устройства автоматического регулирования. Устройства авт-го регулирования. Устройства автоматического регулирования

• Название: Устройства автоматического регулирования
• Анкор: устройства автоматического регулирования
• Дата: 25.05.2022
• Размер: 2.55 Mb.
• Имя файла: Устройства авт-го регулирования.ppt
• Тип: Документы; #549502
• страница: 5 из 5

Электрогидравлические регуляторы (ЭГР)


Используются на ГТ. Практика показала их высокую чувствительность, надежность, возможность реализовать различные законы регулирования.
Существуют ЭГР различных модификаций:
Изодромные (обеспечивает астатический закон регулирования) регуляторы с гибкой и жесткой обратной связью по положению главного или вспомогательного гидродвигателя.
Регуляторы с воздействием по отклонению частоты и ее производных (ПД-регуляторы).
Регулятор с воздействием по отклонению частоты и изменению интегральной функции от отклонения частоты (ПИ-регуляторы).
Регулятор, использующий отклонение частоты, её производной и интегральную функцию по отклонению частоты (ПИД-регуляторы).


В ЭГР все функциональные элементы выполнены на электрическом принципе. Усилители – гидромеханические, расположенные в ГМК. Связь между панелью электрооборудования и ГМК осуществляется с помощью ЭГП.


Упрощенная функциональная схема ПИД-регулятора типа ЭГР-И.


Информация о частоте поступает на схему от тахогенератора GH, вращающегося с синхронной скоростью с генератором
1 – Измерительный орган отклонения частоты (двойной Т-образный мост, RC-контур).
2 – Фазочувствительный выпрямитель.
3 – Дифференциатор (из отклонения формирует производную);
4 – Сумматор, где суммируются сигналы, пропорциональные f, f, предписывающего сигнала от МИЧ, сигналов ОС от интегратора 5.
5 – Интегральный усилитель (интегратор охваченный гибкой и жесткой отрицательной обратной связью).
7 – Жесткая ОС (обеспечивает требуемый статизм регулирования).
8,6 – Гибкая ОС.
9 - Сумматор, где суммируются сигналы постоянного тока от усилителя 5, предписывающие сигналы от МИМ, сигналы от устройства ГРАМ и сигналы ООС по положению гидравлического двигателя направляющего аппарата в ГМК.


10 – Усилитель/Преобразователь мощности, работает как электромеханическая следящая система с выходным 2-фазным асинхронным двигателем и ООС (сельсин BG3, работающий в трансформаторном режиме).
11- фазочувствительный выпрямитель.
С валом ЭД жестко связан золотник гидроусилителя ГМК.
МИЧ и МИМ выполнены с помощью сельсинов BG1 и BG2, работающих в трансформаторном режиме, имеют дистанционное управление (М1 и М2).
Пропорционально-интегральный-дифференциальный закон регулирования обеспечивает лучший процесс регулирования частоты и мощности.


 =  /ном - относительное отклонение по частоте;
= D/Dном – относительное приращение расхода энергоносителя;
Тп – постоянная времени цепи ускорения;
Тd – постоянная времени цепи ГОС;
ТS – постоянная времени интегрирующего усилителя;
d – коэффициент усиления звена ГОС;
 - коэффициент передачи ЖОС.


Параллельная работа агрегатов снабженных АРЧВ


ПТ имеют астатичекий закон регулирования, ГТ в большинстве снабжены изодромным механизмом, который обеспечивает астатический закон регулирования частоты. Проблема заключается в распределении активной мощности.
Если уставка одного агрегата немного больше fу1>fном , то при астатическом регулировании АРЧВ этого агрегата будет увеличивать количество энергоносителя и брать на себя нагрузку, пока не будет исчерпан регулировочный диапазон. В автономной энергосистеме это приведет к повышению частоты в системе и разгрузке других агрегатов (fу2

Статически настроенный АРЧВ обеспечивает определенность в распределении нагрузок при любом значении частоты. Так как частота является единой для всех параллельно работающих агрегатов, следовательно, частота может служить общим параметром распределения нагрузок.


Рассмотрим параллельную работу двух агрегатов с разными Кст и одинаковыми уставками по частоте.
В установившемся режиме при f1 имеем Р1' и Р2'.


Нагрузка возрастает на


, а частота снизилась на f. Из определения:


, получим для каждого агрегата:


Или:


;


При параллельной работе агрегатов в автономной энергосистеме соотношение между суммарным увеличением (уменьшением) мощности этой системы РС и отклонением по частоте fC будет определяться средневзвешенным КСТ.


(1)


Здесь


При изменении частоты на fC изменится нагрузка всех агрегатов в соответствии с их коэффициентами статизма и номинальной мощностью, то есть:


Тогда, учитывая выражение (1),средневзвешенный КСТ


Средневзвешенный КСТ в автономной энергосистеме не постоянная величина, а зависящая от степени загрузки агрегатов. По мере роста нагрузки энергосистемы начинает исчерпываться регулировочный диапазона отдельных агрегатов, и коэффициент статизма таких агрегатов будет стремиться к бесконечности.


При этом средневзвешенный КСТ начнет увеличиваться (знаменатель приведенного выражения уменьшается).


При определении изменения мощности системы РС при отклонении частоты недостаточно учитывать только средневзвешенный коэффициент статизма. Необходимо учитывать также и регулирующий коэффициент нагрузки (Кн) и соотношение номинальных мощностей нагрузки и генераторов. Вводя коэффициент резерва:


Тогда связь между РС и fС будет выглядеть


При снижении частоты (знак


При снижении частоты (знак f* - минус) мощность энергосистемы возросла бы в соответствии с первым слагаемым выражения, но из-за наличия РЭН это приращение будет меньше на величину, определяемую вторым слагаемым, т. к. частота в системе все-таки снизилась.


В случае исчерпания регулирующего диапазона всех турбин


Изменение мощности системы - только за счет РЭН.


Полученные выражения приведены для идеальных статических характеристик. Реальные статические характеристики имеют зону нечувствительности.


f


Есть зона нечувствительности по f, есть зона неопределенности по P.


Ширина зоны нечувствительности оценивается коэффициентом нечувствительности в о.е. или в %:
КНЧ=fнч/fном. Наличие зоны нечувствительности обуславливает неопределенность нагрузки агрегата при данном значении частоты - РНП*.
Как видим, РНП* и КНЧ зависят друг от друга и их отношение равно коэффициенту статизма:


Это позволяет оценить зону неопределенности при заданном КСТ и КНЧ. Обычно для ПТ КНЧ 0,3%, КСТ = 3 – 6 % . Тогда:


Автоматическое регулирование частоты, активной мощности и перетоков по транзитам в энергосистемах (АРЧиМ в ОЭС)


Назначение. Стандартом на качество электрической энергии в энергосистеме должна поддерживаться fном=50 Гц ( 0,1 Гц). Допускается временная работа на 10-и минутном интервале с отклонением частоты 0,2 Гц, при этом расхождение между астрономическим и синхронным временем не должно превышать 2 минут за сутки. Это влечет снижение производительности, перерасход эл. Энергии. При снижении частоты диспетчер обязан ввести в действие имеющиеся резервы мощности.


В ОЭС при наличии резерва мощности основной задачей становится обеспечение (при требуемой точности поддержания номинальной частоты) наиболее экономичного распределения нагрузок между параллельно работающими агрегатами, а также поддерживать заданный диспетчерским графиком переток мощности между энергосистемами. Таким образом, на АРЧиМ возлагается:


- поддержание частоты в ЭС на уровне 50 Гц ( 0,1 Гц);
- экономичное распределение нагрузки между параллельно работающими агрегатами;
- регулирование (или ограничение) перетоков при наличии слабых межсистемных или внутрисистемных связей.


Состав АРЧиМ.
1. Первичные регуляторы частоты вращения – предназначены для поддержания требуемого режима работы агрегата (Г-Т) при изменении электрической нагрузки путем изменения в соответствии с этой нагрузкой количества вводимого в турбину энергоносителя.
2. Устройства вторичного регулирования – позволяют поддерживать (при наличии регулировочного диапазона) частоту на неизменном уровне при любой нагрузке. Они воздействуют на первичный регулятор, изменяя его уставку через МУТ, при колебаниях частоты, изменении загрузки генератора. Устройства работают совместно с устройствами группового управления выработкой активной мощности многоагрегатной станции.


Устройства группового управления позволяют рассматривать ЭС как один объект, на который может воздействовать регулятор-задатчик, определяющий участие всей ЭС в общей системе регулирования f и Р. В связи с этим, можно выделить:


1) устройства внутристанционного группового управления, обеспечивающие наиболее экономичное распределение нагрузки между отдельными агрегатами (по равенству относительных приростов расхода топлива на выработку энергии);


2) устройства системного регулирования – воздействуют через системы управления на задатчики УГУ мощности ЭлСт, обеспечивая требуемое регулирование частоты, мощности и перетоков мощности в энергосистеме и её частях. Здесь также возможны варианты.


При централизованной системе АРЧиМ – выработку команд, воздействующих на задатчики ЭлСт, привлеченных к регулированию, производит центральный регулятор системы. Вводимая информация и закон регулирования устанавливается заранее, воздействие на задатчики УГУ ЭлСт осуществляются средствами телемеханики.


При смешанной системе АРЧиМ (применяется в ОЭС)- экономичное распределение нагрузок между агрегатами достигается путем реализации заранее запланированного графика, отрабатываемого в каждой энергосистеме станционными задатчиками УГУ.
Но есть внеплановые отклонения нагрузки (составляют 2-3%). Однако эти отклонения вызывают изменение запланированных перетоков по транзитам и отклонение частоты. Корректировка этих параметров возлагается на центральный регулятор, воздействующий на ограниченное число станций (иногда – на одну мощную ГЭС). Такая ГЭС является частотно-регулирующей. Закон регулирования частоты и перетоков определяется выражением:


Здесь: Р – мощность, отрабатываемая регулирующей электростанцией;
РПЛ.– плановая мощность электростанции, оптимальная при отсутствии отклонений нагрузки от прогнозируемой;
f – отклонение частоты от номинальной;
Рпер. – отклонение перетоков от планового значения;
К, С – коэффициенты регулирования, определяют долевое участие электростанции в покрытии нагрузки.


АРЧиМ по мнимо-статическим характеристикам


АРЧВ регулируют частоту с заданным Кст. Чем выше нагрузка, тем меньше частота в системе. Но есть требование по нормируемому отклонению частоты - f  0,2%. Требуется астатическое регулирование путем изменения уставки АРЧВ – перемещением статической характеристики, т.е. изменением предписанного значения мощности (Рпр.) в законе статического регулирования:


Такая система регулирования – вторичная СРЧ.
Статические характеристики предназначены для распределения мощности между агрегатами, но распределение мощности между параллельно работающими агрегатами в соответствии с их КСТ часто бывает не оптимальным. Поэтому и эту задачу часто возлагают на вторичные системы регулирования. Для поддержания частоты на неизменном уровне используется специально выделенная станция (или группа станций) – частотно-регулирующие ЭС, обладающие достаточно большим регулировочным диапазоном и способные развивать любую мощность в этом диапазоне. Проще иметь одну ЧРЭС.


Основная проблема – распределение нагрузки между параллельно работающими агрегатами. Это может быть по Кст или осуществляться принудительно общестанционным устройством по общему для всех агрегатов параметру распределения.


В качестве общего параметра распределения используется суммарная мощность станции (другой способ АРЧиМ использует интегральную функцию отклонения частоты).


При таком способе регулирующее воздействие на МУТ (МИЧВ) агрегатов формируется по следующему закону:


;


;


.


- мощность вырабатываемая i-м агрегатом,


- коэффициент долевого участия i-го агрегата в покрытии общей суммарной нагрузки станции,


- текущая мощность всей станции.


Естественно, для обеспечения астатического закона регулирования должно выполняться условие


Если это условие не выполняется, регулирование будет по статическому закону.


Структурная схема вторичного регулирования ЧиМ по мнимостатическим характеристикам


ИПМ – Измерительный преобразователь мощности
ИЭ – Исполнительный элемент (формирует выходные сигналы, обеспечивающие реверсивную работу МУТ)


УРАМ – устройство распределения активной мощности (меняя  можно по разному распределить мощность между агрегатами)


Регулирующее воздействие, созданное в соответствии с уравнениями, реализуется через ИЭ (исполнительный элемент), который обеспечивает реверсивную работу двигателя МИЧВ. При возникновении небаланса мощности возникает отклонение частоты f= f – fном и создается регулирующее воздействие (Кf) – на изменение развиваемой мощности турбиной.


При этом изменится и Рi , а, следовательно, изменится предписанное значение мощности i-го агрегата Рпр.i=iРi и развиваемая мощность (Рi ) каждого агрегата. Изменение суммарной мощности всей станции приводитк исчезновению мощности небаланса и восстановлению частоты (при этом Кff =0 – исчезает регулирующее воздействие). Перестает изменяться суммарная мощность и предписанная мощность, чем и обеспечивается астатическое регулирование частоты: при Рi =Pпр.i исчезает регулирующее воздействие, созданное их неравенством.


Распределение суммарной нагрузки между агрегатами получается принудительно по коэффициентам долевого участия I , а статизм по частоте исчезает (отсюда название – "регулирование по мнимому или исчезающему статизму"). Это видно наглядно, если просуммировать уравнения, поделив слагаемые уравнений на Кsi:


f(Кf, /Ks,i) + Рi - iPi =0.


Поскольку i=1, то сумма развиваемой агрегатами мощности равна суммарной мощности станции, т.е. последние два члена исчезают, тогда: f(Кf, /Ks,i) =0, что возможно только при f=0.


Этот метод удобно использовать для ГЭС с однотипными агрегатами. Если агрегаты однотипные, то предписанная мощность


т.е.


, если характеристики относительных приростов (ХОП) одинаковые, то такое распределение по средней мощности дает оптимальный режим работы.


Для ТЭС:


B-часовой расход топлива, D – производительность парогенератора.


Для ГЭС:


Q – расход воды, РТ –мощность,развиваемая турбиной.


Оптимальное распределение нагрузки между параллельно работающими агрегатами по критерию равенства относительных приростов расхода воды: q1=q2= qi=qn.


Регулирование по этому методу на ГЭС может быть и без вторичной системы регулирования частоты – первичными регуляторами, поскольку они снабжены изодромным устройством и могут работать с нулевым статизмом.
Для такого регулирования ЭГРы снабжались устройством для распределения нагрузки по среднему открытию направляющих аппаратов турбин и устройством группового регулирования ЧиМ всеми параллельно работающими агрегатами по суммарному открытию НА турбин.
Однако схемы уравнивания нагрузок по среднему значению не всегда соответствуют оптимальному режиму. Поэтому в н.в. разработаны схемы группового регулирования ЧиМ с индивидуальным (радиальным) заданием предписанной мощности или по среднему значению, или в соответствии с характеристиками относительных приростов агрегатов.


АРЧиМ по интегральной функции отклонения частоты


Для распределения нагрузок используется измерительный орган отклонения частоты (ИОЧ), формируется f = f – fУ, по этому отклонению формируется интегральная функция по отклонению частоты f


t0 - момент возникновения отклонения частоты;
t1 - момент исчезновения этого сигнала;
К – коэффициент пропорциональности.


Для оптимального распределения нагрузок между агрегатами по равенству относительных приростов расхода энергоносителя эта функция f должна быть преобразована в предписанное значение мощности агрегата Рпр.i .


В этом случае интегральная функция f используется как мера относительного прироста, а значение Рпр.i определяется функциональным преобразованием характеристики относительного прироста агрегата по выражению:


В соответствии с этой функцией имеем оптимальное значение Рпр.i – в соответствии с ХОП каждого агрегата.
Регулирующее воздействие на МИЧВ каждого из n- агрегатов формируется по выражению:


Для определения Рпр.i по ХОП i-го агрегата служит устройство УРАМ, в котором формируется интегральная функция f и происходит её функциональное преобразование в Рпр.i. На каждом из n-выходов УРАМ фиксируется Рпр.i.


Аналогично этот способ обеспечивает астатическое регулирование частоты и оптимальное распределение нагрузки. Наиболее часто используется на ТЭС, где может быть разнотипное оборудование, оборудование разной мощности.


Для функционального преобразования интегральной функции в соответствии с ХОП агрегата использовались линейные и нелинейные потенциометры и шаблоны ХОП. Сейчас разработаны аналоговые и цифровые интеграторы и функциональные преобразователи.
Особенности АСРЧиМ на ТЭЦ.


1. Для ТЭЦ распределение нагрузки между агрегатами котельного цеха и турбинного цеха производятся по разным критериям, поэтому АСРЧиМ для них должны иметь отдельные УРАМ (для котельного и турбинного цеха). Для блочных станций – достаточно одного.


2. Для ТЭС необходимо одновременно регулировать как нагрузку турбины, так и нагрузку парогенератора (t0, давление пара). А их динамические свойства разные. Это предъявляет дополнительные требования к АСРЧиМ. Например, регулирующее воздействие от АСРЧиМ подается на систему регулирования парогенератора, а регулирующее воздействие на АРЧВ турбины корректируется по давлению пара.


Автоматическое регулирование и ограничение перетоков активной мощности


Объединение ЭЭС в ОЭС дает возможность реализовать межсистемный эффект, заключающийся в оптимальном использовании установленной мощности ЭС.
Положительный эффект ОЭС:
1.Проявление нагрузочного эффекта, обусловленного несовпадением максимумов нагрузок в ЭЭС, расположенных в разных часовых поясах (график нагрузки усредняется).
2. Снижение необходимого запаса аварийного резерва в каждой из энергосистем.
Передающие мощность линии в ЭЭС и ВЛ-связи в ОЭС рассчитываются на определенную максимальную мощность.


При росте мощности ЭЭС некоторые внутрисистемные связи переходят в разряд «слабых» связей и могут перегружаться при изменении нагрузки отдельных ЭЭС. Даже незначительное отклонение f в ОЭС может привести к большим Рпер. и к нарушению статической устойчивости.


Следовательно, возникает задача ограничения перетоков в слабых связях и регулирования перетоков между энергосистемами.
Для этого в ЭЭС, входящей в энергообъединение, выделяется электростанция, изменение мощности которой приводит к изменению Рпер.
Кроме того, есть необходимость регулирования не только перетоков по отдельным ВЛ, но и обменной мощности между системами. Для этого нужно знать суммарный переток по всем ВЛ, связывающих данную ЭЭС с другими.
Для организации АРП или АОП требуются технические средства, фиксирующие мощность перетоков, средства телемеханики, передающие информацию в пункт формирования закона управления режимом работы линии. Затем регулирующее воздействие передается на ЧРЭС.
Таким образом, у АСРЧиМ появляется ещё одна функция – АРП и АОП по отдельным линиям связи и обменной мощности в ОЭС.


Можно выделить 2 способа регулирования:
1.АРЧиМ с блокировкой по знаку Рпер.


ИПМ – измерительный преобразователь, формирующий знак мощности («+» - от шин в линию).
С1 – избыточная, С2 – дефицитная. Переток мощности имеет разные знаки для С1 и С2. Чтобы Рпер.=const, увеличение мощности нагрузки в системе должно покрываться ЧРЭС своей системы.


Обычно АРП осуществляется совместно с АРЧ, т.к. причина у обоих одна – нарушение баланса мощности.
В данном случае в каждой ЭЭС АСРЧиМ дополняется устройством фиксации знака перетока.
При такой системе регулирования перетоков регулирующее воздействие на станциях реализуется только в том случае, если Рпер и f совпадают по знаку. Если разные знаки, то не реализуется, следовательно, проходит регулирование в С2 при увеличении нагрузки в этой системе.


2.Регулирование частоты со статизмом по перетоку мощности.


Это есть – совместное регулирование, когда регулирующее воздействие формируется как по отклонению частоты, так и по перетоку мощности по контролируемой линии связи:


Здесь КS – коэффициент, определяющий соответствие регулирующих воздействий.


Для каждой ЭЭС закон реализуется с учетом знака Рпер.. Здесь при изменении нагрузки в ЭЭСВ регулирующее воздействие по f и Рпер в АСРЧ ЭЭСА будут разнозначны и результирующее воздействие на регуляторы частоты будет минимальным (или при соответствующей настройке – вообще не будет). Наоборот, в АСРЧ ЭЭСВ регулирующие воздействия по f и Рпер будут однозначны и, таким образом, дополнительное приращение нагрузки в ЭЭСВ будет покрыто увеличением мощности турбин ЭЭСВ.


Таким образом, изменение нагрузки покрывается в большей степени изменением мощности ЧРЭС той же ЭЭС, в которой произошло изменение нагрузки.
Подбирая КS, можно так настроить АСРЧиМ каждой ЭЭС, чтобы приращение нагрузки покрывалось соответствующим приращением генерирующей мощности своей ЧРЭС. В этом заключается принцип автономности при регулировании мощности в ЭЭС. Принцип автономности выполняется при КS=Кст данной системы.


Но, как было показано ранее, средневзвешенный коэффициент статизма энергосистемы не есть величина постоянная. Поэтому получить условия непрерывной автономности затруднительно.
Такой закон регулирования частоты со статизмом по перетоку мощности в установившемся режиме обеспечивает постоянство частоты и предписанное значение обменной мощности. Нарушение условий автономности приводит к затягиванию переходного процесса регулирования мощности.