устройства автоматического регулирования. Устройства авт-го регулирования. Устройства автоматического регулирования
 Скачать 2.55 Mb.
|
|
Алгоритм АРВ СД Алгоритм (или закон) АРВ СД есть функция режимных параметров электропередачи, определяющая регулирующие воздействия на возбудитель генератора. Лучше всего было бы формировать регулирующее воздействие по основному закону, от которого зависит статическая и динамическая устойчивость и результирующая устойчивость электропередачи – т.е. по . О сложности и ненадежности передачи телеинформации о векторе UС уже говорилось… Поэтому в алгоритм вводят: UГ – отклонение амплитуды или действующего значения UГ от предписанного Uпр.; UГ =dUГ/dt – производная по напряжению; f d/dt – изменение частоты; f = df/dt d2/dt2 – первая производная частоты; Iв = dIв/dt – производная по току возбуждения. UГ – необходимо для обеспечения практически постоянного (с точностью статической погрешности напряжения UГ или напряжения в начале линии (на шинах ВН): UЛ = UГ - jIГ·ХТ const, формируется на выходе регулятора моделированием jIГ·ХТ. UГ – обеспечивает демпфирование колебаний напряжения, стабилизирует автоматическую систему регулирования возбуждения на холостом ходу. Сигналы по f, f, Iв (т.е. ЕГ) – повышают устойчивость замкнутой автоматической системы регулирования, включающей нагруженную ВЛ, обеспечивают затухание электромеханических переходных процессов, повышают статическую и динамическую устойчивость параллельной работы ЭлСт и ЭЭС. Таким образом: Uрег. = КU·U + К uU + Кf · f + Кf ·f + KI ·IВ Или в операторном виде: f = fC – fГ - отклонение частоты от синхронной, К – коэффициенты с размерностью постоянной времени. Из выражения видно, что f формируется реальным дифференцирующим звеном с относительно большой постоянной времени ТДР. Этот сигнал существует только в переходном процессе отклонения частоты. В установившемся режиме при наличии f сигнал f =0. В соответствии с этим выражением определяется структурная схема путем параллельного соединения соответствующих структурных звеньев. Структурная схема АРВ СД Безынерционное звено с коэффициентом усиления КU. Идеальные дифференцирующие звенья с передаточными функциями рКU , рКf , рКI . Реальное дифференцирующее звено с передаточной функцией W(p) = pKf /(pTДР +1) Безынерционный сумматор AW. Апериодическое звено с передаточной функцией W(P) = 1 /(pTу +1) отображает исполнительный усилитель автоматического регулятора. Регулируемый объект – синхронный генератор с возбудителем в структурной схеме представлен двумя последовательно соединенными апериодическими звеньями W(P) = 1 /(pTе +1) (Те – постоянная времени возбудителя) и синхронного генератора W(P) = 1 /(pTd0 +1), В реальной схеме АРВ СД все звенья инерционны, однако их постоянные времени несоизмеримы. Так у звеньев, близких к идеальным, и реальным TДР 10 ТДИ. Функциональная схема АРВ СД Особенностью схемы является наличие логической части, координирующей использование сигналов по производным режимных параметров. Функциональная схема АРВ СД состоит из двух основных частей: Измерительная часть; Исполнительная часть. ИОР и АТ – измерительный орган реактивного и активного тока ИОТР – измерительный орган тока ротора У – усилитель ИОУ (ИОН, ИОЧ) – измерительный орган угла (напряжения, частоты) ЭИУ – элемент изменения уставки УРРН – устройство распределения реактивной нагрузки ИОУ используется при работе генератора на х.х. для синхронизации (Формирует U линейно зависящий от ) ИОН формирует сигнал пропорциональный разности между Uг и предписанным напряжением (Uпр). Этот сигнал разнополярный. Uпр задает ЭИУ ИОЧ формирует напряжения или токи пропорциональные , Исполнительная часть состоит из двух частей: А1 – формирует управляющие сигналы для рабочей группы вентилей. А2 – формирует управляющие сигналы для форсировочной группы вентилей. ИОТР - формирует IР, IР =dIP/dt dEГ/dt , интегральную функцию по отклонению тока ротора Это необходимо для поддержания тока возбуждения на неизменном уровне в режиме выбега СГ атомных станций (это может быть связанно по технологическим условиям останова агрегата на атомных станциях), для разгрузки генератора при его перегрузки по реактивной мощности (по тепловому импульсу). ИОТР вырабатывает сигнал по ограничению тока ротора на 2-х кратном уровне при форсировке возбуждения. Измерительная часть содержит активный сумматор AW, который воздействует на исполнительный усилитель (или два – при двух тиристорных преобразователях). Виды исполнения АРВ СД 1. Электромагнитные АРВ СД (СО, ИО на магнитных усилителях). 2. Полупроводниковые АРВ СДП. 3. Гибридные аналого-цифровые АРВ СД для ТГ с бесщеточным возбуждением. 4. Цифровые АРВ СДМ (АРВ СД микропроцессорные). Особенности выполнения ИО При построении измерительного органа учитывается особенность АРВ СД – их быстродействие. Выходные сигналы ИО аналоговых АРВ – это напряжения постоянного тока, изменяющиеся пропорционально U, U', 'f, Р, Q, IР. Это означает, что для их получения из переменного тока (напряжения) необходимо выпрямить, отфильтровать. А фильтры инерционны. Поэтому для повышения быстродействия используют трехфазные выпрямители с малоинерционными частотными фильтрами. Примеры. С А ИОН сравнивает напряжение в начале линии (на шинах) с предписанным значением: UU = КП(UПР. – UЛ), КП- коэффициент передачи элемента изменения уставки. Входное напряжение 3-х фазного ВМ создается с учетом токовой компенсации падения напряжения на сопротивлении трансформатора блока UТ. В фазе А и С добавляется (вычитается) сигнал, пропорциональный току в этой фазе. С ростом тока статора будет уменьшаться напряжение на входе моста. ИО почувствует и отреагирует на падение напряжения. Причем, при индуктивной нагрузке ( = 900) UBC.Л=UВС.Г – IA.Р·RA, т.е. вычитается арифметически. Точно так же вычитается из фазного напряжения падение реактивного тока на индуктивном сопротивлении трансформатора. ИОЧ Измерительный орган отклонения частоты сравнивает абсолютные значения токов, которые являются разными функциями частоты. Содержит 2 контура с резонансными частотами f01=45 Гц и f02=55Гц. Микропроцессорный регулятор возбуждения сильного действия АРВ СДМ разработан в ВЭИ для ТГ и ГГ (вместо аналогичных аппаратного типа). Позволяет усовершенствовать регуляторы путем усложнения алгоритмов управления, увеличить объем выполняемых функций, точность регулирования. АРВ СДМ позволяет создать адаптивные системы управления, перестраивающиеся при изменении условий работы генератора в энергосистеме. Основные функции: - поддержание напряжения генератора с заданным статизмом; - обеспечение максимальных пределов статической и динамической устойчивости электропередачи; - улучшение демпфирования послеаварийных качаний за счет сильного регулирования; - ограничение режимных параметров с высокой точностью и быстродействием; - подгонка уставки АРВ по напряжению при ТАС; - разгрузка генератора по реактивной мощности при его отключении; - индикация состояния системы регулирования возбуждения и настроечных параметров регулятора, сигнализация неисправностей, диагностика отказов. АРВ СДМ имеет лучшие характеристики и функциональные возможности, кроме того, позволяет уменьшить объем специализированной аппаратуры и упростить её за счет использования серийных устройств, сокращается время наладки. Модификацию алгоритмов и объём выполняемых функций в конкретных условиях можно изменить без переработки аппаратуры, только путем изменения программы. Повышается надежность за счет снижения числа компонентов и их соединений, резервирования и самодиагностики. Структурная схема технических средств АРВ СДМ БКМ – блок коммутации выходных логических и аналоговых сигналов; УВК – управляющий вычислительный комплекс; УСО – устройство связи с объектом; СП – система питания; ПКУ – пульт контроля и управления; БК – блок контроля. В состав УВК входят 2 микро-ЭВМ (с ОЗУ 32 кБ, ППЗУ 32 кБ, модули ввода/вывода, параллельный и последовательный интерфейс, АЦП, ЦАП и др.). Одна ЭВМ является рабочей, другая – в горячем резерве. Регулятор имеет развитую систему программного контроля микро-ЭВМ, УСО, СП. Информация о неисправности ЭВМ и других блоков накапливается в БК. В БК формируются сигналы неисправности, поступающие на входы БКМ, а так же сигналы о неисправности УСО. В зависимости от характера неисправности производится либо перевод управления на резервную ЭВМ, либо – отключение АРВ. В состав входного УСО входят блоки ввода и обработки аналоговых сигналов от TV и TA, дискретных логических сигналов. Выходное УСО содержит блоки выходных дискретных сигналов на базе герконов и блоки вывода управляющих аналоговых сигналов, обеспечивающих усиление и гальваническую развязку сигналов регулятора. СП – обеспечивает гарантированное питание всего комплекса от сети переменного и постоянного напряжения. ПКУ – позволяет задавать режим и контролировать работу регулятора, корректировать уставки. Закон регулирования принят тем же, расширены лишь диапазоны изменения коэффициентов регулирования. Комплект программного обеспечения является системой реального времени и включает в себя программу начального пуска, программу "Диспетчер", программу измерения режимных параметров, обработки сбоев, контроля исправности регулятора, связи с оператором через ПКУ и др. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности в электрических системах Задачи АРН в ЭЭС: 1. Обеспечение оптимального режима по напряжению и реактивной мощности в процессе производства, передачи и распределения электроэнергии. 2. Обеспечение качества электроэнергии у потребителя. Оптимальный режим определяется минимумом суммарных потерь электроэнергии (главным образом – при передаче). Их минимум будет при оптимальных уровнях напряжения в узловых точках электрической системы и соответствующем распределении реактивной мощности по ВЛ питающих сетей. Режим по напряжению и "Q" распределительных сетей связан с выполнением второй задачи – поддержание заданного уровня напряжения: U* = 0,05. В частных случаях на зажимах ЭД U* = - 0,05 – 0,1 и дополнительно в послеаварийных режимах ещё 0,05. АРН и РМ может осуществляться: 1. АРВ синхронных генераторов электростанций (регулирование напряжения на шинах станции). 2. АРВ синхронных компенсаторов и синхронных двигателей. 3. Регулирование реактивной мощности с помощью управляемых статических источников реактивной мощности (конденсаторные батареи). 4. Автоматическое регулирование коэффициента трансформации трансформаторов, имеющих РПН. Регулирование напряжения может осуществляться: По астатической характеристике, когда напряжение не зависит от тока статора генератора, такую характеристику имеют АРВ, реагирующие на отклонение напряжения и не зависящие от изменения тока (корректор напряжения). Есть естественный статизм, и снижение напряжения все равно будет.
Регулятору в качестве входной величины необходимо задать ток статора, т.е. соответствующее приращение тока статора должно соответствовать изменению напряжения на выводах генератора. Это приращение характеризуется коэффициентом статизма При астатической характеристике регулирования хорошо то, что напряжение постоянно (не зависит от тока). Но при таком законе регулирования в случае параллельной работы генератора возникает неопределенность в распределение реактивных мощностей. При возникновении дефицита мощности напряжение снижается (-------), и если у первого ИО оказался более чувствительным и быстродействующим, то всякое отклонение он будет воспринимать первым и покрывать этот дефицит. Если этого приращения реактивной мощности оказалось достаточно для восстановления первоначального напряжения, то второй генератор останется с прежней нагрузкой. Таким образом, распределение реактивной мощности между параллельно работающими генераторами будет совершенно произвольным. При статической характеристике, если два агрегата имеют одинаковый коэффициент статизма, то каждый из агрегатов получает одинаковую загрузку при дефиците мощности. Uнр – напряжение при номинальной реактивной нагрузке. При различных коэффициентах статизма: Реактивная нагрузка распределяется обратно пропорционально коэффициенту статизма. Так как эти отношения справедливы для любого числа параллельно работающих генераторов, то суммарная реактивная мощность: Таким образом, в этом случае имеет место строго определенное распределение Q между параллельно работающими агрегатами. Однако при статическом регулировании не обеспечивается требование поддержания напряжения в заданной точке на неизменном уровне, например, на шинах станции или у потребителя. Удовлетворить обоим требованиям можно при групповом автоматическом управлении возбуждением. Задание статизма по реактивному току генератора АРВ настроен астатически. Чтобы обеспечить статизм необходимо ввести информацию о токе. Для этого в цепь TV, от которого питается АРВ, включается R, к которому подводится ток фазы А. Полярность IAP·R совпадает с напряжением UBC. Падение напряжения на R от активной составляющей тока только поворачивает вектор входного напряжения, существенно не влияя на модуль. => Увеличение Uвх.АРВ воспринимается как повышение напряжения генератора… Работа генератора в блоке с трансформатором Для обеспечения неизменности напряжения на шинах ВН можно использовать эту же схему, но только изменить знак (задать отрицательный коэффициент статизма на шинах генераторного напряжения). К АРВ также подводится Uг. Напряжение на шинах ВН: т.е. снижается при увеличении реактивного тока. Если принять Rк = Xт, то При увеличении ток нагрузки блока Uвх АРВ уменьшается, АРВ это воспринимает как снижение напряжения на генераторном напряжении и увеличивает ток возбуждения, компенсируя падение напряжения на сопротивлении трансформатора. Параллельная работа блоков на общие шины Система питания АРВ аналогична. Вход АРВ – Uг Если АРВ поддерживает на генераторах равные напряжения Uг1 = Uг2, то: ; Реактивная мощность при параллельной работе распределяется обратно пропорционально сопротивлениям блочных трансформаторов. ВЫВОД: При параллельной работе агрегатов на шинах ВН с АРВ, имеющими астатически настроенные регуляторы на генераторном напряжении, обеспечивается определенное распределение реактивной нагрузки и дополнительных средств стабилизации режима по реактивной мощности не требуется. Групповое управление возбуждением генераторов (ГУВ) Для того чтобы изменить режим работы станции по напряжению, необходимо изменить уставку АРВ одновременно на всех генераторах. На полностью автоматизированных ГЭС это может осуществляться путем телеуправления установочными реостатами (УР) или установочными автотрансформаторами (УАТ) всех АРВ с диспетчерского пункта Для облегчения работы оперативного персонала и повышения качества регулирования на полностью автоматизированных ГЭС используются устройства группового управления возбуждением генераторов. Для обеспечения устойчивого и определенного распределения Q между параллельно работающими генераторами характеристика регулирования напряжения в точке соединения генераторов должна иметь положительный статизм по собственному току (при отсутствии специальных схем уравнивания реактивных нагрузок агрегатов). Но при этом не обеспечивается качество электроэнергии. Для этого используют метод "встречного регулирования напряжения". Для автоматического увеличения напряжения в точке соединения генераторов в ИО АРВ (регулятора по отклонению напряжения) вводится сигнал по суммарному току включенных параллельно агрегатов (т.е. осуществляется компаундирование измерительных органов напряжения). Для обеспечения такого закона поддержания напряжения и распределения реактивной мощности и используется ГУВ генераторов. ДОСТОИНСТВА ГУВ: Возможность изменения напряжения путем воздействия на один регулятор, а не на каждый в отдельности. Возможность настройки общего регулятора с отрицательным коэффициентом статизма по суммарному току шин (обеспечивается методом встречного регулирования). Устранение в ПП взаимных качаний, возникающих при использовании индивидуальных АРВ. При выполнении ГУВ общим является измерительный орган напряжения или элемент этого органа (нелинейный элемент). В остальном используется индивидуальные АРВ. Если устройства ГУВ используются на многоагрегатных ЭС для одновременного изменения уставок индивидуальных АРВ, то возможно применение 2-х вариантов схем. Уставки всех индивидуальных регуляторов изменяются синхронно ключом SA с помощью реверсивного двигателя М, на валу которого укреплены движки установочных реостатов RRS. По второму варианту изменение уставок обеспечивается введением дополнительной ЭДС от вспомогательных трансформаторов TL, которые питаются от одного общего установочного трансформатора TS. Другой, принципиально отличный способ регулирования напряжения – применение центрального АРВ. На каждом генераторе устанавливаются индивидуальные устройства компаундирования и УБФ. А регулирование напряжения производится общим центральным устройством ОРВ через индивидуальные исполнительные органы. Распределение реактивных нагрузок между генераторами осуществляется за счет статизма внешних характеристик генераторов (коэффициент статизма может меняться переменным резистором RRS). По мере роста реактивной нагрузки станции напряжение генераторов снижается. Для восстановления напряжения характеристика смещается вверх на Uдоб., т.е. изменяется уставка от Uг.х.1 до Uг.х.2 . Одновременное изменение уставок от центрального установочного трансформатора TS и промежуточных трансформаторов TL производится путем формирования Uдоб, которое вычитается (или суммируется) из суммы напряжений на входе исполнительных органов АРВ: Uвх. = UГ + IГХСТ - Uдоб. Если при этом коэффициент трансформации TS изменять автоматически при помощи одного (центрального) астатического регулятора, то можно поддерживать постоянство напряжения и иметь определенность в распределении реактивных нагрузок. Существует две разновидности ГУВ: С центральным распределителем реактивных нагрузок ГУВ со схемами уравнивания реактивных нагрузок, образующих поперечные связи между генераторами и основанные на принципе мнимого статизма. В качестве параметра, характеризующего реактивный ток статора может использоваться:
Реактивная составляющая тока статора Полный ток статора Напряжение ротора Ток ротора |