Устройство для моделирования синхронного генератора

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА По авт.св. 805360, отличающееся тем, что/ с целью расширения функциональных возможностей устройства путем учета влияния аварийной разгрузки турбин на устойчивость энергосистем , в него дополнительно введены источник ЭДС, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, дешифратор, элементы И, триггер, дополнительные ключи, дополнительные усилители, дополнительный суммирующий усилитель и задающие потенциометры, причем выходы дополнительных ключей подключены н первому входу дополнительного дафроаналотрвого преобразователя, выход которого соединен с первь м входом дополнительного суммэрующего усилителя, выход которого подключен к дополнительному входу блока вычисления, скольжения, выход источника ЭДС соединение одним выводом первого задающего потенциометра , другой вывод которого подключен к шине нулевого потенциала, средний вывод первого задающего потенциометра соединен.с входом первого дополнительного усилителя, выход которого подключен к зторому входу дополнительного суммирующего усилителя и к одним выводам второго и третьего задгиощйх потенциометров, другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, средние выводы второго и третьего згщающих потенциометров подключены соответственно к входам второго и третьего дополнительных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и j второго дополнительных ключей,управ-i йл ляющие .входы которых: подключены к выходам триггера, первый вход которого объединен с первым входом реверсивного счетчика и является управляющим входом устройства, выход третьего дополнительного усилителя соединен с третьим входом дополни:D , тельного суммирующего усилителя, выг; ход реверсивного счетчика подключен к второму входу дополнительного цифX роаналогового: преобразователя и к рходу дешифратора, выходы которого соответственно соединены с первыми JT входами элементов И и вторым входом триггера, выходы элементов И подклюtc чены .соответственно к второму и , третьему входам реверсивного счетчика , вторые входы элементов И являются соответственно первым и вторым информационными входами.устройства.

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (ll) 3(51) G 06 G 7/б 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I .

1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К ABT0PCHOVIV СВИДЕТЕЛЬСТВ( (61) 805360 (21) 3503460/18-24 (22) 14.10.82 (46) 23.01.84. Бюл. 9 3 (72) В.С,Бочаров (71) Ордена Октябрьской Революции всесоюзный государственный проектноизыскательский и научно-исследовательский институт Энергосетьпроект (53) 681. 333 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 805360, кл.0 06 G7/62, 1979 (прототип) . (54) (57) УСТРОЙСТВО gJN МОДЕЛИРОВАНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА i)o авт.св, Ю 805360, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем учета влияния аварийной разгруз- ки турбин на устойчивость энергосистем, в него дополнительно введены источник ЭДС, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, дешифратор, элементы

И, триггер, дополнительные ключи, дополнительные усилители, дополнительный суммирующий усилитель и задающие потенциометры, причем выходы дополнительных ключей подключены к первому входу дополнительного цифроаналогового Преобразователя, выход которого соединен с первым входом дополнительного суммирующего усилйтеля, выход которого подключен к дополнительному входу блока вычисления скольжения, выход источника MC соединен с одним выводом первого задакщего потенцио4 метра, другой вывод которого подклю-. чен к шине нулевого потенциала, средний вывод .первого задающего потенциометра соединен.с входом первого дополнительного усилителя, выход которого подключен к второму входу дополнительного суммирующего усилителя н к одним выводам второго н третьего задающих потенциометров, другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, средние вывбды второго и третьего задающих потенциометров подключены соответ- ственно к входам второго и третьего дополнительных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и Е второго дополнительных ключей,управ ляющие .входы которых: подключены к выходам триггера, первый вход которого объединен с первым входом реверсивного счетчика и является управляющим входом устройства, выход третьего дополнительного усилителя соединен с третьим входом дополнительного суммирующего усилителя, вы",, ход реверсивного счетчика подключен к второму входу дополнительного цифроаналогового: преобразователя и к

8ходу дешифратора, выходы которого соответственно соединены с первыми входами элементов И и вторым входом триггера, выходы элементов И подключены соответственно к второму и третьему входам реверсивного счетчика, вторые входы элементов И являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства.

1068952

Изобретение относится к моделированию электрических систем и может быть использовано в специализированных аналоговых и цифроаналоговых системах для расчета установившихся и переходных режимов.

По основному авт. св. Р 805360 известно устройство для моделирования синхронного генератора, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом блока вычисления скольжения, второй выход которого является выходом устройства и через усилитель подключен к пер- 15 вым входам амплитудных модуляторов, выходы которых через фильтры соединены с входами блока вычисления потокосцеплений,широтно-,импульсные модуляторы, выходы которых подключе- 20 ны к вторым входам амплитудных модуляторов, суммирующий усилитель мощности, формирователи импульсов, цифроаналоговые преобразователи и делитель частоты, вход которого соединен с выходом сумматора, прямой и инверсный выходы первой группы выходов делителя частоты через формирователи импульсов подключены к входам широтно-импульсных модуляторов, прямой и инверсный выходы второй группы выходов делителя частоты соединены с первыми входами цифроаналоговых преобразователей, вторые входы которых подключены к выходам блока вычисления потокосцеплений, выходы цифроаналоговых преобразователей соединены с входами суммирующего усилителя мощности, выход которого подключен к входу блока вычисления скольжения 513. ° 40

Однако известное устройство не позволяет учитывать влияние аварийной разгрузки турбин на устойчивость энергосистем.

Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей устройства путем учета влияния ава- . рийной разгрузки турбин на устойчивость энергосистем. 50

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для моделирования синхронного генератора дополнительно введены источник ЭДС, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, дешифратор, элементы И, триггер, дополнительные ключи, дополнительные усилители, дополнительный суммирующий усилитель и задающие потенциометры, причем 50 выходы дополнительных ключей подключены к первому входу дополнительноГо цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом дополнительного суммирующего уси-65 лителя, выход которого подключен дополнительному входу блока вычисления скольжения, выход источника ЭДС соединен с одним выводом первого задающего потенциометра, другой вывод которого подключен к шине, иулево. го потенциала, средний вывод первого задающего потенциометра соединен с входом первого дополнительного усилителя, выход которого подключен к второму входу дополнительного. суммирующего усилителя и к .одним выводам второго и третьего задающих, пдтенциометров, другие выводы которых соединены с шиной нулевого потенциала, средние выводы второго и третьего задающих потенцнометров подключены соответственно к входам второго и третьего дополнительных усилителей, выходы которых соединены соответственно с информационными входами первого и второго дополнительных ключей, управляющие входы. которых подключены к выходам триггера, первый вход которого объединен с первым входом. реверсивного счетчика и является управляющим входом устройства; выход третьего дополнительного усилителя соединен с третьим входом дополнительного суммирующего усилителя, выход реверсивного счетчика подключен к второму входу дополнительного цифроаналогового преобразователя и -к входу дешифратора, выходы которого соответ. ственно соединены с первыми входами элементов И и вторым входом триггера, выхдды элементов M подключены соответственно к второму и третьему входам реверсивного счетчика, вторые входы элементов И являются соответственно первым и вторым информационными входами устройства.

На фиг, 1 представлена структурная схема устройства для моделирования синхронного генератора; на фиг. 2 — возможные варианты характеристик аварийной разгрузки турбины, получаемые с помощью предлагаемого устройства, Устройство содержит генератор 1 импульсов стабильной частоты, сумматор 2 частот, делитель 3 частоты, формирователи 4 и 5 импульсов, широт. но-импульсные модуляторы 6 и 7,амплитудные модуляторы 8 и 9, фильтры

10 и 11, блок 12 вычисления потокосцеплений, цифроаналоговые преобразователи 13 и 14, суммирующий усилитель 15 мощности, блок 16 вычисления скольжения и напряжения электрической машины., усилители 17-22,преобраэователь 23 мощности, трансформатор 24, резисторы 25-39, конденсаторы 40-43, катушку 44 индуктивности, ключ 45, блок 46 управления, дополнительные усилители 47-49, до106 8952

60 ь5 полнительный суммирующий усилитель . 50, дополнительный цифроаналоговый преобразователь 51, реверсивный счетчик 52, дешифратор 53,элементы

И 54 и 55, триггер 56, дополнительные ключи 57 и 58, задающие потенциометры 59, 60 и 61, источник

ЭДС 62.

Формирователи 4 и 5 служат для

I преобразования однополярных прямоугольных импульсов, поступающих с делителя 3 частоты, в двухполярные, причем амплитуда положительных и. отрицательных импульсов задается равной и неизменной.

-.В широтно-импульсных модуляторах

6 и 7 используется принцип модуляции входным напряжением ширины импульсов.

Амплитудные модуляторы 8 и 9 представляют собой электронные ключи для коммутации аналоговых сигналов.

Фильтры 10 и 11 служат для выделения постоянной составляющей сигнала. !

Блок 12 вычисления потокосцеплений выполнен в виде схемы замещения контуров. моделируемой электрической машины на резисторах-и конденсато рах и содержит операционные усили.тели 20- 22, резисторы 26 — 27, конденсаторы 41-43. При моделировании синхронной электрической машины через резистор 36 на вход усилителя

20 подключется источник напряжения, величина которого пропорциональна напряжению 0 обмотки ротора. С по-. мощью одинаковых резисторов 35 и 36 устанавливается величина, пропорцио-. нальная активному сопротивлений обмотки ротора. С помощью усилителя

20,,его входных резисторов и элементов обратной связи вычисляется величина.потокосцепления ротора ф .

Резисторы 26-29 и конденсатор 42 образуют схему замещения электрической машины по продольной (с!.) оси ротора., а резисторы .31-33 и конденсатор 43 — по поперечной (q) .оси ротора, причем величина индуктивного споротивления рассеяния статора х устанавливается резисторами 27 и

31, величина индуктивного сопротивления рассеяния ротора — резисторами 28 и 33, величина индуктивного сопротивления рассеяния успокоительных контуров по продольной оси резистором 26, по поперечной оси-резистором 32. Активное сопротивление успокоительных контуров учитывается с помощью конденсаторов 42 и

43. Равенство по величине резисторов

29 и 30, а также 33 и 34 обеспечивает работу усилителей 21 и 22 в режиме инверторов, на выходах которых напряжения соответствуют потенциалам в средней точке схем замещения по продольной и поперечной осяи ротора.

Величины резисторов 29 и 33 соответственно пропорциональны сопротивлению взаимоиндукции обмоток статора и ротора по продольной и поперечной осям. Если на резисторы 27 и 31 поступают напряжения, пропорциональные соответственно проекциям напряжения статора электрической машины на поперечную и продольную оси ротора,то на выходах усилителей 21 и 22 вычисляются напряжения, пропорциональные потокосцеплению в воздушном зазоре между статором и ротором вдоль продольной и поперечной оси ротора, поэтому блок 12 является блоком вычис15 ления потокосцеплений электрической машины.

Блок 16 вычисления скольжения и напряжения электрической машины содержит операционные усилители 18 и 19, преобразователь 23 мощности, трансформатор. 24, резисторы 25, 38 и 39, конденсатор 46, катушку 44 индуктивности или ее эквивалентную схему моделирования, ключ 45 и блок

46 управления.

Величина индуктивного споротивления катушки 44 выбирается пропорциональной величине сопротивления рассеяния обмотки статора. Усилитель 18, трансформатор 24 и резистор 26 служат для измерения выходного тока устройства, пропорционального току статора электрической машины. В преобразователе 23 мощности получается напряжение, пропорциональное электромагнитному моменту на валу машинй, причем через резистор 39 на вход усилителя 19 подается напряжение, .пропорциональное механическому моменту на валу. В зависимости от знака

40 последнего напряжения электрическая машина работает в режиме генератора или двигателя. На выходе усилителя

19 вычисляется величина, пропорцио.нальная скольжению электрической

45 машины. С помощью ключа 45 и блока

46 управления с опорным напряжением

Оцд по одному из его входов на выходе усилителя 19 получают импульсы, частота следования которых пропорциональна величине скольжения. На втором выходе блока 16, подключенного к входу усилителя 17, вычисляется напряжение U« пропорциональное напряжению статора электрической машины.

С помощью потенциометров 59, 60 и 61 задаются соответственно значения коэффициента загрузки агрегата

К, MQL"Hoñòè разгрузки Р р и нагрузки Р„„, .турбины.

Усилители 47-48 служат для развязки цепей и имеют единичный коэффициент передачи. Ключи 57 и 58 совместно с цифроаналоговым преобразователем 51, реверсивным счетчиком 52, дешифратором 53, элементами И 54

1068952 и 55 и триггером 56 предназначены для формирования требуемого закона изменения мошности турбины. На выходе усилителя 50, являющегося суммирующим усилителем, воспроизводится напряжение, пропорциональное механическому моменту на валу агрегата.

Устройство работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы со стабильной частотой 2, (например, 5,096 МГц) 10 от генератора 1 импульсов стабильной частоты поступают на вход сумматора

2 частот, на другой вход которого поступают импульсы от блока вычисления скольжения и напряжения генера- 15 тора, которые управляют коэффициентом пересчета двоичного счетчика,. входящего в состав сумматора 2 частот. При отсутствии импульсов от блоКа 16 коэффициент пересчета этого 2О счетчика постоянен. Например, если его величина равна 32, то на выходе сумматора частот частота импульсов равна 128 кГц. Эти импульсы поступа,ют на вход шестиразрядного реверсив- 25 .ного счетчика делителя 3 частоты, с выходов которого производится управление электронными ключами в цифроаналоговых преобразователях 13и 14, а также на вход восьмиразрядного счетчика, выходы которого через формирователи 4 и 5 подключены к широтно-импульсным модуляторам 6 и 7. На входах последних действуют прямоугольные двухполярные импульсы с основной частотой модели (например, 50 Гц) .

Эти импульсы, стабилизированные по амплитуде и взаимно сдвинутые на

90, управляют скважностью выходных импульсов широтно-импульсных модуляторов 6 и 7, поступаюших на.амплитуд-40 ные модуляторы 8 и 9.

С помощью амплитудных модуляторов

9 и 8 производится проектирование выходного напряжения устройства на условные продольную (d) и поперечную 45 (С ) оси ротора. На выходах фильтров

10 и 11 выделяются постоянные напряжения, соответствующие проекциям напряжения статора на продольную и поперечную оси ротора. Эти напряже- 5() ния поступают в блок 12 вычисления потокосцепления,где с учетом напряжения обмотки возбуждения синхронного

;генератора Ug производится вычисление напряжений, соответствующих проекциям 5 потокосцеплений воздушного зазора на продольную и поперечную оси ротора.

В цифроаналоговых: преобразователях

13 и 14 производится преобразование. этих напряжений -в ступенчатые двухполярные напряжения, форма которых . близка к синусоидальной. Синусоида формируется из элементарных участков.

Длительность каждого иэ участков задается частоТой Х ., поступающей на вход шестираэрядного двоичного 65 реверсивного счетчика, входящего в состав делителя 3 частоты. Например, при 128 кГц число участков 256

1г

I причем на участке от 0 - счетчик работает на суммирование импульсов до заполнения, а затем происходит реверс. На участке от до g счетчик работает на вычитание, и в момент достижения им нулевого состояния производится переключение знака напряжения на аналоговом входе цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 на обратный, осуществляется реверс счет. чика на суммйрование импульсов, причем процесс формирования синусоиды повторяется уже для отрицательной ее полуволны. С выходов цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 взаимно сдвинутые по фазе на 90 (синусоидальные), напряжения поступают на суммирующий усилитель 15 мощности, где производится их сложение и усиление по мощности. На выходе суммирующего усилителя 15 мощности получается синусоидальное напряжение, соответствующее ЭДС Ер электрической машины за сопротивлением рассеяния статорных обмоток.

При воспроизведении возмущений по внешней сети (включение и отключение нагрузок, короткие замыкания и т.д.) величина напряжения U„ и его фаза на выходе устройства изменяются. Вследствие этого происходит изменение величины скольжения, получаемого в блоке 16 вычисления скольжения и напряжения электрической машины, и изменение частоты импульсов на выходе этого блока. На выходе сумматора 2 частот и делителя

3 частоты частота импульсов также изменяется. Напряжения, соответствующие пгоекциям потокосцеплений воздушного зазора на продольную и поперечную оси ротора, получаемые в блоке 12 вычисления потокосцеплений, изменяются. Амплитуда и фаза синусоидальных напряжений на выходах цифроаналоговых преобразователей 13 и 14 также меняются, что приводит к изменению амплитуды и фазы напряжения

Е на выходе суммирующего усилителя

15 мощности, соответствующего ЭДС машины за сопротивлением рассеяния обмотки статора. Величина тока, выдаваемого устройством во внешнюю сеть, изменяется, что опять приводит к изменению скольжения. Величина скольжения, пропорциональная абсолютной скорости ротора машины, после ряда качаний возвращается к нулевому значению, что соответствует сохра. нению устойчивости, либо увеличивается до ограничения, что свидетельствует о неустойчивости переходного режима и воэможности возникновения аварии после данного возмущения.

1068952

При решении задач, связанных с повышением устойчивости энергосистем и надежности их работы за счет использования мероприятий по аварийной разгрузке турбин, необходимо обеспечить изменению напряжения, соответствующего. механическому моменту Ми „, по вполне определенному закону.

По условиям статической устойчивости после аварийного режима требуется разгрузка турбины на длительное время (фиг. 2, характеристика

1), а для динамической — кратковременная, импульсная (характеристика

2) . Оба вида разгрузки могут исполь- 15 зоваться одновременно (характеристики 3 и 4) .

Исходное значение M «(P Ä задается c ïoìoùüþ потенциометра 59. При этом реверсивный счетчик 52 и триг- 2() гер 56 находятся в единичном состоя-. нии. Ключ 58 открыт, а 57 закрыт.

Напряжения с выхода цифроаналогового преобразОвателя 51 и усилителя

49 равны по величине, но противопо- 25

)ложны.. по знаку, поэтому на выходе суммирующего усилителя 50 присутствует только напряжение, соответствующее исходной мощностй турбины Р

По команде начала. аварийной разгрузки турбины от внешнего источника на вход вычитания реверсивного счетчика 52 через элемент И 55 начинают поступать импульсы, частота которых определяется требуемой скоростью разгрузки турбины.

Напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 51 уменьшается в соответствии с изменением дво ичного кода на выходе реверсивного счетчика 52, Когда последний доходит 4О до нулевого состояния, напряжение на выходе цифроаналогового преобра.зователя 51 становится равным нулю, а на выходе суммирующего усилителя

50 оно соответ ствует з начению Ppqqqp., 45 где P ry. - требуемое значение мощHoc ти разгрузки турбины, которое задается с помощью потенциометра 60 перед началом работы аварийной раз-.. грузки турбины.

С дешифратора 53 сигнал, соответ- ствующий нулевому состоянию реверсивного счетчика 52,. запирает элемент

И 55.и устанавливает триггер 56 в нулевое состояние. Ключ 58 закрывается, а ключ 57 открывается.

При подаче импульсов на вход элемента И 54 реверсивный счетчик 52 производит их суммирование. Напряжение на выходе цифроаналогового; преобрзаователя 51 изменяется от нуля до некоторой величины, соответствующей мощности нагрузки турбины в послеаварийном режиме. При этом реверсивный счетчик 52 заполняется до единичного состояния, и через дешифратор 53 элемент И 54 закрывается.

В этом состоянии устройство находится до окончания расчета.

Скорость нагрузки турбины определяется частотой импульсов, поступающих от внешнего источника (не показан) на вход элемента И 54.

Перед началом следующего расчета с учетом аварийной разгрузки турбины, триггер 56 должен быть установлен в единичное состояние сигналом по шине управления.

Использование изобретения расширяет функциональные воэможности устройства путем исследования устойчивости энергосистем по дополнительному параметру, а именно по .аварийной разгрузке турбин. Более полное исследование энергосистемы позволяет в ряде случаев отказаться от таких дорогостоящих мероприятий, как электрическое торможение путем включения нагрузочных активных сопротивлений или отключение генераторов..

2 06 8952

1068952

Фиг.Р

Составитель И.Дубинина

Редактор И.Николайчук техред С.Легеза Корректор И.Муска.

Заказ 11473/45 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, F;35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4