- •1. Общие вопросы стабильной работы энергосистемы
- •1.1. Режимы работы больших енергосистем
- •1.2. Требования, предъявленные к частотным режимам работы энергосистем
- •2.1.1. Алгоритмы автоматического регулирования
- •2.1.2. Гидродинамические регуляторы частоты вращения турбогенераторов
- •2.1.3. Электрогидравлические регуляторы частоты вращения гидрогенераторов
- •2.2. Вставка постоянного тока
2.1.3. Электрогидравлические регуляторы частоты вращения гидрогенераторов
Электрогидравлические АРЧВ состоят из двух частей: электрического регулятора частоты и гидравлической исполнительной части, связанной с регулятором электрогидравлическим преобразователем (ЭГИ) его выходного тока в механическое воздействие на гидротурбину.
По алгоритмам функционирования, способам его формирования и техническому исполнению различаются два основных вида электрогидравлических регуляторов (ЭГР) частоты:
с ПИ-алгоритмом (рис. 3.8), его формированием функциональной обратной связью, охватывающей последовательно соединенные указанные две части ЭГР (см. рис. 3.5,а), и выполнением на транзисторных (прежних выпусков на магнитных) усилителях (регуляторы типов ЭГР-1Т и ЭГР-М соответственно);
IIИД-регулятор с формированием алгоритма электрической частью ЭГР, т.е. собственно электрическим регулятором, выполняемый на интегральных микросхемах типа ЭГР-2И.
Структурная схема. АСРЧВ (рис. 3.9) с ЭГР-2И содержит схему собственно регулятора АР и схему электрогидравлической исполнительной части ГИУ, представляющей собой, благодаря главной (для нее) жесткой отрицательной обратной связи ГООС гиу, замкнутое автоматическое следящее [за выходным током Ip(р) регулятора на входе ЭГП] устройство (следящий регулятор): ток Ip(р) является задающим предписанное для следящего регулятора, значение регулирующего воздействия. Его функционирование аналогично действию следящего золотника СЗ (см. рис. 3.6) гидродинамического АРЧВ турбогенератора. В связи с относительно малой постоянной времени эквивалентного апериодического звена, замещающего исполнительную часть, она практически не влияет на переходные процессы в замкнутой АСРЧВ.
Пропорционально-интегральная составляющая алгоритма регулирования формируется функциональной отрицательной обратной связью, охватывающей только электронный интегрирующий усилитель ЭИУ. Переключаемая обратная связь (контакты К1,К2) обеспечивает : гибкая реализуемая реальным дифференцирующим звеном (см. рис. 3.5,б,г), действие регулятора как астатического; жесткая реализуемая безынерционным звеном (Ко.с.), — как статического, а комбинированная обратная связь — функционирование регулятора как статического с интенсивным затуханием переходного процесса.
Пропорционально-интегрально-дифференциальный алгоритм автоматического регулирования в целом обеспечивается параллельным подключением электронного дифференциатора ЭД (на рис. 3.9) на входе электрического регулятора (см. рис. 3.5,г).
Еще одна особенность структурной схемы регулятора. ЭГР-2И (рис. 3.9) — ввод воздействия ΔР(р) от автоматического регулятора мощности (АРМ) непосредственно в ЭГП, обеспечивает быстродействие его реализации: в прежних ЭГР воздействие от АРМ вводилось на входе регулятора и его исполнение зависело от инерционности регулятора в целом. Одновременный ввод воздействия от АРМ в цепь гибкой отрицательной обратной связи (см. рис. 3.8) снижал указанную инерционность.
Поэтому ЭГР имеют (рис. 3.10 и 3.11) независимые устройства изменения предписанных частоты и мощности — механизмы изменения частоты МИЧ и мощности МИМ вместо одного механизма управления турбиной МУТ гидродинамических регуляторов (см. рис. З.6).
Рисунок посмотри и добавь
Указанные дна вида автоматических регуляторов различаются электрическими измерительными преобразователями частоты напряжения гидрогенератора и по схеме их подключения. В ПИ-регуляторах применяются пассивные ИПЧ в виде параллельного LC контура (см. рис. 3.10) или двойного Т-образного RС-моста, представляющие собой узкополосные заграждающие частотные фильтры с нулевой настройкой при номинальной промышленной частоте, имеющие одинаковые амплитудно-частотные (АЧХ) и фазочастотные (ФЧХ) характеристики [8]. Они подключаются к напряжению измерительного синхронного мини-генератора ИГ с возбуждением постоянным магнитом, расположенного на валу турбины.
В ПИД-регуляторе используется активный интегрирующий ИПЧ на управляемых электронных интеграторах, подключаемый к измерительному трансформатору напряжения гидрогенератора ТV (рис. 3.11).
Реальный резонансный ИОЧ выполняется как компенсированный но активному току параллельный LC-контур (см. рис. 3.10,а). Компенсация обеспечивается включением двух первичных обмоток трансреактора ТАV в цепь контура и в цепь компенсации с резистором R, сопротивление которого равно эквивалентному сопротивлению контура Rэ при резонансной частоте, равной номинальной промышленной ƒном: одинаковые токи 1а и 1R создают в обмотках МДС разных знаков, поэтому ЭДС трансформатора Етр = 0. Ври снижении или повышении частоты ЭДС определяется только реактивной — соответственно индуктивной IL или емкостной IC составляющей тока IP резонансного контура, находящимися в противофазе (рис. 3.10,б). Совместно с элементом сравнения фаз непрерывного действия ЭСФНД [8] ЭДС транcреактора Етр и напряжения синхронного генератора Uƒ LC-контур образует измерительный орган частоты (ИОЧ) с непрерывной характеристикой (рис. 3.10,6). Такие же характеристики имеет, как указывалось, и измерительный орган с ИGЧ в виде двойного Т-образного RC-моста с нулевой настройкой.
Особенностью измерительной части ЭГР первого из указанных двух видов является суммирование сигналов от ИПЧ, цепи жесткой обратной связи, установочных сигналов но частоте и мощности на переменном токе в пассивном сумматоре сигналов ПСС перед элементом сравнения фаз. Ври этом ЭДС трансреактора Етр, напряжение жесткой обратной связи Uо.с и ЭДС от МИЧ и МИМ всегда синфазны (совпадают по фазе или находятся в противофазе). Их источниками служат электромеханические измерительные преобразователи углов поворота валов направляющего аппарата турбины и редуктора, электродвигателей М1, М2 в ЭДС в виде заторможенных синхронных микромашин, возбуждаемых напряжением синхронного генератора— сельсинов ВG1-ВGЗ (на. рис. 3.10,а для примера обозначена. ЭДС Е_ол) [8].
РИСУНКИ
Поэтому постоянная составляющая Uо.п напряжения на выходе ЭСФНД определяется абсолютным значением суммы указанных ЭДС, которые смещают характеристику ИОЧ но оси частоты ƒ (показано на рис. 3.10,6 штрихпунктирными линиями).
Реальный пассивный RC-дифференциатор (с переключаемыми постоянными времени) гибкой обратной связи (электрического изодрома), формирующий сигнал по производной действующего значения ЭДС Ео.с, естественно функционирует на постоянном токе: дифференцирует выделенную частотным фильтром ZF нижних частот постоянную составляющую Но.с напряжения на выходе выпрямителя VC. Поэтому в функциональной схеме (см. рис. 3.10,п) предусмотрен суммирующий усилитель СУ сигналов постоянного тока от измерительной части (Uо.и и гибкой обратной связи ио.с.
Электрогидравлический преобразователь ЭГП представляет собой магнитоэлектрическое устройство преобразования значения и знака тока регулятора Iр в поступательное перемещение штока золотника гидравлического двигателя направляющего аппарата турбины. Он состоит из собственно электромеханического преобразователя тока в перемещение якоря электромагнита и гидравлического усилителя в виде следящего золотника, аналогичного СЗ измерительного преобразователя частоты вращения гидродинамического АРЧВ тепловой турбины (см. рис. 3.6) [8, 13].
Функциональная схема современного ПИД-электрогидравлического регулятора частоты вращения гидрогенераторов на интегральных микросхемах типа ЭГР-2И (рис. 3.11) содержит интегрирующий измерительный преобразователь частоты ИПЧ напряжения генератора Uг =Uƒ в электрический сигнал в виде изменяющегося напряжения постоянного тока Uоиƒ.
Он выполнен на двух управляемых интеграторах АJ1,AJ2 [8].
Управление производится парафазнымн напряжениями Uу1 ,Uу2 с прямоугольной формой кривой на выходах аналого-дискретного АДП преобразователя синусоидального напряжения синхронного генератора. Интегрируется постоянное напряжение Uо = соnst, в течение каждого из полупериодов напряжения Uƒ. Например, в положительный полупериод, в течение которого напряжение Uу1 положительно, а Uу2 отрицательно, работает интегратор АJ1: транзистор VТ1 закрыт, а VТ2 открыт, а. в отрицательный полупериод — интегратор АJ2. Напряжение ииƒ на выходе ИПЧ линейно нарастает с нуля в каждый полупериод и его постоянная составляющая Uоиƒ пропорциональна длительности периода промышленной частоты, т.е. обратно пропорциональна частоте .
Элемент сравнения непрерывного действия ЭСНД, выполняющий и функцию ФНЧ, выделяющего указанную постоянную составляющую напряжения Uƒу сопоставляет ее с установленным напряжением Uои поступающим от МИЧ и отображающим предписанную частоту регулятора (его уставку но частоте). Выходное напряжение Uои измерительного органа частоты ИОЧ изменяется по абсолютному значению и по знаку в зависимости от снижения или повышения относительно предписанной частоты напряжения синхронного генератора Uƒ т.е. частоты вращения гидрогенератора. Характеристика ИОЧ аналогична показанной характеристике 1 на рис. 3.10,6.
Элемент задания уставки регулятора но частоте МИЧ выполнен в виде специализированного элемента длительной аналоговой памяти, показанного на. рис. 3.11 условно в виде интегратора АJ3 управляющего сигнала Uƒч, запоминающего конденсатора С и повторителя напряжения АU. Реально применяется типовой интегрирующий электродвигательным с импульсным управлением задающий элемент , входящий в состав агрегатированного комплекса электрических средств регулирования (АКЭСР-2) в микросхемном исполнении (см. рис. 4.1) [6] .
В измерительную часть ЭГР-2И входит, как указывалось, активный (близкий к идеальному) дифференциатор AD выходного напряжения U0и измерительного органа частоты, формирующий Д-составляющую алгоритма автоматического регулирования. Его выходной сигнал, отображающий производную частоты, как и сигнал ИОЧ, поступает на суммирующий интегрирующий усилитель СИУ АWJ. На другие его входы приходят сигналы функциональной обратной связи: жесткой ЖОС и гибкой ГОС, выполненной в виде реального дифференциатора АDR. Функциональная ГОС, охватывающая указанный усилитель AWJ, определяет ПИ-составляющую алгоритма автоматического регулирования.
Взаимодействующие описанные функциональные элементы и образуют электрический автоматический регулятор частоты АР.
Электрогидравлическое исполнительное устройство ГИУ состоит из суммирующего усилителя регулирующего воздействия АР — тока IP воздействий в виде токов Iм, Iс от МИМ и от цепи главной (для ГИУ) отрицательной обратной связи ГООС гиу, источником сигнала которой служит поворотный трансформатор ПТ, установленный па. выходе гидравлического исполнительного механизма ИМ, а именно сочлененный с валом направляющего аппарата, турбины Т.
Переменное напряжение трансформатора, изменяющееся по абсолютному значению в функции угла его поворота, выпрямителем VS преобразуется в постоянное, возбуждающее ток Iоc .
Электрогидравлический преобразователь ЭГП, как указывалось, связывает электрическую и гидравлическую части ЭГР. Все электрогидравлические регуляторы снабжены вторым измерительным преобразователем частоты ИПЧ (на схемах не показан) напряжения на шинах электростанции, используемым при подготовке гидрогенератора к синхронизации [11]. Поэтому ЭГР выполняют функцию уравнителя частот ЭДС генератора н указанного напряжения. Они обеспечивают автоматическое управление и установление необходимой для четкого действия автоматического синхронизатора частоты скольжения генератора [13].