устройства автоматического регулирования. Устройства авт-го регулирования. Устройства автоматического регулирования
 Скачать 2.55 Mb.
|
Устройства автоматического регулированияАРВ синхронных машин Назначение: Повышение устойчивости параллельной работы отдельных генераторов между собой и всей системы в целом. Поддержание напряжения на требуемом уровне в узлах системы и у потребителей. Ускорение восстановления нормального режима при самозапуске и после отключения КЗ. В зависимости от параметров, на которые АРВ реагирует, и характера реакции АРВ подразделяют на:
АРВ сильного действия (АРВ СД) В АРВ пропорционального действия в качестве управляющих воздействий используется отклонение тока и напряжения от заданных уставок. Это устройства компаундирования с электромагнитным корректором напряжения. Осуществляют изменение тока возбуждения в зависимости от тока статора и напряжения статора. Действуют достаточно медленно, имеют статическую ошибку по напряжению. В АРВ СД в качестве управляющих воздействий используется отклонение тока, напряжения и частоты, а также производные от этих и других, связанными с ними, параметров. АРВ СД, как объект управления, оказывает на систему возбуждения генератора более сильное (интенсивное) воздействие по сравнению с АРВ. АРВ СД позволяет предвидеть переходной процесс и вовремя подавать управляющие сигналы. Они не имеют заметной статической ошибки, отличаются большим быстродействием, следовательно, должны применяться на генераторах с быстродействующими системами возбуждения (мощные генераторы с тиристорными системами возбуждения). Генератор, как объект регулирования АРВ ОВВ UГ Входом объекта (генератора) является обмотка возбуждения возбудителя, т.е. выходной сигнал АРВ воздействует на ток возбуждения возбудителя. Выходом объекта являются выходные зажимы генератора. Uг = Eг - только в режиме холостого хода. При нагруженном генераторе Uг < Eг – при активно-индуктивной нагрузке Uг = Eг – j·Xd·Iг Для нагруженного генератора напряжение на выводах отличается от ЭДС генератора на величину потери напряжение на сопротивлении генератора. Величина и знак UГ зависит от cosГ: Uг > Eг – при активно-емкостной нагрузке = 0, cos = 1 - чисто активная нагрузка = 90, cos = 0 - чисто индуктивная нагрузка В первом случае падение напряжения вычитается из ЕГ геометрически, во втором – арифметически. Из диаграмм видно, что возмущающим фактором является не только Iген, но и характер нагрузки (cos) Внешняя (нагрузочная) характеристика генератора UГ =f(IГ) при различных cos: : Из внешних характеристик можно найти важный параметр объекта регулирования – коэффициент статизма: Кст.= - Uг/Iг Релейные устройства быстродействующей форсировки возбуждения (УБФ) и расфорсировки При снижении напряжения, обусловленного внешними КЗ или самозапуском мощных двигателей, УБФ скачкообразно меняет ток возбуждения и поднимает напряжение на возбудителе до потолочного значения. - сопротивление ротора в нагретом состоянии КВ=1.05 – 1.1 (РН - 54) КН=1.1 Обычно При снижении напряжения ниже уставки срабатывает реле KV1, контактами KV1 запитывается контактор KM1, который своими контактами KM1 шунтирует часть сопротивления R и обеспечивает увеличение напряжения до потолочного значения. В реальных схемах ставят последовательно два реле напряжения, которые включены на разные напряжения фаз, или применяют пуск от фильтров реле напряжения прямой последовательности, которые обеспечивают гарантированный пуск при всех видах удаленных КЗ. Контакты РПВ выводят УБФ из работы при отключении выключателя, т.к. при работе генератора на холостом ходу форсировка может привести к значительному повышению напряжения на обмотке статора, опасному для изоляции. Контакт автоматического выключателя также блокирует работу УБФ при его отключении. Кратность форсировки обычно ограничивается на уровне 2. На мощных генераторах с непосредственным охлаждением, которые не допускают длительной перегрузки по току статора и току ротора, применяют специальные устройства для ограничения длительности ФВ: Для генераторов серии ТВФ при К=2, tдоп=30 с, при К=1,2 – tдоп=240с. Для генераторов серии ТВВ при К=2, tдоп=20 с и при К=1,5 tдоп=60 с. Таким образом, при повышении ЭДС генераторов в послеаварийном режиме может быть исключено нарушение устойчивости параллельной работы, в цикле качаний, облегчить самозапуск ЭД. На гидрогенераторах с электромашинными СВ предусматриваются также релейные устройства расфорсировки, предназначенные для ограничения опасных повышений напряжения на выводах статора вследствие увеличения частоты при аварийных сбросах нагрузки. Вследствие большой инерционности гидроагрегата возможно увеличение частоты на 30% (и более), следовательно произойдет недопустимое увеличение напряжения. КМ2 – вводит добавочное сопротивление, и ограничивает Iв УБФ снабжаются все генераторы, независимо от системы возбуждения, только у быстродействующих систем возбуждения УБФ выполнен на бесконтактных элементах. Компаундирование возбуждения генераторов Компаундирование возбуждением является примером регулирования "по возмущению". Здесь главным возмущающим фактором является ток генератора. Поэтому ток генератора используется в качестве управляющего параметра в системе возбуждения. ТА УР VD Для этого вторичный ток ТТ, установленных на выводах обмотки статора, через промежуточный трансформатор TL и выпрямитель VD подается на обмотку возбуждения возбудителя и суммируется с токов IВ. Ток в ОВВ (LE) равен сумме токов Iв и Iк. Iк – получается пропорциональным Iг к – зависит от КТА и КTL Таким образом, при увеличении тока статора увеличивается ток в ОВВ, увеличивается ток возбуждения и соответственно ЕГ, компенсируя возросшее UГ – поддерживается неизменным напряжение на выводах обмотки статора (в идеале). При больших токах (токах КЗ) обеспечивается форсировка возбуждения. ПТ – для согласования вторичного тока с током компаундирования. УР – установочный реостат, обеспечивает регулирование IК. Недостатки УК 1. Для получения необходимого тока от ТА требуется большая мощность, и при КЗ ТА могут насыщаться, следовательно, для АРВ выделяется отдельная группа ТА на которые больше ничего не подключается. В нормальном режиме УК потребляет 300-400 ВА, при КЗ мощность возрастает примерно в 5 -6 раз. Нагрузочные характеристики ------ без компаундирования с компаундированием 2. Из характеристик видно, что обеспечить постоянный уровень напряжения невозможно, т.к. есть нелинейные элементы и зависимость U от I нелинейная. При неизменном Iк сохраняется зависимость напряжения генератора от cos. 3. До значения тока Iпк компаундирование не вступает в действие, т.к. диодный мост будет закрыт, пока U2 не станет большеUОВВ. Этот ток называют порогом компаундирования. Этот недостаток можно устранить, если осуществить суммирование не тока ОВВ и тока компаундирования, а потоков, но для этого необходимо иметь дополнительную ОВВ (на рисунке показана пунктирной линией). 4. УК не обеспечивает достаточную форсировку возбуждения при удаленных КЗ, когда увеличение тока незначительно (необходимо иметь УБФ). Поэтому устройство компаундирования дополняется регулятором напряжения - электромагнитным корректором напряжения. Электромагнитный корректор напряжения Электромагнитный корректор напряжения осуществляет сравнение регулируемого напряжения с опорным, определяет знак отклонения и вырабатывает управляющие сигналы на изменение тока возбуждения возбудителя (регулирование по отклонению). Совместно с устройством компаундирования электромагнитный корректор поддерживает напряжение на выводах генератора по заданному закону или на заданном уровне (можно задать коэффициент статизма). Электромагнитный корректор состоит из измерительного органа (ИО) и силового органа (СО). Измерительный орган подключается к трансформатору напряжения через установочный автотрансформатор (УАТ) и реагирует на отклонение напряжения от уровня, заданного УАТ. ИО управляет работой силового органа. Упрощенная структурная схема электромагнитного корректора При снижении напряжения ниже заданной уставки постоянный ток в управляющих обмотках СО увеличивается и вызывает насыщение сердечника магнитного усилителя СО, при этом увеличивается Iкн. Упрощенная схема электромагнитного корректора ВЛЭ – Выпрямитель линейного элемента ВНЭ – Выпрямитель нелинейного элемента МУ - трехфазный магнитный усилитель, состоящий из трехфазного магнитопровода, на котором размещены силовые обмотки (СО) и управляющие обмотки. ПОС – положительная обратная связь Переменный ток, протекающий по силовым обмоткам, выпрямляется 3-х фазным мостом и формирует ток Iкн. Величина Iкн зависит от сопротивления СО (Xсо ограничивает величину тока Iкн). Xсо зависит от состояния магнитопровода, на который намотаны эти обмотки. Если магнитопровод не насыщен, то Xсо – максимально, Iкн – минимален. Т.е. при максимальном напряжении необходимо сделать так, чтобы магнитопровод не насыщался, а при падении напряжения - намагничивать его постоянным током, этим уменьшая Xсо. В выходную цепь включают обмотку ПОС, это позволяет повысить коэффициент усиления системы в целом. Л - управляющая обмотка линейного элемента, Н – управляющая обмотка нелинейного элемента. Числа витков этих обмоток одинаковые: WЛ= WН. ИО состоит из ТМ (насыщающегося TV), линейного элемента и нелинейного элемента. Линейный элемент состоит из 3-х фазного дросселя, сопротивление которого не зависит от приложенного напряжения, и выпрямителя ВЛЭ. Нелинейный элемент включает в себя трансформатор ТМ с насыщающимся сердечником, обмотки которого соединены по схеме "звезда"/разомкнутый "треугольник". К разомкнутому треугольнику подключен ВНЭ и далее – управляющая обмотка нелинейного элемента. При малых значениях входного напряжения (U<< Uб) сердечник ТМ ненасыщен и напряжение на разомкнутом треугольнике равно нулю. При повышении напряжения (уже при U = Uб) сердечник ТМ насыщается, резко возрастает ток намагничивания, который носит нелинейный характер с преобладанием 3-ей гармоники, появляются соответствующие гармоники и во вторичных напряжениях. Известно, что слагающие 3-ей гармоники в трехфазной системе совпадают по фазе, поэтому будут суммироваться в разомкнутом "треугольнике" ТМ, аналогично слагающей нулевой последовательности основной гармоники. При дальнейшем увеличении входного напряжения слагающая 3-ей гармоники резко возрастает, и ток НЭ становится больше тока ЛЭ. Токи в обмотке Л и ток в обмотке Н равны в точке Uб, но создают намагничивающие силы противоположного направления, следовательно, подмагничивания сердечника МУ не будет. При падении напряжения Iлэ > Iнэ, => появляется суммарная намагничивающая сила (НС) совпадающая по знаку с НС в обмотке ПОС => сердечник насыщается => Xсо – уменьшается => Iкн – увеличивается. При увеличении напряжения Iлэ < Iнэ, => появляется суммарная намагничивающая сила (НС), противоположная по знаку с НС в обмотке ПОС, и сердечник МУ вновь бы намагнитился. Чтобы этого не было, ставят блокирующий диод, связывающий плюсы линейного и нелинейного элемента. При этом токи в обеих обмотках будут примерно равными и подмагничивание не будет. Выходная характеристика Рабочий участок - а – б СО питается от TV, подключенного к напряжению генератора (которое регулируем): При снижении напряжения Xсо – уменьшается, но при этом уменьшается и Uвх. Однако ток IКН увеличивается за счет разной степени снижения сопротивления и напряжения. Однако при глубоких насыщениях степень снижения сопротивления становится меньше, чем степень снижения напряжения, и выходной ток корректора напряжения начинает уменьшаться. Это является недостатком корректора при работе в области форсировки напряжения (при глубоких снижениях напряжения). При напряжениях, превышающих базовое, данный корректор не оказывает воздействие на систему возбуждения для снижения выходного напряжения. Это односистемный корректор. Его выход (ток IКН) , как правило, подключается так, чтобы ток корректора протекал по LE2 согласно с током IВ возбуждения возбудителя в LE1. ЭМК с таким включением называют согласно- включенными. Но бывают ЭМК противовключенные. На ГГ применяют двух системные корректоры, состоящие из двух односистемных: ЭМК-С – согласно-включенный; ЭМК-П – противовключенный. Его характеристика обеспечивает как режим форсировки при снижении напряжения, так и режим развозбуждения при повышении напряжения. Совместное исполнение компаундирования и корректора напряжения в таком исполнении называется компаундирование полным током Суммирование токов от ТА и TV осуществляется после их выпрямления, т.е. без учета н. АРВ с фазовым компаундированием А В С TV ТПМ – Трансформатор с подмагничиванием Wт – токовая обмотка Wн – обмотка напряжения Wп – обмотка подмагничивания Вторичный ток образуется как сумма первичных токов до их выпрямления, следовательно, управляющее воздействие зависит от cos: Устройство фазового компаундирования обеспечивает более точное поддержание напряжения, чем компаундирование полным током. Однако и здесь ЭДС генератора не будет строго пропорционально току статора, что приводит к отклонению UГ от заданного уровня. Поэтому устройство фазового компаундирования должно иметь орган для корректировки напряжения – электромагнитный корректор напряжения. ЭМК подмагничивает (размагничивает) сердечник ТПМ и меняет его коэффициент трансформации. При увеличении U этот Кт увеличивается. , т.к. ЭМК является устройством управления фазовым компаундированием, а весь комплект - управляемым фазовым компаундированием. РВА – 62 (Разработчик – институт электродинамики) Для ТГ единой серии ТВВ, оснащенных высокочастотными возбудителями, АРВ и ФВ осуществлялась с помощью типовых панелей автоматики: ЭПА-325Б, 325В, 500. Панель включает в себя АРВ, УБФ, блок ограничения форсировки возбуждения, блок ограничения минимального возбуждения, гибкую обратную связь, защиту обмотки ротора и выпрямителей от перегрузки. Автоматические регуляторы возбуждения сильного действия (АРВ СД) Назначение: Применяются для повышения устойчивости параллельной работы генератора с энергосистемой при наличии протяженных и сильно загруженных линий связи. Кроме того, АРВ СД позволяет скомпенсировать неблагоприятное влияние на устойчивость увеличения значений Xd генераторов с непосредственным охлаждением обмоток. АРВ СД оказывает на систему возбуждения более интенсивное (сильное) воздействие, чем АРВ пропорционального действия, т.к. эти регуляторы реагируют не только на отклонение, но и на производные (и ряд др. параметров). Это дает возможность с опережением предсказывать тенденцию ПП и оказывать на систему возбуждения упреждающее воздействие. В АРВ СД различных типов используют отклонение по напряжению , производную от напряжения, первую и вторую производную тока статора. Желательно иметь управляющее воздействие непосредственно по параметру, влияющему на устойчивость параллельной работы, т.е. на и его производные. Для формирования сигнала пропорционального необходимо передать параметры вектора напряжения с противоположного конца ЛЭП, а это связанно с телемеханикой. Надежную, непрерывную передачу этой информации тяжело осуществить. Поскольку и f взаимосвязаны (f, а f), то в последних конструкциях АРВ СД чаще используют U, U, f, f, Iрот. В своё время были разработаны типовые электромагнитные и полупроводниковые АРВ СД (ВЭИ, МЭИ), которые были установлены на гидрогенераторах Красноярской, Братской ГЭС, ТГ мощностью 300 – 800 МВт, на СШГЭС – полупроводниковые. В СЭИ разрабатывались цифровые АРВ. Сейчас в ВЭИ разработаны микропроцессорные АРВ СД. Функции АРВ СД Изменение возбуждения по заданному алгоритму для поддержания напряжения на шинах станции или в заданной точке сети. Форсировка возбуждения. Ограничение тока ротора на двух кратном уровне. Автоматическая разгрузка генератора при перегрузке по току ротора и реактивному току статора. Изменение предписанного значения Uг при синхронизации. Ограничение снижения возбуждения в режиме потребления реактивной мощности. Защита от повышения напряжения. Распределение реактивных мощностей между параллельно работающими генераторами. Достоинства АРВ СД (при использовании только производной по напряжению) иллюстрируются рисунком. Регулирующее воздействие АРВ СД UУПР. складывается из регулирующего воздействия звена пропорционального и дифференциального: UУПР. = UРВ.П + UРВ.Д Если имеем регулятор пропорционального действия (РВП), то в точке 0 при появлении отклонения напряжения управляющего воздействия практически нет, Uрвп – минимально. Uрвп – максимально при максимальном отклонении напряжения (при Uнб - max). После 1 вследствие инерционности происходит перерегулирование. При использовании производной процесс восстановления напряжения протекает быстрее (tр.с. Использование производной по напряжению (Uрвд) позволяет получить управляющий сигнал в начальной стадии ПП (Uупр), это позволяет предвидеть тенденцию ПП и уменьшить Uнб при перерегулировании, обеспечивает успокоение (демпфирование) колебаний напряжения. |