Устройство регулирования возбуждения синхронного генератора

 

Изобретение относится к автоматическим регуляторам возбуждения синхронных генераторов, работающих на энергосистему и характеризующихся изменением параметров в различных режимах недо- и перевозбуждения, и может быть использовано для управления электромеханическими объектами, подверженными внешним возмущениям и изменениям параметров в различных режимах работы. Техническим результатом является создание робастного автоматического регулятора возбуждения, обладающего внешними показателями точности и быстродействия в различных условиях работы генератора без перенастройки параметров. Устройство регулирования возбуждения синхронного генератора содержит последовательно соединенные задатчик (1), сумматор (2), возбудитель (3), синхронный генератор с энергосистемой (4) и информационно-измерительную систему (5), первый выход которой соединен через автоматический регулятор напряжения (6) со вторым входом сумматора (2), второй ее выход соединен через системный стабилизатор (7) с третьим входом сумматора (2), а третий ее выход соединен через робастный стабилизатор (8) с четвертым входом сумматора (2). 1 ил.

Изобретение относится к автоматическим регуляторам возбуждения синхронных генераторов, работающих на энергосистему и характеризующихся изменением параметров в различных режимах недо- и перевозбуждения. Изобретение может быть также использовано для управления электромеханическими объектами, подверженными внешним возмущениям и изменениям параметров в различных режимах работы.

Известен [1] способ регулирования возбуждения синхронного генератора и устройство для его осуществления. Для подавления электромеханических колебаний в переходных режимах и повышения надежности работы в системе сформирован комбинированный сигнал стабилизации, состоящий из взвешенной суммы сигналов по производным напряжения, частоты и тока возбуждения.

Недостатком известного устройства является необходимость коммутации коэффициента усиления комбинированного сигнала при переходе системы из нормального в переходный режим, т.е. введение стабилизирующего комбинированного сигнала без коммутации не обеспечивает грубость системы. Кроме того, при работе в крайних режимах (недо-, перевозбуждение) возможна нечеткая работа коммутирующего узла и, как следствие, возможны автоколебания.

Известно устройство [2] для регулирования возбуждения, где основным стабилизирующим сигналом является сигнал активной мощности.

Недостатком известного устройства является использование сложной нелинейной функции (экспоненциальная зависимость), регулирующей глубину введения сигнала активной мощности. Кроме того, параметры нелинейной функции зависят от конкретного режима работы генератора и его параметров, поэтому для каждой конкретной системы параметры этой функции нужно тщательно подбирать, что характеризуется как негрубость системы.

Наиболее близким к предлагаемому решению является устройство регулирования возбуждения синхронного генератора [3] (прототип), содержащее последовательно соединенные задатчик, сумматор, возбудитель, синхронный генератор, связанный с энергосистемой и информационно-измерительную систему, первый выход которой соединен через автоматический регулятор напряжения со вторым входом сумматора, а второй выход информационно-измерительной системы подключен через системный стабилизатор к третьему входу сумматора.

Недостатком известного устройства является, в силу постоянства настроечных параметров системного стабилизатора, нестабильность переходных процессов вплоть до появления слабодемпфированных качаний ротора генератора в режимах недо- и перевозбуждения, в которых существенно изменяются параметры синхронного генератора.

Решаемой задачей является создание робастного (грубого) автоматического регулятора возбуждения, обладающего внешними показателями точности и быстродействия в различных схемно-режимных условиях работы генератора (режимы недо-, перевозбуждения, изменения связи с энергосистемой) без перенастроек параметров штатного автоматического регулятора возбуждения.

Сущность изобретения заключается в том, что в известное устройство регулирования возбуждения синхронного генератора, содержащее последовательно соединенные задатчик, сумматор, возбудитель, синхронный генератор, соединенный с энергосистемой и информационно-измерительную систему, первый выход которой соединен через автоматический регулятор напряжения со вторым входом сумматора, а второй ее выход соединен через системный стабилизатор с третьим входом сумматора, дополнительно введен робастный стабилизатор, вход которого соединен с третьим выходом информационно-измерительной системы, а его выход соединен с четвертым входом сумматора.

Изобретение иллюстрируется чертежом, на котором приведена функциональная схема заявляемого устройства регулирования возбуждения синхронным генератором, работающим в энергосистеме.

Устройство регулирования возбуждения синхронного генератора содержит последовательно соединенные задатчик (3) 1, сумматор (С) 2, возбудитель (В) 3, синхронный генератор с энергосистемой (Г+ЭС) 4 и информационно-измерительную систему (ИИС) 5, первый выход которой соединен через автоматический регулятор напряжения (АРН) 6 со вторым входом сумматора 2, второй ее выход соединен через системный стабилизатор (СС) 7 с третьим входом сумматора 2, а третий ее выход соединен через робастный стабилизатор PCI (и/или PCII) 8 с четвертым входом сумматора 2.

Основное отличие от прототипа предлагаемого устройства заключается в представлении устройства прототипа с генератором и энергосистемой моделью, или описанием на основе усредненных линеаризованных характеристик, соответствующих номинальному режиму возбуждения генератора, относительно которой синтезируется методами теории робастного управления предельно простой одновходной-одновыходной робастный стабилизатор, причем робастный стабилизатор представляет собой динамическое звено 3-5 порядка с порядком числителя меньше порядка знаменателя. Как показали исследования, нули и полюса этого звена локализованы в относительно небольшой области и не имеют значительных (по модулю) вещественный частей, поэтому цифровая реализация не вызывает трудностей. Кроме того, в качестве входного сигнала робастного стабилизатора могут быть частота, мощность, ток возбуждения. Робастность, т.е. грубость замкнутой системы благодаря предлагаемому устройству можно наращивать, используя другой робастный стабилизатор (РСII) по другому или тому же самому входу относительно первого робастного стабилизатора(РСI). В этом случае моделью для синтеза РСII является описание устройства-прототипа вместе с генератором и энергосистемой, замкнутой через РСI. Таким образом, получается семейство робастных стабилизаторов с робастностью первого и второго уровней. Возможно наращивание и третьего уровня, однако в практическом отношении достаточно применения одного-двух робастных стабилизаторов. Передаточные функции возможных вариантов робастных стабилизаторов по частоте и по мощности Синтез робастного стабилизатора производится программным путем с использованием среды MATLAB.

Литература 1. Авторское свидетельство СССР 1628179, Н 02 Р 9/04, 9/20, от 30.11.88 опубл. в Б.И. 6-91.

2. Патент Японии 5-468000, Н 02 Р 9/14 от 04.06.84, опубл. в ИСМ.

3. Юрганов А. А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. - СПб.: Наука, 1996, 138 с.

Формула изобретения

Устройство регулирования возбуждения, содержащее последовательно соединенные задатчик, сумматор, возбудитель, синхронный генератор, соединенный с энергосистемой, и информационно-измерительную систему, первый выход которой соединен через автоматический регулятор напряжения со вторым входом сумматора, а второй ее выход соединен через системный стабилизатор с третьим входом сумматора, отличающееся тем, что в него введен робастный стабилизатор, вход которого соединен с третьим выходом информационно-измерительной системы, а его выход соединен с четвертым входом сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1