Диссертация (1143719), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Получен патент на изобретение.13ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГОУПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ1.1 Функции современных систем управления возбуждением синхронных генераторов.На начальных этапах развития основными задачами САУВ былиподержание напряжения в точке регулирования, обеспечение апериодическойстатической устойчивости при работе на длинные линии и высокой динамическойустойчивости в аварийных режимах.
По мере развития энергосистем ивнутрисистемныхсвязейдобавилисьзадачиобеспеченияколебательнойустойчивости и режимов глубокого потребления реактивной мощности, а врезультатеуправленияразвитияаппаратнойувеличивалсябазыобъемисовершенствованиявыполняемыхзадач,алгоритмовкоторыеможносгруппировать следующим образом [65]:1. Системные функции.2. Технологические функции.3. Защитные функции.Системныефункциинепосредственновлияюткакнакачествогенерируемой электроэнергии, так и на устойчивость энергосистем. К нимотносят:− Поддержание напряжения на шинах генератора или блока генератортрансформатор с заданными точностью и статизмом.− Обеспечение устойчивости регулирования во всех режимах работыгенератора, включая холостой ход и режим недовозбуждения.− Эффективное демпфирование электромеханических колебаний роторапри переходных процессах.− Форсирование возбуждения в целях обеспечения высокого уровнядинамической устойчивости при коротких замыканиях и резкихизменениях нагрузки во внешней электрической сети.14Технологическиефункцииобеспечиваютпроцессыуправлениявозбуждением при переходе из одного режима работы в другой, передачуинформации о состоянии генератора и системы возбуждения на верхний уровеньАСУ ТП:− Обеспечение режима стабилизации заданного тока возбуждения.− Поддержаниезаданногозначенияреактивноймощностиилизаданного коэффициента мощности.− Обеспечениераспределенияреактивноймощностимеждугенераторами, работающими на общие шины.− Плавный пуск системы возбуждения с последующей автоматическойподгонкойнапряжениягенераторакнапряжениюсетиприсинхронизации.− Разгрузкупореактивноймощностиприштатныхостановахгенератора.− Программноеначальноевозбуждениегенератораприпуске,исключающее необходимость вмешательства персонала.− Дистанционное изменение задания напряжения со станционного щитауправления.− Обеспечение работы при групповом регулировании напряжениягенераторов станции.Защитные функции обеспечивают выход из режима регулированиянапряжения, когда реализация системных или технологических функций можетпривести к повреждению оборудования, и возврат к нему после исчезновенияпричины, вызвавшей переход:− Ограничение минимального тока возбуждения в функции активной иреактивной мощности генератора исходя из условий устойчивостиили допустимого нагрева торцевой зоны статора.− Ограничение перегрузок по токам ротора и статора в соответствии сзаданными тепловыми характеристиками генератора.15− Пропорциональное уменьшение напряжения статора при сильномснижении частоты.Кроме вышеперечисленных функций АРВ осуществляет управлениетиристорным преобразователем, выполняет самоконтроль и самодиагностику,обеспечивает совместную работу с системой управления более высокого уровня, атакже реализует защиты системы возбуждения.1.2 Реализация системных функций в современных российских АРВ.Поскольку данная работа напрямую связана с оптимизацией алгоритмовсистемных функций, то в дальнейшем использование термина «АРВ» будетотноситься только к той части САУВ которая включает в себя:Каналрегулированиянапряжения,назначениемкоторогоявляетсяподдержание напряжения в точке регулирования с заданными точностью истатизмом.Стабилизаторвнешнегодвижения,включающийвсебяканалстабилизации по отклонению частоты напряжения от установившегося значения иканал стабилизации по производной от частоты напряжения.
Оба каналапредназначены для демпфирования электромеханических колебаний.Стабилизатор внутреннего движения – представляет собой каналстабилизации по производной тока возбуждения. Данный канал играетзначительную роль для обеспечения устойчивости при работе генератора врежиме потребления реактивной мощности или в так называемом режименедовозбуждения.Рассмотрим более подробно ту часть структуры современных цифровыхАРВ российского производства, посредством которой реализуются системныефункции.
Как уже говорилось ранее, задача по поддержанию напряжения в точкерегулирования решается автоматическим регулятором напряжения (АРН), азадача по демпфированию электромеханических колебаний ротора – каналамистабилизации или системным стабилизатором PSS (Power system stabilizer).16Качествопереходныхпроцессовпоуправляющемуивозмущающемувоздействиям будет определяться алгоритмами реализации системных функцийили структурой и настройкой АРН и PSS.
В отечественных АРВ длядемпфированияэлектромеханическихколебанийвкачествеосновныхстабилизирующих сигналов применяются отклонение частоты напряжениягенератора ∆ и ее производная. В зарубежных САУВ находят применение имеханические переменные: отклонение частоты вращения и ее производная.Переходные процессы по управляющему воздействию обусловленыизменением задания или уставки АРН, а по возмущающему – связаны сизменением активной мощности первичного двигателя или с изменениемпараметров внешней по отношению к генератору сети.Для поддержания напряжения в точке регулирования с заданнымиточностью и статизмом необходимо применение быстродействующих систем сбольшими значениями коэффициентов усиления по каналу регулированиянапряжения.
Это, в свою очередь, негативно сказывается на демпфированииэлектромеханических колебаний ротора при переходных процессах, что в целомснижает колебательную устойчивость и может привести к самораскачиваниюсистемы. Другими словами, требования, предъявляемые к САУВ, имеютвнутренние противоречия. Действительно, изменение возбуждения по-разномувлияет на напряжение и частоту вращения генератора. При увеличениивозбуждения напряжение увеличивается за счет увеличения суммарного потока,но вместе с этим происходит увеличение электромагнитного момента, которыйдля первичного двигателя является тормозным, что приводит к уменьшениюскорости вращения генератора.Попытка отдельной оптимизации переходного процесса одной из выходныхпеременных, а ими являются напряжение на шинах генератора и частота,негативно влияет на переходный процесс другой, что в некоторых случаяхприводит к потере устойчивости всей системы.
Для решения этих двух системныхзадач необходимо найти оптимальное соотношение между коэффициентамирегуляторов по каналу напряжения и по каналам стабилизации.17В настоящее время российские производители САУВ представлены двумяосновными компаниями: ЗАО НПП «Русэлпом-Электромаш» и ОАО «Силовыемашины». Недавно появившимися разработками этих компаний являютсярегуляторы АРВ-РЭМ700 (НПП «Русэлпом-Электромаш») и AVR-4М (ОАО«Силовые машины») [90, 91]. В обоих регуляторах все вышеперечисленныефункции системы регулирования возбуждением, включая систему импульснофазового управления тиристорами силового преобразователя, реализованы набазе вычислительной техники. Структурные схемы математических моделейрегуляторов представлены на рисунках 1.1 и 1.2.Сравнивая структурные схемы моделей регуляторов, нетрудно заметить, чтоосновное различие между ними заключается в реализации АРН.
Отличительнойособенностью АРВ-РЭМ700 является то, что передаточная функция регуляторанапряжения имеет канал усиления на высоких частотах, представленныйпропорциональным регулятором с коэффициентом усиления , канал усиленияна низких частотах, включающий в себя с инерционное звено с частотойсреза равной 0,01 рад/с. В такой структуре коэффициенты усиления внизкочастотном и высокочастотном диапазонах входного сигнала АРН различны.В области низких частот коэффициент усиления АРН равен + , а вобласти частот 0,2 – 5 Гц − , что обеспечивает точность поддержаниянапряжения в установившемся режиме и позволяет улучшить демпфированиеэлектромеханических колебаний при переходных процессах.18Рисунок 1.1 - Математическая модель регулятора АРВ-РЭМ700.Рисунок 1.2 - Математическая модель регулятора AVR-4M.19 – уставка по напряжению; – значение напряжения в точке регулирования;арв – выходное значение регулятора возбуждения; – ток возбуждения; – частота статорного напряжения; – коэффициент усиления АРН; – коэффициент усиления АРН в области низких частот (присутствуеттолько у регулятора АРВ-РЭМ700); - коэффициент усиления по производной напряжения; - коэффициент усиления по производной тока возбуждения; - коэффициент усиления по отклонению частоты напряжения; - коэффициент усиления по производной частоты напряжения.В AVR-4М регулятор напряжения имеет ПИД закон регулирования, чтопозволяет повысить точность регулирования и одновременно обеспечиваетвысокий уровень колебательной устойчивости.Каналы стабилизации по отклонению частоты и по ее производной,входящие в состав стабилизатора внешнего движения, у обоих регуляторов имеютидентичную структуру.
Более того, методы формирования стабилизирующихсигналов остались теми же, что и регулятора АРВ-СДП1, разработанного еще впрошломстолетиистабилизирующих[65].сигналовОсновнойявляютсяпроблемойприформированииамплитудно-фазовыеискажения,обусловленные методами измерения и обработки входной переменной, а именночастоты напряжения. Наибольшие амплитудно-фазовые искажения проявляются вканале стабилизации по отклонению частоты ∆ .
Это можно нагляднопродемонстрировать, рассмотрев более подробно переходные процессы в данномканале.Частоту напряжения , которая является входным сигналом системногостабилизатора, можно представить в виде суммы двух составляющих: = + ∆(1.1)20 – постоянная составляющая или установившееся значение частоты,соответствующее синхронной частоте в рассматриваемом сегменте ЭЭС;∆ – переменная составляющая, соответствующая отклонению частоты отустановившегося значения – полезный сигнал.Поскольку синхронная частота в реальных ЭЭС не является стабильнойвеличиной и в штатных (неаварийных) режимах может принимать значения вдиапазоне от 50±0.4 Гц [59], то для получения сигнала по отклонению частоты ∆применяется разделительное звено с целью исключения из закона регулированияпостоянной составляющей .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
