Способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью и устройство для его осуществления

 

1. Способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью путем измерения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращакицего момента приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задающей величиной и соответствующим измеренным параметром, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества испытаний синхронного гене13 ..-. / Л 48b.iifitj/|;| ратора при использовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки путем увеличения числа стабилизируемых параметров, измеряют реактивную и активную составляющие тока нагрузки генератора и в качестве указанных параметров используют напряжения, пропорциональные соответственно реактивной , и активной составляющим тока нагрузки генератора, измеряют напряжение сети и формируют опорное напряжение, в качестве каждой задающей величины используют разность между опорным и измеренным напряжением, при этом каждое опорное напряжение выбирают по величине в два раза больше ноШ минального напряжения сети. 2. Устройство для автоматического управления комплексной нагрузкой § синхронного генератора приiпараллельной работе с сетью, содержащее два |контура управления соответственно током возбуждения генератора ивращающим моментом приводного двигателя к каждый из которых состоит из источtc ника опорного напряжения постоянного тока, измерителя параметра, С5 пропорционального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора , потенциометра, вход которого подключен к разнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и указанного измерителя параметра, блок управления серводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены .к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерителя параметра, отличающееся тем, что.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

Р.И Л О

РЕСПУБЛИК,SU„„,I 107216 рщ) Н 02 J 3/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPb1TMA

Н ABTOPCKONV СВИДЕТЕГЬСТВМ (21) 35381 16/24-07 (22) 13.01.83 (46) 07.08.84. Бюл. М 29 (72) Ф.А. Биробоков (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт электроагрегатов и передвижных электростанций (53) 621.313.025.072.86(088.8) (56) 1. Алексеев А.П. и др. ди-. зельные и карбюраторные электроагрегаты и станции . Справочник. М., "Машиностроение", 1973, с. 157-158, рис. 33.

2. Константинов В.Н. Синхронизация судовых синхронных генераторов. "Судостроение", 1965, с. 236-242.

3. Электротехническая промышленность. Сер. 1 Тяговое и подъемнотранспортное электрооборудование".

М., вып. 2 (28), 1974, с. 5-6. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНОЙ НАГРУЗКОЙ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЕ С СЕТЬВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллель ной работе с сетью путем измерения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращающего момента . приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задающей величиной и соответствующим измеренным параметром, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества испытаний синхронного генератора при использовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки путем увеличения числа стабилизируемых параметров, измеряют реактивную и активную составляющие тока нагрузки генератора и в качестве указанных параметров используют напряжения, пропорциональные соответственно реактивной и активной составляющим тока нагрузки генератора, измеряют напряжение сети и формируют опорное напряжение, в качестве каждой задающей величины используют разность между опорным и измеренным напряжением, при этом каждое опорное напряжение выбирают по величине в два раза больше номинального напряжения сети.

2. Устройство для автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при;параллель-

Ф ной работе с сетью, содержащее два

J контура управления соответственно током возбуждения генератора и вращающим моментом приводного двигателя„ каждый иэ KQTopbHc состоит иэ источ ника опорного напряжения постоянно- bQ го тока, измерителя параметра, 9 ®iL пропорционального соответственно Cb реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра, вход которого подключен к разнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и укаэанного измерителя фр, параметра, блок управления серводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены .к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерителя параметра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, 1107216

10 l5

35 с целью расширения его функциональных возможностей и повышения качества ис пытаний синхронного генератора при использовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной на" груэки путем увеличения числа стабилизируемых параметров, в каждый контур введен преобразователь переменного тока в постоянный, включенный на напряжение сети, напряжение источника опорного напряжения выбрано по величине в два раза больше выходного напряжения укаэанного преобразовате"

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено для использования промышленной сети со статическими характеристиками (с из. меняющимися напряжением и частотой) в качестве стабильной комплексной нагрузки при испытаниях синхронных генераторов, например, в составе передвижных электроагрегатов, а также для построения устройства распределения нагрузок при параллельной работе электроагрегатов друг с другом, Известен способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе, в частности с сетью, согласно которому вращающий момент первичного двигателя меняется в зависимости от сигнала рассогласова" ния между заданной величиной и выходом датчика активного тока генератора, ток возбуждения — между заданной величиной и суммой сигналов, пропор" циональных напряжению сети и выходному сигналу датчика реактивного тока, Известны и устройства для реализации этого способа 1 и (2) В результате использования известного способа и устройства активная составляющая тока генератора 3 стабилизируется на заданном уровне, а реактивная составляющая тока 3р при изменении напряжения в сети из-. меняется в соответствии со стати ческой характеристикой генератора— увеличивается при снижении напряжения в сети и уменьшается при увеля при номинальном напряжении сети, при этом первый совпадающий по поляр. ности в точке подключения выходной зажим преобразователя подключен к второму выходному зажиму источника опорного напряжения, второй выходной зажим преобразователя подключен к общей точке соединения потенциометра и соответствующего измерителя, а в качестве последних использованы датчики соответственно реактивного и активного токов. личении напряжения. При этом приращение реактивного тока обратно пропорционально коэффициенту статизма характеристики генератора и при номинальном значении статизма ЗХ изменению напряжения сети на +1X. 0„ соответствует изменению реактивного тока на +33K.

Из-за изменения реактквной составляющей тока генератора при колебаниях напряжения в сети будут изменяться полный ток генератора 3 коэффициент вырабатываемой мощности со Ч, реактивная Я и полная S мощности. Все это может быть причиной значительной перегрузки генератора, поэтому при длительной ра" боте генератора на сеть его загружают на 60-90Х по току и мощности

20 и устанавливают увеличенный статизм характеристик генератора, который больше или равен 5Х.

Наиболее близким к изобретению является способ автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью путем измерения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращающего момента приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задающей величиной и соответствующим параметром (3 3.

Наиболее близким к изобретению является устройство для автомати1 30721б ческого управления кбмплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью, содержаtace два контура для управления соот" ветственно током возбуждения генератора и вращающим моментом приводного двигателя, каждый из которых состоит из источника опорного напр-"" жения постоянного тока, измерителя параметра, пропорционального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра, вход которого подключен к раэнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и измерителя параметра, блок управления серводнигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерителя параметра 313.

Недостатки известного способа заключаются н том, что при работе на сеть задающие величины определяются соответствующими опорными напряжениями. В качестве параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, используются соответственно ОсозЧпроизведение 30

11со М(или U q>nV) и 3, где U — напряжение сети; Э вЂ” полный ток генератора, Ч вЂ” угол сдвига между векч орамн напряжения и тока в фазе.

В результате стабилизируются величины и параметры нагрузки: Э,UcosY

P =lhu3à либо 3 US1D Ч y g ьъОЭр где коэффициент пропорциональности.

Изменяются при изменении напряжений 40 н сети такие параметры комплексной нагрузки генератора: для первого случая 5 6 соз Ч ; для второго случая 5„pcos Ч.

Следовательно, при изменении напряжения н сети для генератора, нагруженного на сеть и управляемого по приведенному способу, из пяти параметров, характеризующих комплексную нагрузку, неизменными остаются g0 только два: Э и G (или P). Это нарушает нормальный режим испытания генераторов и заставляет испольэовать специальные нагрузочные устройства или работать на сеть через громоздкие потенциал-регуляторы.

Кроме того, использование в контурах управления параметров, пропорциональных Ucos Ч(Usi Ч ), иэменяющихся при колебаниях напряжения и частоты в сети, принодит к тому, что при любом названном колебании начинается регулирование сразу в обоих контурах, тогда как, в основнои, должен включаться только один из них.

При снижении частоты в сети увеличивается активный ток генератора.

Реактивный ток остается без изменения. Поэтому должен работать серводнигатель только н контуре управления моментом двигателя. Однако вследствие увеличения полного тока увеличивается и созе в параметре

UcosV . Начинает работать серводвигатель в контуре управления током возбуждения генератора сначала в одну сторону, а потом, по мере восстановления полного тока — в другую.

Подобный процесс будет и при от" клонении напряжения н сети. В этом случае ложное рассогласование будет отрабатывать серводвигатель контура управления моментом двигателя.

Следовательно, время работы сернодвигателей н обоих контурах управления одинаковое и будет определяться временем отработки соответствующего возмущения на генератор со стороны сети, т.е. качество испытаний синхронных генераторов при использовании сети с изменяющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки будет невысоким, Устройство не может стабилизировать больше двух параметров, его использование при испытаниях синхронных генераторов не обеспечивает высокого качества испытаний.

Цель изобретения — повышение качества испытаний синхронного генератора при использовании сети с из-. меняющимся напряжением в качестве комплексной нагрузки путем увеличеHHH числа стабилизнруемых параметров, а также расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью путем изменения параметров генератора, характеризующих его реактивную и активную нагрузки, изменения тока возбуждения генератора и вращающего момента приводного двигателя в зависимости от разности между каждой задающей величиной и соотнетствую11072

5 щим измеренным параметром, измеряют реактивную и активную составляющие тока нагрузки генератора и в качестве укаэанных параметров используют напряжения, пропорциональные соответственно реактивной и активной составляющим тока нагрузки генератора, измеряют напряжение сети и формируют опорное напряжение, в качестве каждой задающей величины исполь- 10. зуют разность между опорным и измеренным напряжением, при этом каждое опорное напряжение выбирают по величине в два раза больше номинального напряжения сети. 15

В устройстве для автоматического управления комплексной нагрузкой синхронного генератора при параллельной работе с сетью, содержащем два контура управления соответственно током возбуждения генератора н вращаю щим моментом приводного двигателя, каждый иэ которых состоит из источника опорного напряжения постоянного тока, измерителя параметра, пропорциод нального соответственно реактивной и активной нагрузкам генератора, потенциометра, вход которого подключен к раэнополярным первым выходным зажимам источника опорного напряжения и указанного измерителя параметра, блок управления серводвигателем соответственно регулятора возбуждения и вращающего момента, входные зажимы которого подключены

35 к движку потенциометра и второму выходному зажиму измерителя параметра, в каждый контур введен преобразователь переменного тока в постоянный, вклю. ченный на напряжение сети, напряже40 ние источника опорного напряжения вы брано по величине в два разе больше выходного напряжения указанного преобразователя при номинальном напряжении сети, при этом первый

45 совпадающий по полярности в точке подключения выходной зажим преобразо. вателя йодключен к второму выходному зажиму источника опорного напряжения, 1второй выходной зажим преобразователя подключен к общей точке соедине50 ния потенциометра и соответствующего измерителя, а в качестве последних использованы датчики соответственно реактивного и активного токов.

В результате использования способа задающие веЛичины в контурах управления являются функциями на16 а пряжения сети (или генератора, если .падением напряжения на кабеле или линии, соединяющим генератор с сетью, можно пренебречь), а контуры управления воспроизводят (управляют фактической загрузкой) как изменения задающих величин при отклонениях напряжения в сети, так и изменение сигналов обратных связей — приращение реактивного тока при колебаниях напряжения сети и приращения активного тока при колебаниях частоты в сети.

При этом управление осуществляется так, что после его окончания угол имеет прежнее ."начение. Для получения этого активная и реактивная составляющие тока генератора должны получить приращение одного знака и в одной пропорции.

Приращения токов имеется только при отклонении напряжения в сети.

При отклонении частоты в сети контур управления вращающим моментом двигателя восстанавливает прежнее значение активного тока, а крнтур управления возбуждением генератора в работу при этом не включается (не включается серводвигатель).

Следовательно приращение напряжения в сети компенсируется обратным приращением токов 3С,, Зр ., 3 генератора. Зато основные четыре параметра комплексной нагрузки:

Я, S, cos Ч остаются (после окончания процесса стабилизации) неизменными на заданном уровне.

Если напряжение сети изменяется по закону О+ = 0)О „ = К. 0,9-1,1, где Uc„ — номинальное значение напряжения в сети, то из формул S --rnU3, s= LJ); Q=rnU3р, cosЧ= Эс + р следует, что для неизменности..казанных величин закон изменения токов должен быть равен Э =

1 Ц

3" = — где знак означает

P К относительное значение величины (по аналогии с 0 »). Заменим его на закон Х -К . Тогда — =X-K, X-- — +К, Х 2, К = 1.

1 1

Г

9 К Ф

+ ледовательно закон изменения 3

3», 3 будет 2-К 5 = Р» = Я =

К(2- К) = 2 К-К . р

При изменении К в указанном диапазоне максимальная погрешность воспроизведения 5", Р+ и Й" не превьппает 1Ж, что вполне приемлемо. соэМпосле окончания переходного процесса также принимает прежнее (заданное) значение.

1107216

8, Получейные соотношения позволяют синтезировать устройство для осуществления способа.

Так как полный ток определяется через составляющие и 3Р, то 5 следовательно в качестве сйгналов обратных связей нужно взять сигналы пропорциональные и Зр.

Тогда по окончании переходных процессов в контурах управления долж-10 ны выполняться равенства Э, = Зр =

2 -К.

Переходя от относительных значений к абсолютным значениям напряжений, образующих сигналы рассогласо-15 ваний в контурах управления, получаем ди,.= Р,. (и,„-Ыи )-u где 40; - сигнал рассогласования в контуре; величина загрузки активной или реактивной мощностями, 0 д — задающее опорное напряжение;

Ы 0с — напряжение, пропорциональное напряжению сети; 25 с1 „ „ — напряжение выхода датчика активного или реактивного токов. ри этом акоп = 2с 0с, T,å. в два сн раза больше сигнала пропорциональУ 30 ного номинальному напряжению сети.

По другому осуществляется и процесс стабилизации нагрузки при отклонении напряжения в сети. В этом случае в контуре управления возбуждением величина сигнала рассогласо35 вания Д0, обусловлена изменением двух составляющих d0ñ и 03

При этом составляющая d,U изменяс ется незначительно (максимум íà 10X), а составляющая UJ — значительно

Р (максимум в 2-4 раза в аависимости от величины статнзма характеристики генератора).

Поэтому Э" (< 2-K значительно и

P серводвигатель контура управления током возбуждения включен относительно длительное время до тех пор, пока не выполняется равенство Э"-2-К.

Р

В контуре управления вращающим моментом изменяется только составляющая AU . Поэтому J" 4 2-К незначительно и управление является кратковременным (примерно в 30 раз короче, чем в контуре управления возбуждением, если считать скорости

I отработки отклонения в контурах управления одинаковыми).

Как видно из изложенного при таком управлении обеспечивается позиционная инвариантность (независимость нагрузки от изменений напряжения и частоты в сети).. При этом регулирование в контурах автономно (не влияет на другой контур), что обеспечивает более спокойное проте-. кание переходных процессов.

При работе генератора с номинальной нагрузкой на се ь ток генератора превьппает номинальное значение только в том случае, если напряжение в сети ниже номинального.

Превышение тока соответствует снижению напряжения в сети не более, чем на 10-15Z.

Такое превышение тока не опасно для генератора, так как необходимость в срабатывании защиты от перегрева изоляции обмоток генератора возникает при перегрузках, больших 40Х номинального. Кроме тогоиспытания работы генератора с номинальной нагрузкой проводятся, как правило, при номинальных условиях (кроме термо- и барокамер). Генераторы же для эксплуатации рассчитываются на номинальный ток при более жестких условиях, например при

1000 м над уровнем моря, 40 С и т.п.

Испытания генераторов с номинальной нагрузкой на передвижных электростанциях по времени составляют менее 50Х общего времени испытания.

Остальное время генераторы испытываются с нагрузками в 20Х и 60Х номинальной мощности. В этом случае при любом напряжении в сети ток генератора меньше номинального.

Проведенный анализ показывает, что стабилизация основных параметров комплексной нагрузки генератора при испытаниях его на сеть за счет изменения тока генератора является допустимой.

Предлагаемый способ позволяет задавать генератору, работающему на сеть, стабилизирующую комплексную нагрузку любой величины и любого характера (с любым cos V от 0 до 1) от активной нагрузки до режима синхронного компенсатора.

На фиг. 1 приведена электрическая схема устройства для автоматического управления комплексной нагрузкой генератора при параллельной работе с сетью; на фиг. 2 — векторные диаграммы при номинальном, уве110721б личенном и пониженном напряжениях в сети.

Устройство содержит потенциометры 1 и 2 задающих напряжений, источники 3 и 4 .опорных напряжений, пре образователи 5 и б переменного тока

s постоянный, датчики 7 и 8 соответственно реактивного и активного токов генератора (они могут быть построены и по другому принципу работы), блоки управления серводвига", телями, выполненные в виде трех позиционных релейных элементов 9 и 10> включающие серводвигатели соответственно в контурах управления воэ- 15 буждением и вращающим моментом.

При номинальном напряжении сети напряжения 0> = 2 u, U< = 2 О .В наиболее простом случае U. = U<

» = 2 "ь

Устройство работает следующим образом.

Положение движка потенциометРа 1 определяет величину реактивного, а потенциометра 2 — активного -.îêîâ р5 генератора (фиг. 2). При этом напряжения U „= 0, а О = 0 (или 0„

= 0 = О = Us ).и на входе элементов

9 и 10 О „ = О. Серводвигатели контуров управления отключены. 30

При снижении напряжения сети. резко увеличивается выход датчика 7 и немного (на величину К ) уменьшаются напряжения О и Ug . При этом 0> -р (U -U1 — U

"вх„,= г("а "ь "8 где f3 и p - коэффициенты передачи потенциометров 1 и 2 (оба меньше единицы).

Элемент 9 включает исполнительный 40 серводвигатель и остается в этом положении до тех пор,пока выходное напряжение датчика 7 не сравняется с выходным напряжением 0 потенциомет1 ра 1 (с точностью до зоны нечувстви" 4S тельности элемента 9).

При включенном серводвигателе реактивный ток уменьшается, а после его отключения реактивный ток становится больше в 1(K раза, чем до сни" 5О жения напряжения, ° Элемент 10 включает свой серводвигатель в сторону увеличения активного тока в 1/К раза, т.е. кратковременно.

Я

Так как составляющие 1а и Зр увеличиваются в одной пропорции, то значение угла Ч будет неизменно, так ке как и величин 9, Q, ь,cosY.

Полный ток токе увеличивается в 1/й ра за (фиг. 2, e ).

При увеличении напряжения токи уменьшаются в 1/k раа. Другие же параметры комплексной нагрузки остаются неизменным. Если нужно стабилизировать комплексную нагрузку с одним и тем же значениемсоэ 9 на разных уровнях, то движок потенциометров 1 и 2 долкен иметь общий привод и от него одинаковое передаточное отношение, например потенциометры должны находиться на одной оси.

Если движок потенциометра I находится в нижнем положении (фиг.1),а потенциометра 2 любом другом положении, то генератор нагружен активной нагрузкой соответствующей величины.

Если в нижнем положении находится движок потенциометра 2, то генератор работает на сеть в режиме синхронного комгенсатора.

При изменении частоты в сети изменяется только выходной сигнал датчика 8, включается элемент 10., соответствующий серводвигатель и значение активного тока восстанавливается.

Предлагаемый способ автоматичес" ого управления комплексной нагруз,кой синхронного генератора при па раллельной работе с сетью позволяет

1 при любых колебаниях напряжения и частоты в сети задавать стабилизированную нагрузку любой величины и любого характера (с любым соэ Ч от

0 до 1) — от активной нагрузки до режима синхронного компенсатора, При этом предполагается,что пределы регулировки уставки напряжения генератора соответствуют диапазону колебаний напряжения в сети, а регуляторы возбуждения генератора и вращающего момента двигателя имеют серводвигатели изменения настройкив

Устройство, реализующее способ, целесообразно встраивать в испытательные стенды электроагрегатов.

Однако оно может быть и в составе устройства распределения нагрузок на электроагрегате. В этом случае при параллельной работе электроагрегатов друг с другом входы управляющих серводвигателями блоков переключающими контактаии режимных реле отключаются от задающих потен1107216

11.

12 циометров и подключаются к уравниI тельным соединениям аналогично (1g.

При прочих равных условиях преимущество от использования на всех параллельно работающих электроагре- 5 гатных параметров 3,, 3 ц вместо (0sih Ч), 4 в качестве сигналов обратной связи состоит в том, что из-за отсутствия взаимного влияния контуров управления в процессе перераспределения нагрузки имеется больше запас устойчивости и выше быстродействие (быстрее заканчивается вторичное регулирование).

Релейные элементы, управлякнцие серводвигателями в контурах, в зависимости от темпа регулирования, можно выполнять с положительным или отрицательным гистерезисом. В последнем случае серводвигатель отключается с упреждением зоны нечувствительности и тем самым исключаются перерегулирования из-за инерционности например, первичного двигателя.

1107216

Составитель К. Фотин@

Техред Ж. Кастелевич Корректор Е Лушникова

Редактор Н. Бобкова

Заказ 5771/39 Тирам 614 Подписное

ВЯИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.-, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4