничители ОГ1 и ОГ2 ограничивают выходной сигнал РУО
сверху и снизу. Нижнее ограничение устанавливается на уровне нуля,
не допуская появления отрицательных значений углов опережения.
Верхнее ограничение определяет максимальное значение угла опережения.
Выходной сигнал РУО вычитается из постоянного сигнала, равного
180°. В результате формируется управляющий сигнал системы регулирования инвертора αи.
Одна из важнейших проблем регулирования связана с обеспечением коммутационной устойчивости инвертора.
В течение интервала времени между двумя соседними измерениями угла отключения условия коммутации вентилей при переходных
процессах могут изменяться на величину, достаточную для нарушения
44
коммутаций. Наличие достаточно большой инерционности контура регулирования угла отключения, обусловленной указанными выше факторами, является второй причиной, по которой РУО без принятия дополнительных мер не способен обеспечить коммутационную устойчивость.
На процесс коммутации вентилей влияют два фактора: величина
выпрямленного тока и форма и величина коммутирующего напряжения.
Принципиально задача может решаться методом регулирования по возмущениям. С этой целью специальными средствами выделяются увеличения тока, изменения напряжения и соответствующим образом увеличиваются углы опережения вентилей.
Этот метод легко и эффективно реализуется при предотвращении
нарушений коммутаций в переходных процессах, сопровождающихся
только увеличением тока. На рис. 1.20 пунктиром показана схема
устройства воздействия по току (УВТ), предназначенного для решения
этой задачи. Она состоит из форсировочного звена и диода. При неизменной величине тока, а также при его снижении сигнал δ
равен ну-
увт
лю. При увеличении тока увеличивается уставка РУО по углу отключения и, следовательно, углы опережения. Если постоянная времени УВТ
выбрана, то изменение сигнала β
Id. Коэффициент пропорциональности равен KТ/K
пропорционально увеличению тока
РУО
град/ед. тока. Ори-
РУО
ентировочное значение указанного коэффициента пропорциональности
должно определяться путем деления величины угла коммутации в номинальном режиме на величину номинального тока.
Значительно сложнее обеспечить устойчивость инвертора при изменениях коммутирующего напряжения. Причина этого состоит в наличии противоречия между требуемой высокой чувствительностью к отклонению мгновенных значений коммутирующих напряжений и
необходимостью подавления расходящихся процессов, вызываемых
взаимным влиянием отклонений углов опережения и искажений формы
коммутирующего напряжения друг на друга.
В связи с этим при разработке системы регулирования приходится
учитывать возможность нарушений коммутации в переходных процессах.
Задача системы регулирования в таких случаях состоит, во-первых,
в обеспечении наиболее быстрого восстановления коммутаций вентилей
после прекращения действия исходного возмущения, вызвавшего опрокидывание инверторного преобразователя, а во-вторых, в предотвращении распространения аварии на преобразователи, находящиеся вне зоны
действия исходного возмущения. Например, в ППТ при нарушении
коммутаций в преобразователе, принадлежащем одной полуцепи, следует принимать меры, предотвращающие нарушения коммутаций в
45
преобразователях другой полуцепи. В ВПТ нарушения, возникающие в
одном блоке, не должны распространяться на другие блоки.
Решение этих задач осуществляется с помощью дополнительных
устройств, входящих в состав подсистемы регулирования углов отключения.
По способу воздействия они делятся на две группы. К одной из них
относятся устройства, увеличивающие углы опережения, а к другой –
устройства, воздействующие на уменьшение выпрямленного тока.
Увеличение углов опережения является эффективным средством
для решения указанных задач. Оно может быть использовано, если схема характеризуется относительно слабой зависимостью амплитуды пер-
вой гармоники коммутирующего напряжения от углов опережения (χ).
Это может иметь место при достаточно высоких ОКЗ, а также при наличии на инверторных подстанциях регулируемых источников реактивной
мощности: статических тиристорных компенсаторов или синхронных
компенсаторов. Воздействие на углы опережения производится путем
их скачкообразного одноразового увеличения в следующих случаях:
• при обнаружении посадки коммутирующего напряжения;
• перед выполнением коммутационных операций с элементами си-
стемы переменного тока, подключенными к шинам инверторной подстанции: преобразовательными трансформаторами, линиями переменного тока, фильтрами гармоник и т. д.;
• при обнаружении нарушения коммутации хотя бы на одном пре-
образователе и др.
Основное достоинство этого способа состоит в его быстродействии
и ограниченном воздействии на нагрузку ППТ (ВПТ).
Снижение тока наиболее эффективно в условиях вставок постоянного тока. Фактором, вызывающим принудительное снижение тока, является уменьшение углов отключения преобразователя до заданного
предела. Снижение тока производится на поврежденном (а в некоторых
случаях и на неповрежденном) блоке путем согласованного уменьшения
уставок тока РТВ и РТИ на величину, зависящую от снижения углов отключения по отношению к упомянутому пределу. При восстановлении
углов отключения уставки тока увеличиваются с заданной скоростью.
Эффективность метода снижения тока на ВПТ определяется тем, что
устройство, поставляющее информацию об углах отключения, и
устройства, принимающие сигналы на изменение уставок тока, территориально совмещены, и потому не требуются специальные каналы связи. Кроме того, при отсутствии линии постоянного тока и достаточно
малой величине сглаживающих реакторов, обычно применяемых на
ВПТ, снижение тока осуществляется с большой скоростью.
46
На ППТ снижение тока осуществляется по факту снижения напряжения на линии: при уменьшении напряжения ниже определенного
уровня производится уменьшение уставок тока на величину, зависящую
от снижения напряжения. После восстановления напряжения уставки
тока увеличиваются с заданной постоянной времени.
1.3.3.4. Программное изменение
углов включения преобразователей
Программное изменение углов включения производится в процессах включения и отключения выпрямительных преобразователей, а при
наличии в ППТ параллельных ветвей – в процессах включения ветви
при работающей другой ветви и при отключении одной из двух работающих ветвей.
Инициирующим сигналом для программного изменения углов
включения являются соответствующие сигналы системы автоматики.
Способы реализации программного изменения углов могут быть
различными. Один из них заключается в воздействии на ограничения
регуляторов. В частности, на выпрямителе при отключении преобразователя нижнее ограничение ограничителя ОГ2 увеличивается по линей-
ному закону от минимального значения угла включения α
или от те-
min
кущего значения сигнала αв до значений 120°…125°.
При включении выпрямителя оно уменьшается от указанного или
более низкого значения до α
min
.
При включении инверторной ветви перед отпиранием импульсов
увеличивают до заданной величины нижние ограничения ограничителей ОГ1 и ОГ2 РУО вводимой в работу ветви. После появления тока
нижние ограничения этих ограничителей уменьшаются до нуля по линейному закону с заданной скоростью.
При отключении одной из ветвей до заданной величины по линейному закону увеличиваются нижние ограничения тех же ограничителей
РУО ветви, остающейся в работе. После снижения тока отключаемой
ветви до нуля нижние значения ограничений снижаются до нуля.
1.3.3.5. Устройство формирования импульсов управления
Устройство формирования импульсов управления (УФИ) является
дополнительным органом подсистем, воздействующих на углы включения вентилей. Функцией УФИ является формирование импульсов, фаза
которых, отсчитанная от моментов перехода коммутирующих напряжений через ноль в сторону положительных значений, определяется
управляющим сигналом системы регулирования. На выпрямителе
47
управляющим сигналом является выходной сигнал РТВ αв, а на инвертор – сигнал РУО αи.
Основной принцип действия УФИ, применяемых в САУ ППТ
(ВПТ), состоит в сравнении управляющего сигнала с опорным сигналом
и формировании управляющих импульсов в моменты их встречи.
Опорный сигнал может изменяться по линейному или косинусоидальному закону.
Принципиальное значение имеет способ синхронизации опорных
сигналов с коммутирующими напряжениями.
Наиболее простой способ синхронизации состоит в том, что в момент перехода через ноль каждого коммутирующего напряжения производится запуск, например, линейно-нарастающего опорного сигнала.
В некоторых случаях коммутирующие напряжения предварительно
сглаживаются специальными фильтрующими устройствами, входящими
в состав УФИ.
Метод определения моментов подачи импульсов управления при таком способе синхронизации, называемый управлением с постоянным углом включения, обладает тем свойством, что при идеально одинаковой
настройке каналов, формирующих импульсы для всех вентилей преобразователя, и при постоянном управляющем сигнале одинаковыми являются
углы включения вентилей этого преобразователя, независимо от несимметрии или искажений формы кривых коммутирующих напряжений.
Управление с постоянным углом включения может использоваться
только в тех случаях, когда ППТ (ВПТ) подключается к сильным энергосистемам. При работе ППТ (ВПТ) со слабыми энергосистемами
управление с постоянным углом включения приводит к неустойчивой
работе преобразователей, проявляющейся в несимметрии управляющих
импульсов и наличии в коммутирующих напряжениях значительных по
величине неканонических гармоник.
На мощных ППТ (ВПТ), для которых характерны жесткие требования в отношении симметрии импульсов, и особенно при связи ППТ
(ВПТ) со слабыми энергосистемами, следует использовать метод управления с равными интервалами между импульсами (равноинтервальные
системы управления).
Этот метод управления обеспечивает при постоянном управляющем сигнале формирование импульсов с одинаковыми интервалами
между ними, независимо от несимметрии или искажений формы коммутирующих напряжений.
Равноинтервальные системы управления строятся на базе автономных генераторов с автоматической подстройкой по фазе и частоте коммутирующего напряжения. Пример такой системы показан на рис. 1.21.
48
Рис. 1.21. Структурная схема равноинтервальной системы управления
Автономный генератор состоит из интегратора И и нуль-органа
НО. На вход интегратора подается постоянный сигнал, равный I. В момент встречи линейно нарастающего выходного сигнала интегратора и
управляющего сигнала α
нуль-орган вырабатывает очередной им-
в(и)
пульс. В этот же момент по сигналу С сигнал интегратора скачком
уменьшается на величину 30° (для двенадцатифазного преобразователя)
и далее вновь начинает возрастать. Таким образом, на выходе интегратора формируется пилообразный сигнал ПС, а на выходе НО – последовательность равноинтервальных импульсов ИМ. Распределитель импульсов РИ распределяет импульсы по двенадцати каналам.
Синхронизация пилообразного сигнала осуществляется с помощью
датчика угла включения ДУВ и фильтра низкой частоты ФНЧ путем автоматической подстройки генератора по частоте и фазе коммутирующего напряжения. ДУВ, на входы которого поступают коммутирующие
напряжения и импульсы управления вентилями Р1….Р12, вырабатывает
сигнал α, пропорциональный действительным значениям углов включения вентилей. На ФНЧ поступает сигнал, равный разности между за-
данным системой регулирования углом включения (сигнал α
) и дей-
в(и)
ствительной его величиной. Выходной сигнал ФНЧ воздействует на
наклон пилообразного сигнала.
Передаточная функция и параметры настройки ФНЧ выбираются
таким образом, чтобы замкнутый контур подстройки обладал астатизмом второго порядка, а переходная функция при скачке фазы коммутирующего напряжения имела апериодический (второго порядка) характер с постоянной времени, регулируемой в диапазоне 0,05...0,20 с, и
перерегулированием, не превышающим 10 % от величины скачка.
Устройство формирования импульсов выполняет также функцию
исполнительного органа системы автоматики. По сигналу этой системы
49
производится блокирование (запирание) и деблокирование (отпирание)
импульсов Р1...Р12 при выполнении коммутационных операций с преобразователем.
1.3.3.6. Подсистемы, воздействующие на переключение
ответвлений трансформаторов
Как указывалось ранее, на переключение ответвления (на РПН)
преобразовательных трансформаторов воздействуют подсистемы регулирования углов включения выпрямителя, выпрямленного напряжения
и напряжения вентильных обмоток трансформаторов.
Принцип действия ПРУВ и ПРН поясняется с помощью внешних
характеристик регулируемых выпрямителя и инвертора (рис. 1.22).
Рис. 1.22. Внешние характеристики выпрямителя и инвертора
Внешняя характеристика выпрямителя и инвертора состоит из двух
участков, один из которых соответствует постоянству угловой характеристики (угла включения на выпрямителе и угла отключения на инверторе), а второй – постоянству тока. Координаты точки пересечения
внешних характеристик (точки А) представляют собой значения выпрямленного напряжения и тока ППТ (ВПТ) в установившемся режиме
работы. Расстояние от точки излома внешней характеристики выпрямителя до точки А определяет величину угла включения выпрямителя: чем
больше это расстояние, тем больше угол включения.
Приведенные внешние характеристики отображают нормальный
установившийся режим ППТ (ВПТ), при котором в активном состоянии
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]