Электрогидравлический регулятор частоты вращения и мощности электроэнергетического агрегата

 

О. И. Башнин, Н. А. Гресков, Е. И. Родиона з, В.-В. Семейоэ

В. Н. Федоров и Г. П. Гельфанд,, * (72) Авторы изобретения

1 .1

Производственное объединение турбостроенйя,. .ЛенинградсКий металлический завод". (71) Заявитель

<54) ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ

ВРАЩЕНИЯ И МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО

АГРЕГАТА

Изобретение относится к устройствам для получения заданных выходных параметров генераторов, Известен электрогидравлический регулятор (ЭГР), содержащий интегратор, 5 с участием которого формируется пропорционально-дифференциально-интегральный (ПИД) закон регулирующего воздействия по отклонению частоты, задающее устройство изменения частоты и мощности и задающее устройство изменения мощности. При этом задающее устройство мощности подключено к сумматору через устройство статизма 11 °

lS

Недостатком этого регулятора является зависимость времени отработки сигнала механизма изменения частоты и мощности от настройки параметров ПИД . формирования. Время отработки сигнала задающего устройства изменения мощности зависит не только от настройки

ПИД формирователя, но еще и от величины уставки статизма.

Известен также ЭГР, содержащий формирователь ПИД закона регулирования, задающее устройство изменения частоты и мощности и задающее устройство мощности. При этом задающее устройство мощности связано с исполни1ельн м устройством и через логическое устрой" ство — с задающим устройством изменения частоты и мощности f2).

Этот регулятор частично устраняет недостаток вышеуказанного регулятора путем перевода задания мощности на задающее устройство частоты и мощности при полном использовании диапазона задающего устройства мощности в сторону "прибавить". При этом управление мощности происходит также как и во время отработки задающего сигнала и зависит от настройки ПИД формирователя.

При управлении мощностью агрегата при работе на сеть, где частота длительно поддерживается в пределах 94104Х от номинальной, диапазон дейст86896

3 вия задаппцего устройства изменения мощности может оказаться недостаточ- . ным не только в сторону "прибавить", но и в сторону "убавить". Кроме того, недостатком регулятора является насы5 щение ПИД формирователя, получающееся при указанном отклонении частоты в энергосистеме, Действие задающего устройства мощности в пределах своего диапазона не устраняет насьпцения ПИД формирователя и только после перевода управления на задающее устройство изменения частоты и мощности действие последнего выводит ПИД формирователь из насьпцения, и становится возможным действие сигнала по отклонению частоты.

Таким образом, канал регулирования частоты из-за насьпцения ПИД формирователя оказывается выключенным на все рц время пока не наступит насьпцение задающего устройства мощности в сторону

"прибавить". Выключение канала регулирования частоты в:регуляторе энергетического агрегата снижает надежность работы энергосистемы, так как может привести к развитию аварии н энергосистеме. Иными словами проблема насыщения элементов регулятора здесь решена не полностью, что может привести к отрицательным последствиям.

В регуляторах энергетических агрегатов различие между режимами регулирования частоты и активной мощности принодится не до конца. В качестве ло35 гического признака режима регулирования частоты вращения берется только отключенное положение выключателя генератора.

Известен регулятор, в котором переход в режим задания частоты может получаться и при включенном выключателе генератора в случае насыщения механизма изменения мощности в сторону "прибавить" Г2Э °

Однако такое насыщение может произойти только в случае установившегося повышения частоты в энергосистеме и безотносительно к величине статизма, т. е. при любой уставке статизма.

Между тем однозначность в распределении нагрузки пропадает только при уставке статизма, равной нулю, или близкой к нулю и режим регулирования мощности становится невозможным.

При малых уставках статизма агрегат реагирует всей своей мощностью на отклонение частоты н энергосистеме.

Таким образом, малая величина уставки з статизма в регуляторе является логическим признаком режима регулирования частоты при включенном выключателе генератора.

В известных регуляторах этот признак не используется, хотя он и нужен особенно в регуляторах с двумя задающими устройствами.

Наличие в регуляторах двух задающих устройств, каждое из которых имеет свою память, неудобно, так как порождает дополнительные неоправданные усложнения- и неоднозначность.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является электрогидранлический регулятор частоты вращения и мощности электроэнергостатического агрегата, например гидроагрегата, содержащий логическое устройство, соединенное с задающим устройством, включающим в себя источник задающего сигнала, подключенный к запоминающему элементу на выходе, причем входы источника задающего сигнала подключены к двум выходам логического устройства, выход задающего устройства, выход устройства статнзма и выход измерителя частоты вращения подключены на сумматор, а выход интегратора включен на вход электрогидравлического исполнительного устройства 3).

Недостатками этого регулятора являются зависимость времени отработки сигнала задающего устройства изменения частоты и мощности от настройки ПИД формирователя и масштаба сигнала по мощности от уставки статизма, Кроме того, в нем нельзя изменить уставку статизма на работающем агрегате без толчка мощности, если частота в энергосистеме в этот момент не равна номинальной. Между тем известно требование переключать уставку статизма автоматически по логическому сигналу протиноаварийной автоматики энергосистемы, не вызывая изменения мощности, развиваемой агрегатом.

В этом регуляторе выход задающего устройства, подключенного на вход интегратора вместе с выходом измерителя частоты .вращения и выходом устройства статизма через сумматор, является выходом памяти задающего устройства.

Таким образом, на вход интегратора от устройства поступает непрерывный аналоговый сигнал, величина которого пропорциональна заданной мощности.

Однако для связи с автоматикой энергосистемы, например с управляющей вы5 8689 числительной машиной, требуется иметь сигнал задания на выходе задающего устройства в регуляторе в число-импульсной форме.

Цель изобретения — сокращение времени обработки задающего сигнала по мощности в электрогидравлическом регуляторе с одним задающим устройством за счет исключения в указанном регуляторе зависимости скорости отработки задания мощности от настройки формирователя закона регулирующего воздействия по отклонению частоты (ПИД формирователя).

Указанная цель достигается тем, что регулятор снабжен суммирующим усилителем-ограничителем, вход которого включен на выход сумматора, а выход - на вход интегратора, а задающее устройство снабжено дополнительным источником -задающего сигнала, выход которого связан со вторым входом усилителя-ограничителя.

С целью упрощения выход устройства статизма связан со входом запоминающего элемента задающего устройства.

С целью унификации н повышения надежности дополнительный источник задающего сигнала в задающем устройстве выполнен в виде генератора последователь- ЗО ности задающих импульсов с настраиваемой скважностью, и в задающее уст" ройство введены сумматор, интегратор, инвертор, выключатели, логические элементы НЕ и И, причем первый вход сум- зз матора соединен с выходом устройства статнзма, а выход сумматора через первый выключатель соединен со вторым входом запоминающего элемента н через второй выключатель с входом интеграто- 4о ра, выход которого подключен на второй вход сумматора, третий вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, третий выход логического устройства соединен с первым входом логи- 15 ,ческого элемента И, выход которого соединен с управляющим входом первого выключателя и через логический элемент

НЕ с управляющим входом выключателя, кроме того, второй вход элемента И соединен с выходом генератора последовательности задающих .импульсов, который через инвертор и третий выключатель, а параллельно и через четвертый выключатель соединен со входом суммирующего усилителя-ограничителя, причем управляющие входы третьего и чет- . вертого выключателей соединены соответ.ственно с четвертым и пятым выходами

63. 6 логического устройства, вестой выход которого соединен с третьим входом

;запоминающего элемента.

С целью повышения точности. регулятор снабжен элементом задержки, включенным в выходную цепь устройства статизма, и генератором одиночного импульса настраиваемой длительности, выход которого соединен со вторым входом элемента задержки и с первым входом логического устройства, а вход генератора подключен ко второму-выходу устройства статиэма.

С целью автоматического перевода регулятора во время работы агрегата на энергосистему из режима задания мощности в режим задания частоты и обратно регулятор снабжен настраиваемым датчиком величины уставки статизма, причем выход датчика соединен со вторым входом логического устройства, а вход подключен ко второму выходу устройства статизма.

На фиг. I представлена функциональная схема регулятора, включенного на объект регулирования; на фиг. 2 - то же, но на ней показаны составные части задающего устройства и элементы, введенные в цепи устройства статизма.

Регулятор содержит измеритель частоты вращения, задающее устройство

2, сумматор 3, пропорциональный и дчфференцирующий элелент 4 (ПД элемент), усилитель-ограничитель 5, устройство

6 статизма, датчик 7 величины уставки статизма, интегратор 8 ° электрическое. исполняющее устройство 9, объект 10 регулирования и логическое устройство 10.

Измеритель I частоты вращения и выход устройства 2 подключены на соответствующие входы сумматора 3, выход которого подключен на вход ПД элемента

4 и на вход интегратора 8.

Один иэ входов устройства 2 подключен к выходу устройства 6, подключенному и на соответствующий вход сумматора 3. Остальные входы устройства

2 подключены к соответствующим выходам логического устройства II.

Второй выход устройства 6 связан с входом устройства II непосредственно, а третий выход вЂ, с другим входом устройства II через датчик 7. Выход усилителя 5 связан через интегратор 8 с выходом устройства 9, второй вход которого подключен к выходу ПД элемента 4. Выход интегратора 8 подключен

7 8689 к входу устройства 6. Устройство 9 соединено с объектом IG регулирования.

На фиг. 2 составные части .устройства 2 обведены пунктиром.

Устройство 2 состоит из сумматора

12, первый вход которого через первый вход устройства 2 соединен с выходом устройства 6, а выход через первый выключатель 13 соединен с первым входом запоминающего элемента 14 и через второй вык.иочатель 15 - с входом интегратора 16, выход которого подключен на второй вход сумматора 3, третий вход которого подключен к выходу запоминающего элемента 14, являющемуся выходом устройства 2, причем второй вход элемента 14 подключен к выходу источника 17 задающего сигнала, входы которого соединены со входами устройства 2 и подключены к выходам устройства 11 °

Кроме того, в состав устройства 2 входит логический элемент И 18, выход которого подключен к управляющему входу выключателя 13 и через логический элемент НЕ 19 — к управляющему входу выключателя 15.

Один из входов элемента 18 связан через вход устройства 2 с выходом устройства II а второй вход подключен к выходу генератора 20 последовательносЗО ти задающих импульсов с настраиваемой скважностью входящему в состав устройства 2.

Выход генератора 20 через инвертор з5

21 и третий выключатель 22, а парал-. лельно и через четвертый выключатель

23 связан со вторым выходом устройства 2, подключенным на вход усилите ля 5. 40

Управляющие входы выключателей 22 и.23 являются входами устройства 2 и соединены с соответствующими выходами устройства 11, Цепи устройства 6 снабжены элемен- 45 том 24 задержки, включенным в цепь выхода устройства, и генератором 25 одиночного импульса настраиваемой длительности.

Выход генератора 25 соединен со вторым входом элемента 24 и через выход устройства 6 — с одним из входов устройства 11.

В равновесном состоянии системы регулирования, т. е, в статике, когда регулирующий орган объекта регулирования неподвижен, алгебраическая сумма сигналов на входах сумматора

3 от измерителя 1 и устройств 2 и 6

63 8 равна нулю. Алгебраическая сумма сигналов на входах сумматора 12 от уст" ройства 6, элемента 14 и интегратора

16 также равна нулю.

На всех выходах устройства ll подключенных к входам устройства 2, сигнал логического нуля.

Поэтому запоминающий элемент 14 работает в режиме хранения и все его входы, кроме входа, соединенного с устройством ll, отключены, сигнал на выходе устройства 17 равен нулю, бесконтактные (полупроводниковые) выключатели 13, 22 и 23 выключены, а выключатель 15 включен, так как на его управляющем входе имеется сигнал логической единицы благодаря элементу

НЕ 19.

При отклонении частоты в энергосистеме сигнал на выходе измерителя I изменяется, равновесие на входах сумматора 3 нарушается и на его выходе появляется соответствующий сигнал.

Этот сигнал отрабатывается регулятором и по мере этой отработки равновесие на сумматоре 3 восстанавливается благодаря изменению с.1гнала от устройства 6 статизма.

В этом и заключается действие канала регулирования частоты.

При этом в предлагаемом регуляторе изменение сигнала от устройства 6 вызывает нарушение равновесия на входах

; сумматора 12, но это равновесие восстанавливается действием интегратора

16 благодаря тому, что на выход сумматора 12 соединен с входом интегратора 16 через выключатель !5, который включен, а выход интегратора 16 подключен, как=отрицательная обратная связь, к одному из входов сумматора 12.

Таким образом, в режиме работы по; отклонению частоты вращения от номинальной величины на выходе сумматоров

3 и 12 поддерживается нуль, При работе системы регулирования со статической характеристикой регулятор работает по отклонению частоты и в то же время реализует задание мощности от автоматической системы управления производством и раслределением электроэнергии. От этой системы на устройство !1 поступает команда "Прибавить" или "Убавить".

В режиме отработки задания мощности устройство 11 подает сигнал логической единицы на управляющий вход вьпслючателя 22 или 23, т. е, логический сигнал "Прибавить" или "Убавить",.

Задающий сигнал от генератора 20 проходит на второй вход усилителя-ограничителя 5 и вызывает изменение величины сигнала на выходе интегратора 8.

Электрогидравлическое исполняющее устройство 9 (электрогидравлическая следящая система) отрабатывает это изменение, перемещая регулирующий орган агрегата 10 в соответствующем. направ- 1О ленни. Время отработки задающего сигнала зависит от скорости изменения выходного сигнала интегратора 8, а она определяется настройкой его передаточной функции. Благодаря тому, что сигнал по отклонению частоты от сумматора 3 и задающий сигнал подаются на. разные входы усилителя 5, время отработки задающего сигнала не зависит от настройки передаточной функции интегратора по частоте, так как настройка передаточных функций по разным входам усилителя 5 производится только за счет изменения сопротивления входных резисторов.

Таким образом, можно настроить возможное для данного энергетического агрегата время отработки задающего сиг" нала, Емкость конденсатора в цепи обратЗО ной связи интегратора 8 при настройке не меняется.

Одновременно с подачей логического сигнала "Прибавить" или Убавить" устройство 11 подает сигнал. логической единицы на вход элемента 18 и элемента 14.

При этом элемент 14 переводит"я из режима хранения в режим записи, выключатель 13 включается, а выключатель

15 отключается.

Таким образом, в запоминающий элемент 14 записывается с выхода устройства 6 через сумматор 12 и выключатель

13, но мере отработки задающего сигнала, величина, пропорциональная положению регулирующего сигнала, 63 10 го сигнала на сумматоре 3 и йасыщение элемента 14.

Укаэанные улучшения эксплуйтационных свойств регулятора позволяют упростить алгоритм управляющей машины и уменьшить вероятность ошибочных действий оперативного персонала электростанций.

Запись сигнала с выхода уотройбтвв

6 в элемент 14 в процессе отработки задания происходит практически беэ запаздывания, поэтому в тот момент, когда заданное приращение мощности ре" ализовано, " управляющая машина или дежурный инженер станции снимает кс манду "Прибавить" или "Убавить" и устройство 11 заменяет сигнал логической единицы на своих выходах логическим нулем, элемент.l4 возвращается в режим хранения, а на его выходе оказы-. вается сигнал, пропорциональный величине отработанного задания.

Таким образом, в известных регуляторах отработка задания идет вслед эа его записью в память задающего устройства, а в предлагаемом регуляторе наоборот, т. е. запись памяти идет вслед за отработкой задания, Генератор 20 задающего сигнала имеет настройку скважности генерируемой им периодической последовательности задающих импульсов. Эта настройка, в сочетании с упомянутой настройкой seличины сопротивления входного резистора усилителя .5, позволяет устанавливать одно и то же количество задающих устройством импульсов на полный ход регулирующего органа у агрегатов

pGsJIH÷íÎÉ мОщности при минимальнОМ времени отработки задающего сигнала.

Благодаря этому обеспечивается унификация задающего блока управляющей машины, так как количество разрядов в реверсивном счетчике этого блока будет одно и то же для всех управляющих машин, работающих на разных электростанциях.

Коэффициентом пропорциональности служит коэффициент передачи устройства 6 статизма.

Благодаря этому масштаб задающего сигнала по мощности не зависит от уставки статизма и, кроме того, при выходе регулятора на упор изменение сигнала на выходе запоминающего элемента 14 (запись в память) само по себе прекращается. Таким образом, исключается появление несбалансированноИмпульсная форма задающего сигнала О позволяет ввести число-импульсную обратную связь между регулятором и управляющей машиной, Благодаря такой связи упомянутый счетчик, в который записано заданное приращение мощности, ведет счет задающих импульсов поступающих на вход усилителя 5 и в момент, когда счетчик приходит на куль, машина снимает с регулятора команду

"Прибавить" или "Убавить".

Il 86

Кроме этой функции число-импульс--ная обратная связь между регулятором и управляющей машины выполняет также функцию контроля исправности прямой связи между машиной и устройством ll регулятора и задающего устройства регулятора.

Каждый задающий импульс, поступающий на вход усилителя-ограничителя 5, вызывает его насыщение.. Поэтому в режиме отраоотки задающего сигнала по мощности сигнал с выхода сумматора 3 по отклонению частоты проходит через усилитель 5 только во время пауз меж.ду задающими импульсами. Элемент 24 задержки, введенный в цепь выхода устройства 6, задерживает скорость изменения выходной величины устройства 6 только во время действия одиночного импульса от генератора 25, который срабатывает в момент переключения уставки статизма. Длительность импульса можно настраивать. Этот импульс является логическим признаком переключения уставки статизма и в момент переключения. поступает на соответствующий вход устройства 11.

Устройство 11 на время длительнос- ти импульса (0,1-0,2 с) включает элемент 14 в режим записи и подает сигнал логической единицы на вход элемента 18.

Получается кратковременное включение устройства 2 в режим отработки задания мощности без включения выключателей 22 или 23. Поэтому изменение сигнала на выходе устройства 6, вызванное переключением уставки статизма, компенсируется в сумматоре 3 благодаря соответствующему изменению сигнала на выходе задающего устройства

2, и не вызывает изменения нагрузки агрегата, т. е. точность поддержания заданной мощности не нарушается.

Принцип действия элемента 24 заключается в том, что в момент переключения,уставки статизма на время действия импульса от генератора 25 к выходу устройства 6 подключается конденсатор, нормально включенный на подзаряд от выходного сигнала устройства 6, При работе системы регулирования с астатической характеристикой р егулятор работает по отклонению частоты.

Реализация задания мощности в этом режиме теряет смысл, так как на изменение входного сигнала система реагирует всей мощностью агрегата, поэтому

1 в предлагаемом регуляторе предусмот-

8963 12 рен настраиваемый датчик 7 величины уставки статизма, предназначенный для перевода задающего устройства 2 в режим задания установки частоты при включении уставки статизма, равной нулю или близкой к нулю.

При появлении логического сигнала от датчика 7 устройство 11 получая команду Прибавить" или "Убавить" от управляющей машины, выдает сигнал логической единицы на вход элемента 14 и на один из входов источника 17, сохраняя на остальных своих выходах сигнал логического нуля. Элемент 14 включается в режим записи сигнапа от устройства 17 на время действия команды

"Прибавить" или "Убавить" и таким образом устройство 2 запоминает уставку частоты, которую при работе с астатической характеристикой должна поддерживать система регулирования. технические преимущества предлагаемого регулятора в сравнении с известными заключаются в удовлетворении требований к регуляторам, энергетических агрегатов со стороны современных автоматических систем управления производством и распределением электроэнергии, а именно: имеет минимальное, возможное для данного агрегата время отработки задающего-сигнала по мощности; масштаб задающего сигнала по мощности не зависит от уставки статизма; выход регулятора на упор не вызывает появления несбалансированного сигнала и насыщения задающего устройства в процес"е отработки задания по мощности; число-импульсная форма задающего сигнала по мощности позволяет устанавливать одно и то же число задающих импульсов на полный ход регулирующего органа у агрегатов различной мощности; переключение установки статизма, в том числе дистанционное, не вызывает самопроиэвольног0 изменения нагрузки агрегата; осуществляет автоматический перевод регулятора из режима задания мощности в режим задания частоты в соответствии с переходом от статического к астатическому регулированию частоты и обратно.

Использование предлагаемых регуляторов в современных автоматических системах управления агрегатами электростанций упрощает эти системы, повышает эти системы, повышает их надежность, обеспечивает их унификацию.

868963 !4 го элемента И, выход которого соединен с управляющим входои первого выключателя и через логический элемент НЕ..с управляющим входои второго выключателя, кроме того второй вход элемента И соединен с выходом генератора последовательности задающих импульсов, который через инвертор и третий выключатель, а параллельно и через четвертый выключатель, соединен со входом суммирующего усилителя-ограничителя, причем управляющие входы третьего и четвертого выключателей соединены соответственно с четвертыи и пятым выходаии логического устройства, шестой выход которого соедийен с третьим входом запоминающего элемента.

4. Регулятор по пп. 1-3, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, регулятор снабжен элементом задержки, включенным в выходную цепь устройства статиэма, и генератором одиночного импульса настраиваемой длительности, выход которого соединен со вторым входом элемента задержки и с первым входои логического устройства, а вход генератора подключен ко второму выходу устройства статиэма. ьо

5. Регулятор по пп. 1-4, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью его автоматического перевода Во время работы агрегата на энергосистему иэ режима задания мощности в режим задания частоты и обратно, регулятор снабжен настраиваемым датчиком величины уставки статизма, причем выход датчика соединен со вторым входои логического устройства, а вход подключен ко второму выходу устройства статиэма, 13 формула изобретения луатации регулятора РИТМ-I В 2154, 1973.

so 3. Проспект фирмы Вудворд Bulletin

07058 Moodward Cjovernor Company, USA, "Electric governor for. Hydraulic

Turb i nes, 1970.

1. Злектрогидравлический регулятор частоты вращения и мощности электроэнергетического агрегата, наприиер гидроагрегата, содержащий логическое устройство, соединенное с задающим устройством, включающим в себя источник задающего сигнала, подключенный к запоминающему элементу на выходе, при чем входы источника задающего сигнала подключены к двум выходам логического устройства, выход задающего устройства, выход устройства статизма и выход измерителя частоты вращения агрегата подключены на сумматор, а выход интег ратора включен на вход электрогидравлического исполнительного устройства, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени обработки за дающего сигнала, регулятор снабжен суммирующим усилителем-ограничителем, вход которого включен на выход сумматора, а выход — на вход интегратора, а задающее устройство снабжено дополнительным источником задающего сигнала, выход которого связан со вторым входом усилителя-ограничителя.

2. Регулятор по п. I о т л и - . ч а ю шийся. тем, что, с целью упрощения, выход устройства статизма связан со входом запоминающего элемен та задающего устройства.

3. Регулятор по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю шийся . тем, что, с целью унификации и повышения надежности дополнительный источник задающего сиг нала в задающем устройстве выполнен в виде генератора последовательности задающих импульсов с настраиваемой скважностью, и в задающее устройство

° введены сумматор, интегратор, инвертор, выключатели, логические элементы

НЕ и И, причем первый вход сумматора соединен с выходом устройства статизма, а вь ход сумматора через первый 4S выключатель соединен со вторым входом запоминающего элемента и через второй выключатель с входом интегратора,. выход которого подключен на второй вход сумматора, третий вход которого подключен к выходу запоминающего элемента, третий выход логического устройства соединен с первым входом логическоИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. .Проспект фирмы Вудворд Bulletin

07058 Moodward С,очегпог Company. 0Ю

"Electriс governor for Hydraulic

Turbines, 1970.

2. Описание и инструкция по эксп 868963

Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 8351/81

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

Составитель К. Фотина .Редактор Ю, Ковач ТехредЛ.Пекарь Корректор М.Пожо