Устройство для форсировки возбуждения синхронных машин

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРСИРОВКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН, содержащее первый пороговый элемент, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения напряжения на имнах синхронной машины, второй вход - с источником уставки включения форсировки, а выход - с первым вхо- . дом первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, первый вход которого соединен с источником уставки по положительному ускорению , а второй вход - с первым входом сумматора и через дифференциатор с выходом датчика .скольжения, которьй подключен также к второму входу сумматора , выход которого связан с усилителем-ограничителем положительного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества переходных процессов и повьшения надежности противоаварийного управления синхронной машины за счет изменения знака и величины форсировки в зависимости от скольжения, ускорения вращения ротора и напряжения на шинак синхронной машины, введены источник уставки по отрицательному ускорению вращения ротора, источник уставки максимально допустимого напряжения на шина-х синхронной машины, источники уставок включения зависимой и независимой полных форсировок , третий.и четвертый пороговые элементы, подключенные первыми вхо§ дами к первому входу первого порогового элемента, а вторь1ми - соответ (П ственно к Источникам уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, пятый пороговьй элемент, первым входом соединенный с источником уставки максимально допустимого напряжения, а вторым входом - с первым входом первого порогового элемента , шестой пороговый элемент, включенный первым входом на второй вход Nl 1чЭ второго порогового элемента, а вторым входом соединенный с источником 4 уставки по отрицательному ускорению ел вращения ротора, второй логический элемент ИЛИ, дополнительный сумматор с первым инвертирующим и четырьмя другими неинвертирующими входами, усилитель-ограничитель отрицательного сигнала, вход которого соединен с входом усилителя-ограничителя положительного сигнала, второй ключ, включенный между выходом сумматора и входами усилителей-ограничителей положительного и отрицательного .сигналов , два логических элемента НЕ,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,SU„, 110?245 А

3(5D H 02 Р 9/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕВАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬП ИЙ (21) 3516103/24-07 (22) 30.11.82 (46) 07.08.84. Бюл. ¹ 29 (72) Р.С. Бейм, И.В. Литкенс, Д.В. Никитин, В.А. Строев и В.А. Штробель (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (53) 621.3)6.722:621.313.322(088.8) (56) 1. Автоматические регуляторы возбуждения. Под ред. Г.P. Герценберга. Труды ВЭИ, вып. 73. М., "Энергия", 1966, с. 14-18.

2 ° Авторское свидетельство СССР № 434555, кл. Н 02 P 9/10, Н 02 P 9/14, 1972. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРСИРОВКИ

ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН, содержащее первый пороговый элемент, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения напряжения на шинах синхронной машины, второйвход — с источником уставки включения форсировки, а выход — с первым входом первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, первый вход которого соединен с источником уставки пб положительному ускорению, а второй вход — с первым входом сумматора и через дифференциатор с выходом датчика .скольжения, который подключен также к второму входу сумматора, выход которого связан с усилителем-ограничителем положительного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью улучшения качества переходных процессов и повышения надежности противоаварий- . ного управления синхронной машины за счет изменения знака и величины форсировки в зависимости от скольжения, ускорения вращения ротора и напряжения на шинах синхронной машины, введены источник уставки по отрицательному ускорению вращения ротора, источник уставки максимально допустимого напряжения на шинах синхронной машины, источники уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, третий и четвертый пороговые элементы, подключенные первыми вхоа дами к первому входу первого порого- cg вого элемента, а вторыми — соответственно к источникам уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, пятый пороговый элемент, первым входом соединенный с источни- Я ком уставки максимально допустимого напряжения, а вторым входом — с первым входом первого порогового элемен- эаь та, шестой пороговый элемент, вклю- () ченный первым входом на второй вход второго порогового элемента, а вторым входом соединенный с источником р„ уставки по отрицательному ускорению вращения ротора, второй логический элемент ИЛИ, дополнительный сумматор с первым инвертирующим и четырьмя другими неинвертирующими входами, усилитель-ограничитель отрицательно- ф

ro сигнала, вход которого соединен с входом усилителя-ограничителя положительного сигнала, второй ключ, включенный между выходом сумматора и входами усилителей-ограничителей положительного и отрицательного .сигналов, два логических элемента НЕ, 1107245 два логических элемента ПАМЯТЬ, два логических элемента ЗАПРЕТ, при этом первый логический элемент ИЛИ выполнен четырехвходовым, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам пятого и шестого пороговых элементов, первый и второй входы дополнительного с;мматора соединены соответственно с выходами пятого и первого пороговых элементов, третий и четвертый — с выходами усилителей-ограничителей отрицательного и положительного сигналов, а пятый вход дополнительного сумматора связан с выходом второго логического элемента ИЛИ и чходом первого логического элемента НЕ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, причем первый вход второго логического элемента ИЛИ подключен к выходу четвертого порогового элемента, а его второй вход — к выходу первого логического элемента ПАМЯТЬ, который соединен также с управляющим входом второго логического элемента ЗАПРЕТ, 1

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к устройствам автоматического регулирования и управ ления возбуждением синхронных машин.

Известно устройство для форсировки возбуждения синхронных машин, содержащее нелинейный измерительный мост и реле форсировки, которое имеет за-: держку на отключение (порядка бО-80 мс)

Напряжение срабатывания реле (О, 80,95 Б нОм) устанавливается с помощью регулировочного резистора (1 ).

1э

Однако включение этого устройства осуществляется только при уменьшении напряжения на шинах генератора ниже заданного уровня, а отключение — спустя некоторое заранее фиксированное время после восстановления исходного напряжения. Такой режим работы устройства для форсировки возбуждения в целом ряде случаев может оказатьвыход которого подключен к информационному входу второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с управляющим входом первого логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого связан с информационным входом первого логического элемента

ПАМЯТЬ, причем вход стирания первого логического элемента ПАМЯТЬ соединен с входом стирания второго логического элемента ПАМЯТЬ и через второй логический элемент НЕ связан с выходом первого логйческого элемента ИЛИ, при этом основной вход первого логического элемента ЗАПРЕТ включен на выход третьего порогового элемента, а основной вход второго логического элемента ЗАПРЕТ вЂ” на выход усилителяограничителя отрицательного сигнала.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что в него введвн ограничитель длительности сигнала, корорый включен между управляющим входом первого ключа и выходом первого логического элемента ИЛИ.

2 ся малоэффективным и иногда способствовать нарушению устоичивости во втором или последующих циклах качаний синхронных генераторов, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и решаемой задаче является устройство для форсировки возбуждения синхронных машин, содержащее первый пороговый элемент, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения напряжения на шинах синхронной машины, второй вход - с источником уставки включения форсировки, а выход — с первым входом первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, первый вход которого соединен с источником уставки по положительному ускорению, а второй вход — с первым входом сумматора и через дифференциатор с выходом датчика скольжения, который подключен также к второму входу сумматора, выход которого свя1107245 зан с усилителем-ограничителем положительного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с выходом первого логического элемен-. та ИЛИ 2 °

Недостатком известного устройства является то, что знак сигнала форсировки постоянен и не зависит от режи- 10 ма работы синхронного генератора.

В результате этого при работе синхронного генератора в дефицитной энергосистеме и при тяжелых авариях — коротких замыканиях в начале питающих ли- 15 ний электропередач — действие устройства релейной форсировки существенно снижает предел динамической устойчивости»

Целью изобретения является улучшение качества переходных процессов и повышение надежности противоаварийного управления синхронной машины.

Для достижения поставленной цели в устройство для форсировки возбуждения синхронных машин, содержащее первый пороговый элемент, первый вход которого соединен с выходом датчика текущего значения напряжения на шинах синхронной машины, второй вход— с источником уставки включения форсировки, а выход — с первым входом 35 первого логического элемента ИЛИ, к второму входу которого подключен выход второго порогового элемента, первый вход которого соединен с источником уставки по положительному 40 ускорению, а второй вход — с первым входом сумматора и через дифференциатор с выходом датчика скольжения, который подключен также к второму входу сумматора, выход которого свя- 45 зан с усилителем-ограничителем положительного сигнала, и ключ, управляющий вход которого связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, введены источник уставки по отрица- 50 тельному ускорению вращения ротора, источник уставки максимально допустимого напряжения на шинах синхронной машины, источники уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, третий и четвертый пороговые элементы, подключенные первыми входами к первому входу первого порогового элемента, а вторыми — соответственно к источникам уставок включения зависимой и независимой полных форсировок, пятый пороговый элемент

Р первым входом соединенный с источником уставки максимально допустимого напряжения, а вторым входом — с первым входом первого порогового элемента, шестой пороговый элемент, включенный первым входом на второй вход второго порогового элемента, а вторым входом соединенный с источником

У уставки по отрицательному ускорению вращения ротора, второй логический элемент ИЛИ, дополнительный сумматор с первым инвертирующим и четырьмя другими неинвертирующими входами, усилитель-ограничитель отрицательного сигнала, вход которого соединен с входом усилителя-ограничителя положительного сигнала, второй ключ, включенный между выходом сумматора и входами усилителей-ограничителей положительного и отрицательного сигналов, два логических элемента НЕ, два логических элемента ПАМЯТЬ, два логических элемента ЗАПРЕТ, при этом первый логический элемент ИЛИ выполнен четырехвходовым, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходам пятого и шестого пороговых элементов, первый и второй входы дополнг-..ельного сумматора соединены соответственно с выходами пятого и первого порого вых элементов, третий и четвертый с выходами усилителей-ограничителей отрицательного и положительного сигналов, а пятый вход дополнительного сумматора связан с выходом второго логического элемента ИЛИ и входом первого логического элемента НЕ, выход которого подключен к управляющему входу второго ключа, причем пер.— вый вход второго логического элемента

ИЛИ подключен к выходу четвертого порогового элемента, а его второй вход— к выходу первого логического элемента IIAMHTb, который соединен также с управляющим входом второго логического элемента ЗАПРЕТ, выход которого подключен к информационному входу второго логического элемента ПАМЯТЬ, выход которого соединен с управляющим входом первого логического элемента

ЗАПРЕТ, выход которого связан с инфор. мационным входом первого логического элемента ПАМЯТЬ, причем вход стирания первого логического элемента ПАМЯТЬ соединен с входом стирания вто1107245 ход усилителя-ограничителя отрицательного сигнала, I0

Кроме того, устройство может содержать ограничитель длительности сигнала, который включен между управляющим входом первого ключа и вы- 15 ходом первого логического элемента

ИЛИ.

На фиг. 1 представлена функциональ

20 ная схема устройства для форсировки возбуждения синхронных машин; на фиг. 2 — схема автоматического регули. рования возбуждения турбогенератора с электромашинной системой возбу>:|ения, имеющей регулятор возбуждения пропорционального действия, в состав которого может быть включено устройство для форсировки.

Пороговые элементы, на входы которых поданы режимные параметры синрого логического элемента ПАМЯТЬ и через второй логический элемент НЕ связан с выходом первого логического элемента ИЛИ, при этом основной вход первого логического элемента ЗАПРЕТ включен на выход третьего порогового элемента, а основной вход второго логического элемента ЗАПРЕТ вЂ” на выУстройство 1 для форсировки возбуждения синхронных машин (фиг. 1) содержит первый 2 и второй 3 пороговые элементы, выходы которых соедине.ны соответственно с первым и вторым входами первого логического элемента

ИЛИ 4, который через ограничитель 5 длительности сигнала включен на управляющий вход 6 первого ключа 7. Второй вход второго порогового элемента 3 связан с выходом дифференциатора 8 и входом сумматора 9, который через второй ключ 10 соединен с усилителями-ограничителями 11 и 12 соответственно отрицательного и положительного сигналов. Первый вход 13 первого порогового элемента 2 соединен с первыми входами 14 и 15 третьего 16 и четвертого 17 пороговых элементов и с вто рым входом 18 пятого порогового элемента 19. Шестой пороговый элемент

20 связан с первым логическим элементом ИЛИ 4, а дополнительный сумматор 21 — с основным входом 22 пер- 5g вого ключа 7, Третий пороговый элемент 16 вклк>чен через первый логический элемент 23 ЗАПРЕТ на первый логический элемент 24 ПАМЯТЬ, выход которого соединен с вторым логическим элементом ИЛИ 25 и с вторым логическим элементом 26 ЗАПРЕТ, который осуществляет связь усилителя-ограничителя 11 отрицательного сигнала с вторым логическим элементом 27 ПАМЯТЬ.

Второй логический элемент ИЛИ 25 соединен с первым логическим элементом НЕ 28. Входы 29 и 30 стирания элементов 24 и . 27 ПАМЯТЬ включены на второй логический элемент НЕ 31.

Синхронный генератор 32 (фиг. 2) со своей обмоткой 33 возбуждения и измерительными трансформаторами

34 и 35 соответственно напряжения и тока соединен через редуктор 36 с вспомогательным генератором 37, у которого обмотка 38 возбуждения включена на выход автоматического регулятора 39 напряжения. Через реЬ дуктор 36 с валом генератора 32 соединен также возбудитель 40, имеющий обмотку 41 самовозбуждения и обмотки 42 и 43 управления (обмотка форсировки и обмотка расфорсировки), которые включены на выходы трехфазных силовых усилителей 44 и 45. Входы этих усилителей связаны с выходом суммирующего двухкаскадного магнитного усилителя 46. Трехфазные силовые усилители 44 и 45 и двухкаскадный усилитель 46 являются составными блока ми автоматического регулятора 47 воз буждения пропорционального действия.

Первый и второй входы (входы обратной связи) регулятора 47 возбуждения соединены соответственно с обмоткой 33 возбуждения генератора 32 и трансформатором 48 постоянного тока. Входы устройства 1 для форсировки возбуждения связаны с выходами. датчика 49 скольжения генератора 32 и датчика 50 напряжения. Датчик 51 тока включен между измерительным трансформатором 35 тока и пятым входом автоматического регулятора 47 возбуждения.

Устройство для форсировки возбу>кцения синхронных машин работает следующим образом.

7 . 1107 хронной машины (на пороговые элементы 2, l6, 17 и 19 — напряжение на шинах синхронной машины U, пороговые элементы 3 и 20 — ускорение вращения ротора S ), в зависимости от их соот1 ношения с величинами уставок выдают сигналы на включение-отключение форсировки и ее величину.

Уставки Y и У пятого 19 и четвертого 17 пороговых элементов опре- 1О деляют соответственно максимально и минимально допустимые величины напряжения на шинах синхронной машины.

При увеличении напряжения выше уставки У„ срабатывает пороговый эле- 15 мент 19 и выдает сигнал на включение полной отрицательной форсировки.

При снижении напряжения ниже уставки

У+ четвертый пороговый элемент 17 включает положительную форсировку. 20

Уставка У, соответствующая 0,80,95 номинального напряжения на шинах синхронной машины и включенная на второй вход порогового элемента 2, I а также уставки — S ст и + S по- 25 роговых элементов 20 и 3 определяют моменты включения первого ключа 7, через который проходит сигнал форсировки с выхода дополнительного сумматора 21, осуществляющего формирование этого сигнала в соответствии с информацией, получаемой через усилители-ограничители 11 и 12 и второй кл1оч 10 от сумматора 9 и с выхода первого порогового элемента 2. В пер35 вый момент времени после снижения напряжения ниже уровня, определяемого уставкой У, на выходе порогового элемента 2 появляется сигнал, который пройдя через второй вход дополнительного сумматора 21, имеющего по этому входу маленький коэффициент усиления (примерно на порядок более низкий, чем по другим входам), создает на выходе устройства для форсировки сигнал положительной форсировки ограниченной величины (частичную форсировку), т.е. такой; который обеспечивает незначительное увеличение напряжения на обмотке возбуждения син50 хронной машины (на 5-257 от номинальной величины). Этот сигнал сохраняется до тех пор, пока напряжение на.шинах синхронной машины не поднимается до уровня отпускания порогового элемента 2 по уставке Y либо до .момента. когда сигнал с выхода сумматора 9, представляющего собой алгебраическую сумму сигналов скольжения .и ускоре245 ния 05 = К Б + К2Б не превыс 1т IIOрог чувствйтельности усилителей-ограничителей 11 и 12 (Ключ 10 в нормальном состоянии открыт) . Этот порог может регулироваться и устанавливаться разным для положительного и отрицательного сигналов сумматора 9.

В тот момент времени, когда сигнал с сумматора 9 превысит установленный уровень (порог), действие сигнала частичной форсировки прекращается (коэффициенты усиления дополнительного сумматора 21 по третьему и четвертому входам значительно превосходят коэффициент усиления по второму каналу). Начиная с этого момента формирование величины и знака форсировки осуществляется в соответствии с сигналом по каналу скольжения-ус-. корения: при торможении синхронной машины — полная отрицательная форсировка. (расфорсировка), а при ускорении — полная положительная форсировка.

Действие канала скольжения-ускорения прекращается при запирании второго ключа 10. Сигнал запрета поступает на ключ 10 через логический элемент НЕ 28 от второго логического элемента ИЛИ 25. Этот сигнал появляется на выходе логического элемента ИЛИ 25, когда на адин его вход или па оба поступают сигналы с выхода порогового элемента 17 и с выхода первого логического элемента 24 ПАМЯТЬ. Сигнал с выхода второго логического элемента ИЛИ 25 одновременно формирует на выходе первого ключа 7 полную положительную форсировку.

Сигнал форсировки на выходе устройства для форсировки возбуждения синхроннь1х машин сохраняется и после исчезновения сигнала на выходе первого порогового элемента 2, если при этом сигнал по ускорению превышает максимально допустимое (по модулю) значение, т.е. имеется сигнал на выходах пороговых элементов 3 и 20.

При значительных снижениях напряжения на шинах синхронной машины, например при большом набросе местнои нагрузки, ограниченная по величине форсировка (частичная) по второму входу дополнительного сумматора 21шне может удержать величину напряжения на заданном уровне, напряжение снижается ниже .уровня срабатывания порогового элемента 16, (ниже уставки Y ), 9 1107 и на его выходе появляется сигнал, который, пройдя через логический элемент И ?3 (первый логический элемент ЗАПРЕТ), перебрасывает триггер

24 (первый логический элемент ПАМЯТЬ), 5

На единичном входе триггера 24 появляется логическая "1", которая выдает сигнал запрета на логический элемент И 26 (второй логический элемент

ЗАПРЕТ). Сигнал с выхода логического 10 элемента 24 поступает также на вход второго логического элемента ИЛИ 25 и с его выхода на. элемент НЕ 28 и на пятый вход дополнительнод о сумматора 21, что обеспечивает полную положительную форсировку (двух-четырехкратную) синхронной машины.

Установка первого логического элемента 24. ПАМЯТЬ в исходное состояние (стирание записанной логической 2б информации) осуществляется через второй логический элемент HE 31 при исчезновении сигнала на,управляющем входе 6 первого ключа 7.

При различного рода аварийных 2.Ь ситуациях в энергосистеме (удаленные с короткие замыкания, отключения линий электропередач и т.п.), когда напряжение на шинах синхронной машины сниъ жается незначительно (но ниже срабатывания порогового элемента 2 по уставке Y ) и происходит торможение синхронной машины, появляется сигнал расфорсировки на выходе усилителя-ограничителя i 1 отрицательного сигнала.

Этот сигнал поступает на основной вход второго логического элемента 26

ЗАПРЕТ. Проходя через логический элемент 26 на информационный вход второго логического элемента 27 ПАМЯТЬ, он обеспечивает er o переброс и запирание логического элемента 23 для прохождения сигнала с порогового элемента 16. Таким образом, осуществляется запрет включения положительной форсировки. Этот запрет снимается при установке логического элемента 27 в исходное состояние при закрытии первого ключа 7.

На выходе первого логического эле50 мента ИЛИ 4 может быть включен ограничитель 5 длительности сигнала для предохранения системы возбуждения от длительных режимов форсировки.

Могут быть аварийные ситуации в энер55 госистеме, когда наблюдаются случаи длительных снижений частоты и напряжения, например при аварийном отключении ряда электростанций и при де245 10 фиците активной мощности в оставшейся части энергосистемы, в таких случаях вступает в действие ограничитель 5 длительности сигнала, который ограничивает время действия устрой— ства (время открытого состояния первого ключа 7) и определяет величину паузы до следующего момента начала действия устройства для форсировки.

Время ограничения и величина паузы зависят от конкретных условий эксплуатации синхронной машины и могут быть порядка одной-нескольких минут.

Работа устройства 1 для форсировки возбуждения синхронных машин может быть показана на примере турбогенератора 32 с электромашинной системой возбуждения (фиг. 2). От турбины турбогенератора 32 приводится во вращение через редуктор 36 вспомогательный генератор 37 и возбудитель 40. Вспомогательный генератор

37 используется для питания собственных цепей возбуждения, для питания автоматического регулятора 47 возбуждения основного генератора и для трансформатора 48 постоянного тока. Напряжение на шинах вспомогательного генератора 37 поддерживается с помощью автоматического регулятора 39 напряжения. Возбудитель 40, включенный по схеме самовозбуждения, в зависимости от соотношения токов в обмотках 42 и 43 соответственно форсировки и расфорсировки, обеспечивает величину рабочего тока в обмотке 33 возбуждения генератора 32. Автоматический регулятор 47 возбуждения пропорционального действия. управляет работой возбудителя 40. Входными сигналами регулятора 47 являются сигналы с датчика 50 напряжения, датчика 51 тока, трансформатора 48 постоянного тока и обмотки 33 возбужедния (обратные связи по току ротора и напряжению возбуждения). Сигналы с датчика

49 скольжения и датчика 50 напряжения поступают в устройство 1 для форсировки, выходной сигнал которого, образуемый в соответствии с описанным алгоритмом, поступает в автоматический регулятор 47 возбуждения на вход суммирующего двухкаскадного магнитного усилителя 46 и, таким образом, осуществляет форсировку или расфорсировку возбужедния генератора 32.

Предлагаемое устройство для форсировки возбуждения синхронных машин

11 1107245 12 по сравнению с известными обладает с медленно действующей системой возбольшой универсальностью и широкими буждения и снабженных автоматическифункциональными возможностями, обес- ми регуляторами возбуждения пропорпечивает повышение надежности и уров- ционального действия, предел динаминя динамической устойчивости, а также ческой устойчивости при коротком улучшает качество переходных процес- замыкании в любых точках пересов в энергосистеме. Так, например, дающей электропередачи может быть при его установке в дефицитных энер- повышен на величину подъема 20госистемах на синхронных генераторах ЗОХ.

Составитель А. Бабак

РедактоР И. НиколайчУк ТекРед !1, Кузьма Корректор Н. Яцола

Заказ 5773/40 Тираж б67 Подписное

ВНИИП!! Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб.,,13. 4/5

Фплиал !Н!П "Патент", г. Ужгород, ул . Проектная, 4