Способ адаптивного регулирования возбуждения синхронного генератора

 

Использование: в электротехнике для автоматизации настроек регуляторов возбуждения мощных синхронных генераторов. Сущность: способ включает операции измерения параметров стабилизации режима, формирования сигналов управления возбуждением по отклонению и их производных, измерений средних значений высокочастотных колебаний величин сигналов управления возбуждением и сравнений этих сигналов со средним значением низкочастотной составляющей параметра режима для последующей корректировки параметров регулирования возбуждения синхронного генератора. 13 ил., 1 табл.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматизации настроек регуляторов возбуждения мощных синхронных генераторов.

Известен способ адаптации автоматических регуляторов возбуждения без пробных воздействий, основанный на методе поиска экстремального значения показателя качества регулирования при поочередном изменении шага поиска вдоль осей настраиваемых коэффициентов регулирования [1].

Недостаток этого способа заключается в большом интервале времени процедуры поиска (порядка нескольких минут) оптимальных значений настраиваемых коэффициентов.

Наиболее близким к сущности изобретения является способ, основанный на измерении параметра стабилизации режима, ограничении полосы пропускания сигнала в области низких и высоких частот, возведении в квадрат периодического сигнала, усреднении сигнала на интервале наблюдения, определении разности усредненных квадратов сигналов в области низких и высоких частот, формировании коэффициентов усиления по отклонению и производной параметра режима [2].

Известный способ позволяет достаточно быстро (за несколько секунд) настраивать коэффициенты регулятора, однако указанный способ не позволяет обеспечить изменение соотношения коэффициентов при изменениях режимов генератора, при указанном способе соотношение коэффициентов регулирования по отклонению и по производной режимного параметра стабилизации выясняется расчетным путем, что требует значительного времени. Поэтому оптимальная настройка регулятора при использовании указанного способа достигается не во всех случаях. За показатель оптимальности настройки принимается качество переходного процесса в регулируемой системе, определяемое по колебаниям величин режимных параметров синхронного генератора.

Целью изобретения является улучшение показателей качества регулирования, во вновь установившихся режимах работы синхронного генератора, когда соотношения настроек коэффициентов К_оп и К П задаваемая аналитически становится не оптимальным. Цель изобретения достигается путем измерения средних значений квадратов амплитуд высокочастотных колебаний величин сигналов управления возбуждением по отклонению и производной, сравнения их с сигналом, полученным в результате измерения среднего значения квадрата амплитуды низкочастотных колебаний величины параметра стабилизации режима, формирования сигналов управления.

Последовательность проводимых операций раскрывает функциональная блок-схема, проведенная на фиг. 1, где 1 - измерение параметра П; 2 и 3 - формирование ΔП, П' соответственно; 4 - измерение (П (f_н))_ср²; 5 - измерение (К_оп ΔП(f_в))_cр²; 6 - измерение (К₁П П'(f_в))_ср²; 7 - сравнение (П(f_н))_ср² и (К_оп ΔП(f_в))_ср²; 8 - сравнение (П (f_н))_cр² и (К_1пП'(f_в))_ср²; 9 и 10 - формирование Коп и К_1п соответственно; 11 и 12 - формирование К_оп ΔП и К_1пП' соответственно; 13 - управление возбуждением U_f по параметрам К_оп ΔП и К_1пП'; U_г ,I_г и U_f - напряжения, ток статора и напряжение возбуждения синхронного генератора соответственно.

Операции осуществляют следующим образом.

Измеряют параметр П стабилизации режима, формируют отклонение ΔП и производную П' параметра П, измеряют средние значения амплитуд низкочастотных колебаний П и высокочастотный колебаний параметров К_опΔП и К_1ПП' соответственно, сравнивают среднее значение низкочастотных колебаний П, т. е. (П(f_н))_ср² со средними значениями высокочастотных колебаний К_опΔП, т.е. (К_опΔП(f_в))_ср² и К_1пП', т.е. (К_1пП'(f_в))_cр², формируют сигналы К_оп и К_1п, формируют сигналы К_оп ΔП и К_1пП', формируют сигнал U_f управления возбуждением по величинам К_оп ΔП и К_1пП'.

Способ адаптивного регулирования возбуждения синхронного генератора может быть реализован в устройстве (см. фиг. 2), содержащем фильтр 14 низкой частоты, фильтры 15 и 16 высокой частоты, квадраторы 17-19, сглаживающие фильтры 20-22, интеграторы 23 и 24 и множители 25 и 26.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: f, Δf и f' - частота напряжения генератора, ее отклонение и производная соответственно; К_of и K_1f - коэффициенты регулирования по Δf и f' соответственно.

Устройство работает следующим образом.

В фильтр 14 низкой частоты поступает сигнал частоты напряжения генератора f. В фильтрах 15 и 16 высокой частоты приходят сигналы управления по отклонению К_of Δf и производной частоты K_1ff'. В квадратор 18 приходит сигнал f (f_н) с фильтра низкой частоты. В квадраторы 17 и 19 приходят сигналы К_оf Δf(f_в) и K_1ff'(f_в) с фильтров высокой частоты. В сглаживающих фильтрах 20-22 получают средние значения квадратов амплитуд колебаний сигналов K_оf Δf(f_в), f(f_н) и K_1ff'(f_в) соответственно, т.е. D_вo=(K_of Δf(f_в))_ср² D_в1= (K_1ff'(f_в))_cр²соответственно, на интеграторы 23 и 24 приходят сигналы суммирующих усилителей, имеющих один инвертирующий, а другой неинвертирующий входы. На инвертирующие входы поступают сигналы D_во=(К_ofΔf(f_в))_ср² и D_в1=(К_1ff'(f_в))_ср², а на неинвертирующие - сигналы D_н=(f (f_н))_cр².

На выходах интеграторов за период Т формируются сигналы, пропорциональные коэффициентам К_of и К_1f2, т.е.

K_of= f(f_н) - K_ofΔf(f_в)dt K_1f= f(f_н) - K_1ffʹ(f_в)dt С выходов интеграторов 23 и 24 сигналы поступают на входы умножителей 25 и 26, на вторые входы которых приходят сигналы Δf и f' соответственно.

Устройство может быть реализовано на операционных усилителях, схема фильтра низкой частоты (ФНЧ) приведена на фиг. 3; фильтра высокой частоты (ФВЧ) - на фиг. 4; квадратора (КВ) - на фиг. 5; умножителя (УМ) - на фиг. 6; сглаживающего фильтра (СФ) - на фиг. 7; интегратора (ИН) - на фиг. 8, где R1...5, С1...5 - сопротивление и емкости; X, Y и Z - входы микросхем.

Числовые значения сопротивлений и емкостей приведены в таблице.

Для ФНЧ, ФВЧ, СФ и интегратора могут быть использованы операционные усилители типа КР 140 УД 20 Б, для квадраторов и умножителей - микросхема КР 525 ПСЧ.

Работу устройства поясняют фиг. 9-13.

На фиг. 9 в координатах К_of, K_1f построены границы области устойчивости синхронного генератора. В области устойчивости отмечены точками а, б, в, г настройки К_of, K_1f. Точка а отвечает необходимому качеству регулирования. Временные диаграммы работы устройства в этой точке приведены на фиг. 10.

Точки б, в, г взяты в качестве исходных. В этих точках может оказаться настройка вследствие изменения режима синхронного генератора. Временные диаграммы работы устройства при начальных настройках в точках б, в, г и конечной настройке в точке а приведены на фиг. 11-13 соответственно.

Наибольший эффект от применения предлагаемого способа достигается не в номинальных режимах работы синхронного генератора, а тогда, когда область устойчивости и зона максимального демпфирования переходных процессов смещается вверх или вниз "штатного" квадранта настроек регулятора.

Такое состояние возникает в режимах потребления реактивной мощности (режим недовозбуждения) синхронного генератора или в послеаварийных и утяжеленных режимах, когда отключается часть линий электропередач, связывающих станцию с единой энергосистемой.

Применение данного способа позволяет в указанных случаях улучшить качество переходных процессов в системе регулирования возбуждения, что повышает надежность систем регулирования, т.е. является техническим решением, дающим положительный технико-экономический эффект.

Формула изобретения

СПОСОБ АДАПТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА, заключающийся в измерении параметра режима, определении отклонения параметра режима и его производной, определении низкочастотной составляющей параметра режима в интервале 0,3 - 1,3 Гц, вычислении квадрата амплитуды низкочастотной составляющей параметра режима и определении ее средней величины, формировании коэффициентов усиления по отклонению и производной параметра режима, умножении коэффициента усиления по отклонению параметра режима на его отклонение для получения первого параметра регулирования возбуждения, умножении коэффициента усиления по производной параметра режима на его производную для получения второго параметра регулирования возбуждения, суммировании полученных величин, регулировании возбуждения синхронного генератора в зависимости от полученной суммы, отличающийся тем, что, с целью улучшения показателей качества регулирования во вновь установившихся режимах работы синхронного генератора, определяют высокочастотные составляющие соответственно первого и второго параметров регулирования возбуждения в интервале 1,3 - 3 Гц, вычисляют квадраты амплитуд указанных величин и определяют их среднее значение, сравнивают среднее значение низкочастотной составляющей параметра режима соответственно со средними значениями высокочастотных составляющих первого и второго параметров регулирования возбуждения, интегрируют каждый результат сравнения, а полученные величины используют для корректировки коэффициентов усиления по отклонению параметра режима и его производной.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11