Способ автоматической коррекции характеристик регулятора частоты электроэнергетического агрегата

 

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛЯТОРА ЧАСТОТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АГРЕГАТА, основанный на изменении уставок динамических параметров регулятора, о тличающийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования регулятора, измеряют электрическую активную мощность генератора, внешние и формируемые регулятором параметры, определяющие энергетическую характеристику двигателя, a также скорость изменения формируемого регулятором параметра, на основе энергетической характеристики двигателя по измеренным значениям внешних параметров , ее определяющих, и электрической активной мощности, прогнозируют значение формируемого регулятором параметра, при котором будет достигнут баланс мощностей двигателя и генератора, формируют дополнительный сигнал - разность прогнозируемого и измеренного значений упомянутого параметра, формируют также сигнал i допустимого отклонения, пропорциональ ный произведению выпрямленных значений скорости изменения параметра, формируемого регулятором, и дополнительного сигнала и изменяют уставки jje динамических параметров регулятора по пропорционально-интегральному закону, используя в качестве входного сигнал, пропорциональный произведеDO нию значений дополнительного сигнала сл | на скорость изменения формируемого регулятором параметра, a сигнал доЭд пустимого отклонения используют для :о смещения угла интегрирования.

as au

ГООУЯ Ч СТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ОООР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPbffMA

ОПИОАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н asvcwuioav сеицатаъстви (21) 3302752/24-07 (22)- 15.05.81 (46) 15А8.83. Бюл. N 30 (72) 0.И.Башнин (71) Всесоюзныи научно"исследовательский институт злектромавиностроения (53) 621.3!6.728(088.8) (56) 1. Пивоваров В,А. Проектирование .и расчет, систем регулирования гидротурбин. Л., нИааиностроение", 1973, с.215

2, фирменный проспект ЛИЗ

И 215.4, - "Электрогйдравлический регулятор. РИТИ-1", 1974..

3. Bul lettn 07058. ИоосЬмгд Coverлог Company, USA, Е1есйг!с Covernor

for Hudrau1lс Тиrbins, !976, geg

9970-350.

4. Авторское свидетельство СССР

Ю 744891, кл. k 02 Р 9/04, 1978. (54) (57) СПОСОБ АВТОИАТИЧЕСКОЙ КОР-

РЕКЦИИ ХАРАКТЕРИСТИК РЕГУЛЯТОРА ЧАСТО"

ТЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО АГРЕГАТА, основанный на изменении уставок динамических параметров регулятора, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования регулятора, измеряют электрическую активную мощность генератора, внешние и формируемые регулятором параметры, определяющие энергетическую характеристику двигателя, а также скорость изменения формируемого ре" гулятором параметра, на основе энергетической характеристики двигателя по измеренным значениям внешних параметров, ее определяющих, и электрической активной мощности, прогнозируют- значение формируемого регулято" ром параметра, при котором будет достигнут баланс мощностей двигателя и генератора, фор ируют дополнительный сигнал - разность прогноэируемого -и измеренного значений упомянутого параметра, формируют также сигнал а допустимого отклонения, пропорцнональ ный произведению выпрямленных значений скорости изменения параметра, формируемого регулятором, и дополнительного сигнала и изменяют уставки динамических параметров регулятора по пропорционально-интегральному закону, используя в качестве входногс сигнал, пропорциональный произведению значений дополнительного сигнала на скорость изменения формируемого регулятором параметра, а сигнал допустимого отклонения используют для смещения угла интегрирования.

1t 1

Изобретение относится к автоматическому управлению электроэнергетическими агрегатами, в частности к автоматическому регулированию частоTbl последних, при резких изменениях характеристик нагрузки, например. при выделении агрегата из энергосис" темы в случае аварии и работе на изо" лированный район, при сбросе нагрузки и т п, Известны способы автоматической коррекции уставок регуляторов частоты при изменении характеристик нагрузки. Простейший из них заключается в автоматическом изменении уставок динамических параметров регуляторов при переходе агрегата от режима холостого хода к режиму работы на энергосистему. Согласно этому способу уставки переключаются при включении и отключении выключателя генератора сигналом, формируемым блок -контактом выключателя 51 1и (Г .

Недостаток указанного способа заключается в том, что уставки выбираются, исходя из обычной схемы включения генератора в сеть,.и при нестандартном включении могут привести к нарушению устойчивости, например при выделении агрегата на изолированный район в результате аварии передачи. При этом действия персонала по ручному изменению уставок могут ока" заться неправильными, так как характеристики нагрузки энергорайона и величины возмущений в нем, как пра" вило, неизвестны.

Известны также способы, основанные на выявлении режима автоколебаний и на программном изменении уставок динамических параметров регулятора частоты для демпфирования колебаний.

Фирмой Вудворд режим автоколебаний выявляется по движению регулирующего органа путем формирования верхнего и нижнего пределов допустимых откло" нений и регистрации ситуаций последовательных отклонений выходной координаты за зону допустимых отклонений.

Если интервал времени между двумя последовательными, противоположными по знаку, такими отклонениями меньше,, чем некоторый заранее заданный (10100 с), то такое поведение системы классифицируется как автоколебательное и формируется сигнал переключения уставок динамических параметров на определенное время (2-10 мин). а за035769 1 тем уставки возвращаются в исходное положение f3) .

Однако быстрое переключение уставок (через 10-100 с) может быть лож ным, так как в аварийной ситуации может произойти несколько системных переключений подряд, вызывающих большие возмущения, и коррекция характеристик регулятора может быть неверной, что

10 приводит к ухудшению свойств системы управления в целом, Кроме того, не определяется направление изменения характеристик регулятора и нет гарантии1 что система

1 после переключения будет устойчива.

Наиболее близким к изобретению является способ коррекции характеристик регулятора частоты электроэнергетического агрегата по колебаниям

0 контролируемого параметра (частоты), в котором также формируются два предела допустимых отклонений (верхний и нижний), регулируются последовательные выходы контролируемого параметра

25 за пределы упомянутой эоны и осуществ. ляется счет числа колебаний за контрольное время, а при превышении числа колебаний установленного уровня осуществляется изменение динамических параметров регулятора (4 ), Недостатки способа1не определяется направление изменения характеристик регулятора, что не гарантярует устойчивости во .всех возможных ситуациях, например, при выделении на потребитеЗ ля с отрицательным самовыравниванием; допускаются автоколебания регулирующего органа произвольной амплитуды, что может привести к израсходованию запаса рабочей жидкости для силовой

40 следящеи системы (в случае гидрогенератора) и отключению генератора от сети.

Таким образом, ни аналоги, ни прототип не обеспечивают надежного и правильного воздействия на изменение характеристик регулятора при действии возмущений с одновременным изменением свойств нагрузки.

Цель изобретения - повышение на50 дежности функционирования.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу автоматической коррекции характеристик регулятора частоты электроэнергетического агре 5 гата, основанному на изменении уставок динамических параметров регулятора измеряют электрическую активную мощность генератора, внешние и форми

1035769

3 руемые регулятором параметры, опре" деляющие энергетическую характеристику двигателя, а также скорость изменения формируемого регулятором ïàðàметра, на основе энергетической ха-

1характеристики двигателя по измерейным значениям внешних параметров; ее определяющих, и электрической активной мощности, прогнозируют значение форми. руемого регулятором параметра, при щ котором будет достигнут баланс мощ.ностей двигателя и генератора, формируют дополнительный сигнал - разность прогнозируемого и измеренного значений упомянутого параметра, формируют также сигнал допустимого отклонения, пропорциойальный произведению выпрямленных значений сигналов дополнительного и скорости изменения параметра> формируемого регулятором, уставки ди- щ намических параметров. регулятора изменяют по пропорционально-интегральному закону, используя в качестве входного сигнала произведение сигналов дополнительного и скорости изменения, па- д раметра, формируемого регулятором, а сигнал допустимого отклонения исполь. . зуют для смещения нуля. интегрирования.

При описании способа использованы обозначения:

Й „- электрическая активная мощность генератора;

È - мощность, развиваемая двигателем, П,,П „-. внешние параметры, определяющие режим двигателя; ь - положение регулирующего органа;

0 - выходной сигнал регулятора;

f - сигнал частоты вращения; . f i= - уставки динамических пара4О метров.

Все обозначенные величины технически несложно преобразуются с помощью различных измерительных преобразователей в. электрические. сигналы, пропорциональные их значениям в данный момент времени. ЕСли на систему регулирования действует возмущение со стороны нагрузки, т.е. изменяется и д, то первоочередной задачей управления является наискорейшее достижение баланса между "äsè И „» чтобы. предотвратить разгон ротора, так как

55 ш

NAs э

w dt где ш" угловая скорость;

3 - момент инерции ротора; скоРость изменения кинетиш у . ческой энергии ротора.

"Ри "Аз "эл О = О и, слеde

) Ю

de а с. довательно, 3t

= О что свидетель" ствует о компенсации действующего возмущения и переходе системы в режим стабилизации.

Первой операцией способа, если считать необходимые величины изме.ренными, является прогнозирование ожйдаемого равновесного значения параметра формируемого регулятором по сигналам электрической активной мощности генератора. внешним- параметрам и энергетической характеристике двигателя. Результат прогноза показывает при каком значении параметра, определяющего режим двигателя и формируемого регулятором, например; положении регулирующего органа или напряжений электронного блока, будет достигнут баланс мощностей, отдаваемой генератором в сеть и развиваемой двигателем. Иными словами непрерывно формируется сигнал, который указывает при каком значении выходного сигнала будет достигнуто равновесие. Этот сигнал может быть сформирован с помощью нелинейного функционального преобразователя на основе экспериментально снятой характеристики

=Fz(N++» n ð A2», ) или

" ("лв»

Вторая операция способа - формирование дополнительного сигналаразности между прогнозируемым и измеренным значениями формируемого регу" лятором параметра. Дополнительный сигнал характеризует величину действующего на систему возмущения или величину отклонения ее от положения равновесия.

Третья операция способа - формирование сигнала допустимого отклонения .Равного произведению выпрямленных значений сигналов дополнительного и скорости изменения параметра, формируемого регулятором и определяющеro режим двигателя. Этот сигнал " количественная оценка амплитуды колебаний системы вокруг положения равновесия.

Четвертая операция способа — формирование входного сигнала для про1035769

3 порционально-интегрального закона изменения уставок регулятора, который определяется как произведение дополни" тельного сигнала на сигнал скорости

° изменения параметра, формируемого ре- 5 гулятором и определяющего режим двигателя, Например, если дополнительный сигнал положителен, то регулятор должен увеличивать свой выходной сигнал, 10 чтобы достигнуть равновесия системы, если, кроме того, скорость изменения выходного сигнала также положительна, то можно изменять уставки на увеличение быстродействия, в этом случае знак произведения положителен.

Так как в положении равновесия ре . гулетора .величина входного сигнала для ПИ - закона изменения уставок равна нулю, то устаеки определяются 20 интегрированным выходным сигналом.

Смысл формирования сигнала допустимого отклонения и использование его е качестве смещающего нуль при интег." рировании становится очевидным при 25 рассмотрении режима аетоколебаний в системе. В этом случае дополнительный сигнал и сигнал скорости изменения параметра, формируемого регулятором,. синусоиды, сдвинутые по фазе, и one- p рация интегрирования дает в этом слу. чае постоянный результат, если рассматриваемые синусоиды сдвинуты по фазе на 90, что эквивалентно автоколебательной настройке регулятора.

Использование е качестве смещающего нуль интегрирования сигнала, пропорционального произведению амплитуд сигнала допустимого отклонения и скорости изменения параметра, формируемого регулятором, гарантирует настройку с заранее заданным запасом по фазе в контуре главной обратной связи, что говорит о постоянстве показателей устойчивости системы. !

В некоторых случаях первая операция способа может быть несколько видоизмененной: вместо прогнозирования равновесного положения регулирующих органов, можно прогнозировать мощность, которая будет развита двигате" лем в статике при данном положении регулирующих органов по характеристике й,щ- Й,щ(Р., П „, П2,...) - . 55

-"й,, (*„П „, П,," .. .)

Предлагаемый способ может быть реализован применительно к регулято" рам частоты вращения гидроагрегата.

В качестве параметра, определяющего режим гидротурбины и формируемого регулятором, возьмем положение главного сервомотора. А о скорости изменения этого параметра можно судить по смещению главного золотника от положения равновесия. Эти сигналы используются в современных системых управnews, Для стабилизации указанных систем широко используется гибкая обратная (изодромная) связь, которая выполня" ется, например, ввиде инерционной связи по скорости перемещения главного сереомотора.

На фиг.l представлена структурная схема изодромного регулятора, характеристики которого корректируются уст. ройством, реализующим предлагаемый способ; на фиг.2 - энергетическая характеристика гидроагрегата.

Устройство содержит иммитатор (нелинейный функциональный преобразо-. ватель) 1, блок вычитания (субстрактор) 2, выпрямители 3 и 4, блоки. умножения 5 и б, пропорциональный элемент 7, интегратор 8, сумматор 9, электромеханический элемент 10, управляющий изменением уставок, измеритель частоты вращения 11, элемент рассогласования 12, пропорциональное звено 13 гибкой образиной связи, электрогидраелический преобразователь 14, инерционное звено 15 гибкой обратной связи, звено 1б формирования статической характеристики регулятора, главный золотник 17, датчик 18 положения главного золотника, главный сервомотор 19, датчик 20 положения главного сервомотора, гидроагрегат 21, измеритель 22 мощности, датчик 23 напора ГЭС.

Для прогнозирования значения параметра, формируемого регулятором, необходимо располагать энергетической характеристикой агрегата, т.е. статической зависимостью мощности, разви ваемой двигателем от положения регулирующего органа и напора для случая примера реализации, Такая характеристика для гидроагрегата известна по результатам натурных или модельных испытаний (фиг.2). Прогнозирование заключается в нахождении того значения положения регулирующего органа рС, рри котором двигатель разовьет мощность.

:равную мгновенному значению электри5

l5

7 10 ческой мощности генератора. Фактически надо определить значения функции

pà/ð „ ïî заданным значениям переменных, от которых она зависит: электрической активной мощности генератора и действующего на рабочее колесо напо и„ Н„)

Указанную задачу можно решить с ,помощью нелинейных функциональных преобразователей, достаточно широко применяемых в аналоговых устройствах . различного назначения.

Устройство работает следующим образом.

При изменении сигнала, например увеличении электрической активной мощности М, который формируется измерительным преобразователем 22 мощ" ности, в первый момент времени сервомотор 19 регулятора неподвижен. Иммитатор 1 формирует сигнал, который дает значение сигнала, пропорционального положению главного сервомотора, необходимое для достижения равновесия при измеренной мощности и напоре (сигнал датчика 23), этот сигнал больше сигнала датчика 20 положения, т.е. дополнительный сигнал, снимаемый с блока 2 вычитания, положителен. Падение частоты вращения вызывает смещение главного золотника 17 в положительном направлении, т.е. на движение сервомотора вверх. Произведение сигнала датчика положения главного золотника (сигнал датчика 18) и дополнительного сигнала положительно, что приводит к формированию пропорциональным каналом (пропорциональный элемент 7, сумматор 9, элемент 10, звено 13, звено 15) сигнала к уменьшению интенсивности стабилизирующего воздействия и ускорению компенсации возмущ".ния, В момент времени, когда дополнительный сигнал становится рав.ным нулю, уставки возвращаются в ис.ходное положение, и при дальнейшем движении регулятора наблюдается процесс увеличения интенсивности воздействия в цепи стабилизирующей обратной связи (звенья 13 и 15), что приводит

35769 8 к быстрому торможению движения главного сервомотора 19. Таким образом, воздействие, пропорциональное произведению сигнала отклонения главного золотника и дополнительного сигнала, способствует удержанию регулирующего органа в окрестности положению равновесия, т.е. не позволяет развиться автоколебаниям. Так как само это про" иэведение при малых колебаниях вели" чина второго порядка малости, то окончательная установка уставок осуществляется на малых колебаниях интегрирующим каналом (выпрямите 1и 3 и 4, блок умножения 6, интегратор 8, сумматор 9, элемент 10), который на частоте собственных колебаний систе-, мы устанавливает определенный сдвиг по фазе в разомкнутом контуре, чем обеспечивает заранее заданный коэф" фициент затухания колебаний.

При реализации предлагаемого способа для других систем регулирования частоты в его состав могут дополни" тельно включаться: фильтры высокой и низкой частоты, блоки формирования знаковых функций для повышения эф" фективности. пропорционального сигнала, дифференциаторы, выполняющие функции измерителей скорости, несколько исполнительных устройств для изменения различных уставок и специальные цепи, вводимые в прямой тракт регулятора для возможности реализации способа, например связка компаратор - интегратор, охваченные отрицательной обратной связью.

Технико-экономические преймущест" ва способа по сравнению с известными заключаются, прежде всего, в непрерывном контроле за переходным процес" сом, причем пропорциональный сигнал

ПИ - закона управления уставками осуществляет быстрое изменение свойств регулятора в течение самого переходного процесса, а неинтегрированный сигнал обеспечивает окончательный выбор уставок для установившегося режима..

1035769

ФИ2.1

1035769

Уу но

Яном

Составитель К,фотина

РедактоР М.Келемеш Текред B.Далекорей КоРРектоР М.Демчик

Заказ 5852/58 Тираж 687, Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

3 13035, Москва. Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент". r. Ужгород, ул. Проектная, 4