Устройство для формирования сигнала обратной связи системы управления гидроагрегатом
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Соцналистическнх
Республик
f51)M Ктт з
G 05 В 11/01
Государственный комитет
СССР ио делам изобретений и открытий
)53) УДК 62-50 (088.8) Дата опубликования описания 3007.82 (72) Авторы (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛА
ОБРАТНОЙ СВЯЗИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ГИДРОАГРЕГАТОМ
Изобретение относится к устройствам автоматического управления гидро-" электростанциями и может использоваться в системах регулирования частоты и активной мощности как одного, так и группы агрегатов.
Известный регулятор частоты вращения и активной мощности имеет два контура регулированият внутренний контур; в котором через датчик положения регулирующего органа обратной связью охвачены устройство изменения статиэма, формирователь регулирующего воздействия на частоту вращения и электрогидравлическое исполнительное устройство, и внешний контур,охватывающий обратной связью через измеритель активной мощности гидроагрегат и укаэанные вьхае блоки.
В зависимости от положения переключателя регулятор может работать или с обратной связью по положению регулирующего органа, или с обратной связью по активной мощности.
В первом режиме система регулирования имеет хорошие динамические свойства, но статическая характеристика агрегата по активной мощности получается криволинейной и зависит от напора. Для точного и однозначного распределения нагрузки между агрегатами и электростанциями требуется прямолинейная, не зависящая от напора, статическая характеристика по мощности агрегата, которая получается прк работе регулятора во втором режиме (1) .
Однако введение обратной связи через измеритель активной мощности, являющийся формирователем сигнала обратной связи по активной мощности, ухудшает динамические свойства системы регулирования, что в конечном итоге отрицательно сказывается на показателях работы энергосистемы.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для автоматического управления частотой и активной мощностью агрегатов ГЭС. Известное устройство решает задачи группового управления и может работать с любым числом агрегатов. Будучи применено к одному агрегату, оно представляет собой
25 р,улятор частоты и активной м щ ности гидроагрегата, снабженный обратной связью по активной мощности.
Известное устройство содержит измеритель активной мощности, датчик положения регулирующего органа и ис947821 точник компенсирующего сигнала. Для этого регулятора также характерны два замкнутых контура. Первый - это электрогидравлическая следящая система с обратной связью по положению регулирующего органа, Второй — это кон- - 5 тур, замкнутый обратной связью,йо активной мощности с выхода объекта регулирования на вход исполнительного устройства через измеритель активной мощности и интегратор. Фор- 1О мирователем сигнала обратной связи по активной мощности здесь .также является измеритель активной мощности.. Второй контур по сравнению с первым более инерционный, так как в 15 нем имеется инерционный объект регулирования и интегратор. Поэтому действующее рассогласование на входе исполнительного устройства отрабатывается сначала быстродействующим (высо-20 кочастотным) первым контуром, т.е. по положению регулирующего органа, и затем корректируется вторым (низкочастотным) контуром по активной мощности. Благодаря этому система pery- лирования имеет прямолинейную статическую характеристику, не зависящую от напора, при минимальном времени отработки главной части действующего рассогласования P).
Недостатком этого регулятора является динамическая ошибка системы регулирования, обусловленная инерционностью формирования сигнала обратной связи по активной мощности.
При этом нельзя свести эту инерцион- З5 ность к минимуму, обусловленному свойствами исполнительных устройств регулятора и объекта регулирования, так как нельзя уменьажть ниже некоторого предела постоянную времени ин- 40 тегратора из-за появления перерегулирования, угрожающего устойчивости системы.
Цель изобретения - создание формирователя сигнала обратной связи 45 по активной мощности, обеспечивающего наибольшее быстродействие и высо- кую .динамическую точность системы регулирования за счет компенсации запаздывания управляющих сигналов в звеньях объекта регулирования, а также в звеньях исполнительных устройств регулятора при сохранении статической точности и устойчивости регулирования.
Иными словамиi предлагается форми55 рователь обратной связи по мощности, действия которого обеспечивает такие же динамические свойства системы регулирования, как и действие обратной
-связи по положению (открытию) регулирующего органа,, но в то же время дает прямолинейную не зависящую от напора статическую характеристику агрегата Tlo мощности, чего невозможно достигнуть при отработке управляющих воздействий по открытию. 65
Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит первый сумматор, блок моделирования гидравлического удара и последовательно соединенные фильтр высокой частоты, второй сумматор, блок прогнозирования статического значения активной мощности, переключатель, интегратор и третий сумматор, выход которого соединен с вторым входом интегратора и с выходом устройства, а второй вход - с выходом блока прогнозирования статического значения активной мощности, второй вход которого соединен с входом устройства, выход источника компенсирующего сигнала соединен с входом фильтра высокой частоты, выход датчика положения регулирующего органа соединен с вторым входом второго сумматора и через блок моделирования гидравлического удара - с первым сумматором, второй вход которого соединен с выходом измерителя активной мощности., а выход с вторым контактом переключателя, На чертеже представлена функциональная схема устройства формирования сигнала обратной связи. устройство включает измеритель
1 активной мощности, датчик 2 положения регулирующего органа, источник
3 компенсирующего сигнала, интегратор 4, фильтр 5 вЫсокой частоты, сумматоры 6-9, блок 7 прогнозирования статического значения активной мощности, первый переключатель 10, блок 11. моделирования гидравлического удара, датчик 12 напора ГЭС, ре— гулятор.13, объект 14 регулирования, второй переключатель 15.
Отдельные блоки устройства выполняют следующие функции.
Согласованный фильтр, реализованный на игтеграторе 4 и сумматоре 8, представляет собой сумматор сигналов, включенных на его входы интегрирующего и дифференцирующего звеньев и имеет по низкочастотному (первому) входу сумматора. 8 передаточную функцию
Н н.ч. т +-1 а по высокочастотному .(второму) входу сумматора 8 передаточную функцию т ач. тд+1
Под высокой частотой в согласован:ном Фильтре понимается частота и., удовлетворяющая неравенству uv <1ò, так как при выполнении этого условия коэффициент передачи сигнала по высокочастотному входу лежит в пределаМ 0,7-1 т.е. эти частоты принадлежат полосе пропускания высокочастотного входа. Этот согласованный фильтр используется для замены в области высоких частот сигнала фактической активной мощности, имеющего боль
947 &21 шие динамические погрешности, сиг налом прогнозируемой активной мощности, .формируемык беэынерционно в функции от открытия и напора.
Блок 11 моделирования гидравлйческога удара в общем случае пред- 5 ставляет нелинейный фильтр высокой частоты, передаточная функция которого определяется из следующих соо5ражений
При жесткой связи генератора с 10 системой регулирования электрическая мощность, отдаваемая в сеть при перемещении регулирующего органа, совпадает численно с моментом, развиваемым гидравлической турбиной,ко- g торый следующим образом может быть представлен в функции от перемещения регулирующего органами
Так как Т, может достигать величины 3-4 с, то величину постоянной времени согласованного фильтра, реализованного на интеграторе и сумматоре
8, в.этом случае не удается установить менее 15 с. При уменьшении постоянной времени .этого фильтра и большом возмущении может наблюдаться колебательность переходного процесса, обус-30 ловленная влиянием гидравлического удара. Поэтому к сигналу датчика активной мощности добавляется сигнал блока 11, имеющего передаточную функцию 35, О+ K)Tyg P (жт р
40 что позволяет получить сигнал активной мощности с исключением вредной для устойчивости динамической добавки от действия гидравлического удара.
В этом случае выбор постоянной вре- 45 мени согласованного фильтра осуществляется таким образом, чтобы не допустить влияния синхронных качаний мощности гидрогенератора на движение регулирующих органов турбины, а также не допустить набора (сброса), мощности агрегата при отключении (включении) потребителей.
Диапазон настройки постоянной времени фильтра расширяется в сторону малых постоянных времени до 1 с с сохранением устойчивости контура мощности. Таким образом, введение блока
ll расширяет диапазон настройки согласованного фильтра. Блок 11, кроме того, не обладая запаэдЫванием в об- 60 ласти частот синхронных. качаний генератора и фильтра измерителя активной мощности и обладая в этой области частот значительно большим усилением, чем тракт сигнала электрической актив-65 ности мощности, шунтирует последний в области высоких частот, что полностью исключает возникновение колебаний иэ-Sa динамических характеристик цепи обратной связи по активной электрической мощности генератора.
Источник 3 компенсирующего сигнала через фильт 5 высокой частоты и сумматор 6 компенсирует запаздывание сигнала датчика 2 положения регулирующего органа,.вызванное инерцион-ностью исполнительных устройств регулятора.
Источником компенсирующего сигнала обычно является какой-либо элемент системы регулирования, находящейся до инерционной части регулятора.
Для турбин с оДним регулирующим органом датчик 2 положения регулирующего органа (датчик открытия направляющего аппарата) одномерный, в турбинах с двумя регулирующими органами датчик 2 - двумерный датчик, Блок 7 прогнозирования статического значения активной мощности по открытию и напору, величина которого подается на вход устройства с датчика 12 напора ГЭС, представляет собой двухкоординатный нелинейный блок в случае. турбины с одним регулирующим органом и трехкоординатный нелинейный блок в случае турбины с двумя регулирующими органами.
Действие формирователя заключается в следующем.
При движении регулирующих органов турбины сигнал от датчиков 2 положения поступает на блок 7 прогнозирования статического значения активной мощности ° Блок 7 осуществляет выработку сигнала прогнозируемой мощности для данного агрегата в соответствии с эависимоСтью
P = P(Y,Н), где P - активная мощность агрегата;
Y - ход главного сервомотора, определявшего положением регулирующих органов;
Н вЂ” напор.
Этот сигнал проходит через вход высокой частоты фильтра, реализованного на интеграторе 4 и сумматоре 8, и осуществляет выключение движения регулирующих органов. В момент остановки регулирующих органов значение фактической мощности изменяется за счет изменения давления в водоводе, однако блок ll моделирования действия гидроудара обеспечивает с момента остановки регулирующих органов практически постоянство сигнала на выходе.сумматора 9.
Данное положение переключателя
10 соответствует нормальной работе формирователя с учетом действия гид равлического удара и фактической
947821 формула изобретения
ВНИИПИ Заказ 5650/71 Тираж 914 Подписное
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, величины активной мощности. Измене-. ние положения переключателя 10 приводит к замене сигнала обратной связи по фактической активной мощности сигналом — функцией от положения (открытия) регулирующего органа и на- 5 пора — соответствующим прогнозируемой активной мощности.
Если в регуляторе предусмотрен переключатель 15, то возможна полная замена сигнала обратной связи по ак- )0 тивной мощности сигналом обратной связи по положению регулирующего органа.
В предлагаемом формирователе достигается полная компенсация влияния на, устойчивость системы регулирования действия всех динамических звеньев исполнительных устройств, гидравлического удара, датчика активной мощности и динамической характеристики гидроагрегата.
Таким образом, предлагаемое устройство при работе с обратной связью по активной мощности обеспечивает повышенное быстродействие и динамическую точность (по сравнению с быстродействием и динамической точностью, которые достигаются при работе с обратной связью по положению), так как в нем компенсируется запаздывание, вызванное не только инерционностью объекта регулирования, но И инерционностью исполнительных устройств регулятора.
Предлагаемое устройство-представляет собой самостоятельный узел, что 35 очень важно при реконструкции систе- . мы регулирования на действующих ГЭС, так..как оно может быть применено практически в любой схеме электрогидравлического регулятора беэ передел- 4р ки последнего, что дает возможность перейти на регулирование частоты со статизмом по активной мощности и на автоматическое задание нагрузки в единицах мощности независимо от напора °
Устройство для формирования сигнала обратной связи системы управления гидроагрегатом, содержащее измеритель активной мощности, датчик положения регулирующего органа и источник компенсирующего сигнала, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и динамической точности устройства, оно содержит первый сумматор, блок моделирования гидравлического удара и последовательно соединейные фильтр высокой частоты, второй сумматор, блок прогнозирования статического значения активной. мощности, переключатель, интегратор и третий сумматор, выход которого соединен с вторьм входом интегратора и с выходом устройства, а второй вход - с выходом блока прогнозирования статического значения активной мощности, второй вход которого соединен с входом устройства, выход источника компенсирующего сигнала соединен с входом. фильтра высокой частоты, выход датчика положения регулирующего органа соединен с вторым входом второго сумматора и через блок моделирования гидравлического удара — с первым сумматором, второй вход которого соединен с выходом измерителя активной мощности, а выход — с вторым входом переключателя.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
l. ИОООИИЮ Electric governors
for hydrauXic turbines Woodward
Governor Сощраеу BuXIetin, 07058, Rocford, 2. Авторское свидетельство СССР
9 379013, кл. И 02 3 3/46, 02.02.68 (прототип) .
