Выход ФЧВ поступает на вход управляемого интегратора. В мо­мент времени t= π(n + 1)/ω и напряжение на выходе УИ будет

В момент времени t = π(n + 2)/ω напряжение выхода УИ равно

Таким образом, в моменты перехода линейного напряжения через

Рис.Временные диаграммы работы блока БРТ.

ноль напряжение на выходе управляемого интегратора будет пропор­ционально реактивному току. Это фиксируется быстродействующим запоминающим устройством. Рис. 4.10 иллюстрирует работу БРТ при угле сдвига между током и напряжением генератора 90°.

Передаточная функция блока для выхода БЗУ определяется как реакция на скачкообразное изменение входного сигнала в момент времени t0 (рис. 4.10). Она имеет вид

где τ — период напряжения и тока.

4.4.3. Блок частоты и защиты

Блок частоты и защиты (БЧЗ) формирует стабилизирую­щие сигналы отклонения частоты напряжения генератора от ус­тановившегося значения и ее первой производной, а также блоки­рует эти сигналы при аварийном разрыве электропередачи. В него входят: четыре компаратора (KJ—K4), одновибратор (0В), управ­ляемый интегратор (УИ), быстродействующее запоминающее ус­тройство (БЗУ), усилитель (У), разделительное звено (РЗ), три ин-

вертора (И1—ИЗ), дифференциатор (Д) и исполнительное реле (ИР) (рис. 4.11).

На вход К1 подается синусоидальное напряжение, пропорцио­нальное линейному напряжению генератора, где оно преобразуется в симметричные прямоугольные импульсы (рис. 4.12):

где k = 2n + 1, n = 1, 2, 3, ... — числа натурального ряда.

С выхода компаратора сигнал поступает на входы управляемого интегратора, К2 и одновибратора. Одновибратор в моменты времени tk формирует импульсы отрицательной полярности длительностью Т, управляющие работой БЗУ. К2 формирует прямоугольные импульсы управления интегратором в соответствии с уравнением

В моменты времени tk напряжение на интеграторе будет пропор­ционально величине определенного интеграла

где τ — период входного напряжения.

Таким образом, в моменты времени tk напряжение интегратора будет пропорционально периоду входного напряжения. В эти момен­ты БЗУ запоминает его и хранит на интервале [tk, tk+1 ].

Выход БЗУ поступает на вход масштабирующего усилителя, ис­ключающего постоянную составляющую входного напряжения при номинальном значении частоты, тем самым формируя сигнал, про­порциональный отклонению периода входного напряжения от номи­нального значения.

Поскольку T= 1/f, для малых отклонений от номинальных зна­чений периода ΔTu и частоты Δfu будет справедливо:

Следовательно, напряжение на выходе усилителя будет про­порционально отклонению частоты напряжения генератора от номинального значения. Далее оно проходит последовательно че­рез разделительное звено, инвертор И1, дифференциатор и ин­вертор И2, формирующий стабилизирующие сигналы по откло­нению частоты от установившегося значения Δfu и ее первой произ­водной f'u.

Обрыв электропередачи характеризуется одновременным на­растанием напряжения, частоты и ее производной. При увеличе­нии напряжения статора выше определенной величины срабатывает компаратор КЗ. Если при этом сигналы частоты и ее производной больше заданных значений, то срабатывает компаратор К4, который включает исполнительное реле, блокирующее выходные сигналы БЧЗ.

Все типовые элементы АРВ—СДП1 моделируются соответствую­щими модулями пакета прикладных программ «Модель», позволяю­щими получать частотные характеристики и переходные процессы для любой точки схемы при типовых возмущениях (скачок или си­нусоида) на входе элемента. Благодаря этому возможно:

— обучение персонала;

— получение диаграмм напряжений в любой точке схемы;

— моделирование возможных неисправностей элементов схемы и анализ их влияния.

4.5. Математическая модель

автоматического регулятора возбуждения АРВ—СДП1

Модель предназначена для анализа качества регулирова­ния синхронных генераторов, оснащенных современными системами возбуждения с регуляторами АРВ—СДП1, и определения запасов ус­тойчивости при их параллельной работе. Исходя из этого ряд блоков и каналов, не оказывающих влияния на устойчивость, исключен из рассмотрения.

Модель представляет собой совокупность передаточных функций узлов и блоков АРВ (рис. 4.13), отражающих динамические свой­ства регулятора в диапазоне частот колебаний от 0.2 до 5.0 Гц. Физическими входами АРВ являются периодические сигналы из­мерительных трансформаторов тока и напряжения, пропорциональ­ные напряжению Uг и току Iг статора, току ротора If и суммарному току группы генераторов IΣ. Кроме того, в бесщеточных системах воз­буждения от блока обратной связи (БОС) на вход АРВ поступает сигнал напряжения ротора Uf. Измерительные преобразователи фор­мируют на основе входной информации сигналы, которые для малых отклонений можно интерпретировать как изменение напряжения ΔUг, частоты напряжения Δfu, реактивных составляющих тока ста­тора ΔIRг и группы генераторов ΔIRΣ, тока ΔIf и напряжения ΔUf ротора.

Изменение напряжения ΔUг поступает на один из входов блока напряжения (БН), имеющего передаточную функцию

6 ,

где

определена ранее по (4.1)—(4.3).

Параметры передаточной функции БН зависят от положения пе­реключателя коэффициента усиления канала напряжения, располо­женного на лицевой панели блока. Эта зависимость отражена в сле­дующих значениях параметров:

Статический коэффициент передачи измерительного преобразо­вателя равен:

На два других входа БН поступают выходные сигналы БРТ-1 и БРТ-2, пропорциональные изменениям реактивных токов генератора ΔURг и группы генераторов ΔIRΣ соответственно. Передаточные фун­кции БРТ-1 и БРТ-2 (4.4) равны:

Величины коэффициентов передачи БРТ-1 и БРТ-2 зависят от положения переключателей «Компенсация», расположенных на ли­цевых панелях блоков БН и БРТ-2 соответственно. Эти коэффици­енты изменяются равными долями от нуля до максимальных значе­ний, соответствующих 10 делениям шкал переключателей:

Знак кбрт-1 зависит от положения накладки переключения режи­мов работы блока, расположенной на его лицевой панели. Положи­тельный знак соответствует режиму токовой стабилизации, отрица­тельный — токовой компенсации.

Передаточная функция дифференциатора канала напряжения

Передаточная функция блока частоты

6*

Передаточная функция дифференциатора канала частоты

Передаточная функция канала регулирования по производной то­ка ротора

Передаточная функция канала жесткой обратной связи

Коэффициент К ЖОС = 0÷1 в зависимости от положения переклю-

чателя «ЖОС», расположенного на лицевой панели блока форсиро­вания (БФ).

Сигналы отклонения и производной напряжения, отклонения и производной частоты напряжения и производной тока ротора сумми­руются в блоке усиления, имеющем передаточную функцию

Коэффициент усиления блока усиления равен: KБУ = 50 В/В — для статических систем возбуждения; КБУ =115 В/В — для бесще­точных и высокочастотных систем возбуждения. При этом предпола­гается, что коэффициенты усиления статического и бесщеточного возбудителей составляют соответственно Кст= 0.2 е. в.н./В; Кбщ = 0.8 е. в.н./В.

В результате на выходе АРВ формируется сигнал:

весовые коэффициенты К1u, К0f, К1f, К1if в котором имеют размер­ность [В/В ]. Они линейно зависят от переключателей коэффициен­тов усиления каналов регулирования. При положении переключате­лей, соответствующих 10 делениям шкалы, коэффициенты равны 1. Величина коэффициента Кu всегда постоянна, не зависит от положе­ния переключателей и равна 0.13.

При пользовании моделью следует обратить внимание на то, что все уравнения записаны в именованных единицах и отражают про­межуточные переменные постоянными напряжениями в определен­ном масштабе. Кроме того, уравнение (4.5) учитывает тот факт, что отечественные системы возбуждения традиционно проектируются

Рис. 4.14. Граница вступления в работу кана­ла ограничения минимального возбуждения.

таким образом, что отрицательное отклонение UАРВ вызывает увели­чение напряжения ротора.

В режимах недовозбуждения необходим учет действия ограничи­теля минимального возбуждения (ОМВ), который осуществляет ог­раничение минимальной величины реактивного тока в зависимости от текущего значения активной составляющей тока генератора. В ОМВ имеется датчик активного тока статора с передаточной функ­цией

где а — угол наклона границы ограничения относительно оси актив­ной мощности. На рис. 4.14 приведен пример определения этого угла для режима работы генератора при номинальной активной мощно­сти.

Сигнал реактивного тока поступает на вход ОМВ через фильтр, расположенный в БРТ-1 с передаточной функцией

Выходной каскад ОМВ реализует пропорционально-интегральный закон регулирования

В итоге для учета работы ОМВ уравнение (4.5) должно быть до­полнено слагаемым

где К, Т определяются в соответствии с положением переключа­теля К0u, как указано выше (на с. 83); Комв — коэффициент, ли-

нейно зависящий от положения переключателя на лицевой панели блока ОМВ. При 10 делениях шкалы этого переключателя Комв = 1.

Математическая модель регулятора входит составной частью в модуль «Расчет переходных процессов пакета прикладных про­грамм „Модель”» и используется в расчетах статической и дина­мической устойчивости синхронных генераторов, работающих в энергосистеме.

Для оценочных расчетов устойчивости математическая модель регулятора АРВ—СДП1 может быть значительно упрощена. Извест­но, что частота собственных электромеханических колебаний ротора большинства синхронных генераторов, работающих в энергосистеме, лежит в пределах от 0.8 до 1.1 Гц. Для данного диапазона частот уравнение регулятора запишется в виде

При этом предполагается, что коэффициенты К1u и К1if по-преж­нему имеют размерность [В/В], Кf [В/В] = К [В/В], а переключа­тели коэффициентов стабилизации по отклонению и производной ча­стоты находятся в одинаковом положении, т. е. имеют одинаковое количество делений соответствующих шкал.

Корректность упрощения подтверждается частотными характери­стиками каналов регулирования. Передаточные функции канала на­пряжения по полной и упрощенной моделям следующие:

Передаточные функции канала стабилизации «по частоте» соот­ветственно равны:

где Кf = К0f = К1f.

Для канала стабилизации по производной тока ротора

Сравнение частотных характеристик, вычисленных по (4.7)— (4.12), показывает, что замена полных уравнений математической

модели упрощенными для диапазона частот 0.8—1.1 Гц приводит к погрешности не более чем 2 дБ по амплитуде и 20° по фазе, что впол­не допустимо при оценочных расчетах низкочастотных границ ус­тойчивости. Оценка высокочастотных границ устойчивости по упро­щенным уравнениям приводит к большой ошибке, поэтому ими нель­зя пользоваться для этих целей.

Если выразить коэффициенты усиления в именованных едини­цах (К0u [е. в.н./е. н. ], К1u [е. в.н./c], К1if [е. т.в./с], kf [е. в.н./Гц]), учесть все знаки в тракте регулирования и коэффициент усиления возбудителя, то обобщенное упрощенное уравнение регулирования запишется в виде

4.6. Четвертая стадия развития

сильного регулирования возбуждения

Бурный прогресс в области полупроводниковой электрон­ной техники, появление интегральных микросхем большой степени интеграции, микропроцессорных комплексов и микропроцессоров положили начало четвертой стадии развития аппаратуры, методов и средств автоматического регулирования возбуждения. Применение микропроцессоров позволяет отказаться от традиционной структуры системы регулирования возбуждения и пересмотреть распределение функций между ее элементами, а также стимулирует поиск новых алгоритмов реализации системных функций, в том числе перестра­иваемых, и дает явный выигрыш при реализации технологических и защитных функций за счет повышения точности выполнения. Что же касается функций контроля, диагностики и сервиса, то в этом случае никакой альтернативы микропроцессорам не существует.

Внедрение на электростанциях автоматизированных систем уп­равления технологическими процессами привело к необходимости ввести для регуляторов возбуждения новые технические требования:

в том числе дистанционное управление с центрального пульта (выбор настройки, задание режимов работы); передачу информации о режи­ме работы на центральный пульт; прием и исполнение команд; са­моконтроль и сигнализацию о неисправностях.

В начале 80-х годов были созданы опытные образцы цифровых регуляторов АРВ—СДЦ на базе микроЭВМ «Электроника 60» [51 ] и АРВ—СДМ на базе комплекса микропроцессорных средств управ­ляющей вычислительной техники МСУВТ—В7 [52 ]. Основу цифро­вых АРВ составляют управляющие вычислительные комплексы по­вышенной надежности, содержащие две микроЭВМ. Обе они работа­ют одновременно и независимо друг от друга, т. е. каждая получает информацию по своим каналам, обрабатывает ее и рассчитывает уп­равляющее воздействие. На систему управления возбуждением по-

ступает сигнал только от одной машины, ведущей в данный момент регулирование; второй процессор остается в «горячем резерве». Ком­мутация выходных сигналов микроЭВМ осуществляется блоком кон­троля исправности.

Цифровые регуляторы возбуждения реализуют значительно боль­шее количество функций по сравнению с их аналоговыми предшест­венниками. В частности, в алгоритм работы регуляторов возбужде­ния АРВ—СДЦ и АРВ—СДМ заложено отображение информации о состоянии и режиме работы генератора и элементов системы возбуж­дения, что значительно облегчает наладку и эксплуатацию.

АРВ—СДМ обеспечивает практически такое же качество регули­рования, как и АРВ—СД на магнитных усилителях, который он структурно и алгоритмически повторяет.

АРВ—СДЦ структурно существенно отличается от всех других разработок. Его отличительной особенностью является наличие глу-бокой жесткой отрицательной обратной связи по току возбуждения. Охват возбудителя обратной связью по току ротора в сочетании с ПИД-законом регулирования увеличивает быстродействие системы и обеспечивает увеличение статической точности регулирования. Об­ратная связь по току ротора явно выделяет в структуре системы ре­гулирования исполнительное звено, получившее название регулято­ра тока ротора. При этом имеется возможность работы как в режиме регулирования напряжения статора, так и в режиме регулирования тока ротора.

Из-за недостаточно высокой производительности микроЭВМ, на базе которых были созданы регуляторы АРВ—СДЦ и АРВ—СДМ, оказалось невозможным полностью отказаться от узлов и блоков на полупроводниках и микросхемах малой и средней степени интегра­ции. Большое число аналоговых элементов и используемые микро­ЭВМ обусловили плохие массогабаритные показатели и высокое энергопотребление. Поэтому АРВ—СДЦ и АРВ—СДМ не получили широкого внедрения. Несмотря на это, разработка цифровых регу­ляторов была необходимым и полезным шагом на пути создания цифровой аппаратуры управления.

Более перспективным оказалось использование микропроцессор­ных комплексов в системе управления возбуждением [53 ]. При этом на нее возлагается большая часть защитных и технологических

функций, которые раньше исполнялись регулятором возбуждения. Со­хранив функции поддержания напряжения и обеспечения устойчи­вости генератора, регулятор, получивший название АРН, значитель­но упростился [54 ]. При его разработке были учтены изложенные в гл. 3 рекомендации о целесообразности дальнейшего уменьшения по сравнению с АРВ—СДП1 пропорциональной составляющей сигнала регулирования по напряжению в области частоты собственных коле­баний агрегата. Все это повысило надежность и облегчило наладку и эксплуатацию АРН. Он выпускается в двух модификациях, предназ­наченных для работы в составе статической тиристорной и бесщеточ­ной систем возбуждения, и уже внедрен на ряде тепловых электро­станций.

4.7. Назначение и состав АРН

Автоматический регулятор напряжения (АРН) предназна­чен для работы в составе тиристорных систем самовозбуждения и бес­щеточных систем возбуждения синхронных генераторов малой и средней мощности (от 2.5 до 63 МВт). Он реализует ПИД-закон ре­гулирования напряжения статора генератора с компаундированием по реактивной составляющей тока статора и со стабилизацией по первой производной тока ротора. Совместно с системой возбуждения АРН обеспечивает:

— поддержание напряжения на выводах синхронного генератора в соответствии с заданным статизмом и с заданной точностью;

— устойчивость регулирования во всем диапазоне режимов ра­боты генератора, включая резкопеременные режимы вплоть до набросов нагрузки, вызванных одновременным включением асинхрон­ных двигателей общей мощностью до 30 % номинальной мощности генератора;

— форсирование возбуждения при авариях в энергосистеме, вы­зывающих снижение напряжения на шинах генератора относительно заданной статической характеристики;

— программное начальное возбуждение синхронного генератора при пуске;

— устойчивое распределение реактивной мощности между одно­типными генераторами, объединенными на уровне генераторного на-

Рис. 4.15. Функциональная схема регулятора АРН.

пряжения, без использования группового регулирования или попе­речных уравнительных связей;

— местное и дистанционное изменение уставки регулятора со ско­ростью 0.5 %/с в диапазоне от 80 до 110 % номинального напряже­ния генератора;

— ограничение минимального тока возбуждения величиной, не допускающей переход генератора в режим глубокого потребления ре­активной мощности;

— независимость напряжения на выводах генератора от частоты в диапазоне от 45 Гц и выше с пропорциональным уменьшением на­пряжения при снижении частоты ниже 45 Гц.

В состав АРН входят измерительный и операционный блоки. Из­мерительный блок формирует аналоговые сигналы, пропорциональ­ные напряжению и реактивной составляющей тока статора. Эти сиг­налы поступают на вход операционного блока, формирующего сиг­нал управления в соответствии с принятым законом регулирования.

Для бесщеточных систем возбуждения регулятор АРН дополня­ется датчиком тока ротора и блоком обратной связи (рис. 4.15). Дат­чик тока ротора, воспроизводящий векторную диаграмму Потье, имеет на выходе аналоговый сигнал, пропорциональный току ротора. Для повышения быстродействия диодной бесщеточной системы воз­буждения в АРН предусмотрен сигнал жесткой обратной связи по току возбуждения возбудителя, формируемый блоком обратной связи.

4.8. Устройство и работа блоков АРН

4.8.1. Измерительный блок

Измерительный блок (ИБ) формирует аналоговые сигна­лы, пропорциональные напряжению и реактивной составляющей то­ка статора синхронного генератора. В состав ИБ входят три компа­ратора К1—КЗ, три синхронных фильтра СФ1—СФЗ, сумматор (С), фазочувствительный выпрямитель (ФЧВ) и фильтр (Ф) (рис. 4.16). На вход поступают синусоидальные напряжения, пропорциональные линейным напряжениям статора, синусоидальное напряжение, про­порциональное току статора и выпрямленное напряжение, среднее значение которого пропорционально среднему значению напряжения статора. Линейные напряжения преобразуются в симметричные пря­моугольные импульсы. Выходные сигналы компараторов управляют работой синхронных фильтров и фазочувствительного выпрямителя. На вход синхронных фильтров подается выпрямленное напряжение статора. Фильтры подавляют переменную составляющую входного сигнала. Их выходные сигналы синхронно складываются на выход­ном сумматоре канала измерения напряжения.

На вход фазочувствительного выпрямителя, принцип работы ко­торого рассмотрен выше, поступает синусоидальное напряжение, пропорциональное току фазы В статора. Управляет работой ФЧВ вы-

Рис. 4.16. функциональная схема измерительного блока.

ходной сигнал К1, фаза которого совпадает с фазой линейного на­пряжения фаз UAC. На выходе формируется периодическое напря­жение, имеющее постоянную составляющую, пропорциональную реактивному току статора и выделяемую фильтром.

4.8.2. Датчик тока ротора

Датчик тока ротора (ДТР) формирует аналоговый сигнал, пропорциональный току ротора синхронного генератора. Он исполь­зует аналоговое моделирование векторной диаграммы Потье, впер­вые реализованное в устройстве измерения тока ротора [21 ]. Это ус­тройство на пассивных элементах, работающее на переменном токе, имело большие габариты и существенное потребление по цепям из­мерения, требовало выпрямления и фильтрации выходного напряже­ния, что приводило к снижению быстродействия. Полупроводнико­вый ДТР лишен этих недостатков.

На его вход поступают синусоидальные сигналы линейных напря­жений и фазных токов статора синхронного генератора. С выхода снимается аналоговый сигнал, пропорциональный току ротора.

В состав датчика входят два фильтра прямой последовательности трехфазных систем напряжений (ФН) и токов (ФТ), два сумматора С1, С2, выпрямитель (В), нелинейный блок (НБ), блок произведения (БП) и частотнозависимый фильтр (Ф) (рис. 4.17).

Фильтр напряжения выделяет линейное напряжение UCA прямой последовательности трехфазной системы линейных напряжений ста­тора. На выходе фильтра токов выделяется напряжение, пропорци­ональное току фазы В прямой последовательности трехфазной сис­темы фазных токов статора. Выходные напряжения ФН и ФТ век-торно складываются на сумматоре С1. Весовой коэффициент при слагаемом, пропорциональном фазному току, численно равен реак-

тивному сопротивлению Потье, выраженному в относительных еди­ницах. В результате сложения на выходе С1 формируется напряже­ние, пропорциональное эдс Еδ, обусловленной потоком в воздушном зазоре генератора, т. е.

Оно поступает на вход нелинейного блока, моделирующего на­сыщение магнитной цепи. Суть преобразования заключается в фор­мировании кусочно-линейной аппроксимации функции

где f(Uг) — характеристика холостого хода.

После перемножения выходного напряжения нелинейного бло­ка и результирующей эдс на выходе блока произведения форми­руется сигнал составляющей тока ротора Ifδ, моделирующий ре­зультирующую эдс. Напряжение блока произведения на суммато­ре С2 векторно складывается с сигналом тока статора. Весовой коэффициент при слагаемом, пропорциональном току статора, чис­ленно равен индуктивному сопротивлению реакции якоря, выражен­ному в относительных единицах. В результате сложения напряже­ний, пропорциональных составляющей Ifδ и реакции якоря, на выхо­де С2 формируется периодическое напряжение с амплитудой, про­порциональной току ротора, т. е.

Периодический сигнал с выхода С2 подается на вход частотно-за­висимого фильтра, аналогичного блоку БРТ регулятора АРВ—СДП1 (см. разд. 4.4.2). В итоге на выходе фильтра образуется напряжение, пропорциональное току ротора синхронного генератора.

Рис. 4.18. функциональная схема блока обратной связи.

4.8.3. Блок обратной связи

Блок обратной связи (БОС) формирует аналоговый сиг­нал, пропорциональный току возбуждения возбудителя, для реали­зации жесткой обратной связи. Кроме того, он осуществляет галь­ваническую развязку цепей возбудителя и регулятора. В состав БОС входят генератор, модулятор, усилитель, демодулятор и фильтр (рис. 4.18). Генератор формирует прямоугольные импульсы управ­ления модулятором и демодулятором с частотой 10—12 кГц. На вход модулятора с измерительного шунта поступает напряжение, пропор­циональное току возбуждений возбудителя. Модулятор формирует периодическое напряжение с амплитудой, пропорциональной вход­ному напряжению. Сигнал на выходе модулятора усиливается по ам­плитуде усилителем и подается на вход демодулятора, выпрямляю­щего выходное напряжение усилителя. Выходным каскадом БОС яв­ляется фильтр, собранный по схеме апериодического звена, подавля­ющий переменную составляющую сигнала демодулятора.

4.8.4. Операционный блок

Операционный блок (ОБ) формирует сигнал управления возбуждением в соответствии с принятым законом регулирования. В его состав входят устройства формирования уставки (УФУ) и релей­ного форсирования (УРФ), два сумматора C1, С2, интегратор (И), дифференциаторы напряжения статора (ДН) и тока ротора (ДТ) и выходной усилитель (У) (рис. 4.19). На вход ОБ подаются аналого­вые сигналы, пропорциональные напряжению статора, реактивному току статора, току ротора и току возбуждения возбудители, а также дискретные команды на увеличение и уменьшение уставки. УФУ преобразует дискретные команды в аналоговый сигнал уставки на­пряжения. Этот сигнал поступает на сумматор C1, осуществляющий его алгебраическое сложение с сигналом напряжения статора. В ре­зультате на выходе сумматора образуется напряжение, пропорцио­нальное отклонению напряжения статора от заданного значения, ко­торое поступает на C2, И и ДН. Последняя группа функциональных элементов реализует ПИД-закон регулирования напряжения. Ком-паундирование по реактивной составляющей тока статора осуществ­ляется подачей на вход интегратора реактивного тока. Стабилизация

Рис. 4.19. функциональная схема операционного блока.

системы регулирования возбуждения по первой производной тока ротора производится с помощью дифференциатора ДТ. Форсирова­ние возбуждения при авариях в энергосистеме, вызывающих сниже­ние напряжения на шинах генератора, реализует устройство форси­рования возбуждения. На его вход поступает напряжение сумматора С2, пропорциональное отклонению напряжения. При уменьшении напряжения генератора относительно заданного значения на оп­ределенную настраиваемую величину устройство УРФ выдает сиг­нал форсировки возбуждения независимо от состояния других кана­лов. При восстановлении напряжения генератора до заданного зна­чения устройство УРФ снимает сигнал форсировки с задержкой 40—60 мс.

Сигналы С2, дифференциаторов напряжения статора и тока ро­тора, устройства релейного форсирования и блока обратной связи складываются на усилителе мощности, оснащенном защитой от ко­ротких замыканий в выходных цепях АРН.

4.9. Математическая модель АРН

Математическая модель АРН для исследования вопросов устойчивости синхронных машин представляет собой совокупность передаточных функций каналов регулирования (рис. 4.20). Входны­ми величинами являются отклонения напряжения и реактивной со­ставляющей тока статора, тока ротора и тока возбуждения возбуди­теля (для бесщеточных систем возбуждения).

Канал измерения напряжения статора блока ИБ представляет со­бой трехфазный синхронный фильтр, передаточная функция которо­го определена ранее (4.1—4.3):

Рис. 4.20. Структурная схема регулятора АРН.

Передаточная функция канала измерения реактивного тока оп­ределяется параметрами фильтра, являющегося его выходным кас­кадом:

Интеграторы каналов регулирования напряжения и реактивного тока имеют передаточные функции:

где Kст и Когр — коэффициенты, зависящие от положения переклю­чателей «Статизм» и «Ограничение».

Коэффициент усиления пропорциональной части ПИД-канала регулирования составляет

Передаточные функции дифференциаторов напряжения статора и тока ротора равны:

Датчики тока ротора тиристорной и бесщеточной систем возбуж­дения имеют соответственно передаточные функции:

Передаточная функция блока БОС:

Коэффициент усиления канала ЖОС составляет

Коэффициент выходного суммирующего усилителя АРН

В результате на выходе АРН формируется сигнал, описываемый уравнением

где К1u и К1if — коэффициенты, зависящие от положения переклю­чателей коэффициентов усиления каналов производных напряжения статора и тока ротора. При положении переключателей, соответст­вующих 10 делениям шкалы, эти коэффициенты равны 1.

Для проведения оценочных расчетов устойчивости математиче­ская модель регулятора АРН может быть значительно упрощена:

Методика упрощения и области применения упрощенной модели были изложены ранее в разд. 4.5.

Г л а в а 5

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ СОВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

5.1. Статические тиристорные системы возбуждения

Математические модели статических тиристорных систем возбуждения для исследования параллельной работы синхронных ге­нераторов достаточно полно описаны в работах [33, 41, 56 ], где ти-ристорный преобразователь моделируется по основной гармонике то­ка питающей сети и по его внешним характеристикам. При этом си­ловая часть системы возбуждения рассматривается как мостовой тиристорный преобразователь, в котором коммутирующая эдс Еγ действует за реактивным сопротивлением коммутации Хγ. Современ­ные статические системы возбуждения проектируются таким обра­зом, что в установившихся режимах тиристорный преобразователь работает в режиме горения вентилей 2—3. В этом случае уравнение внешней характеристики тиристорного преобразователя имеет вид

где

После линеаризации

Для независимой системы возбуждения (рис. 5.1,а) коммутирую­щей эдс является сверхпереходная эдс вспомогательного генератора, а реактивностью коммутации — среднее значение сверхпереходных реактивных сопротивлений по продольной и поперечной осям, т. е.

При наличии автоматического регулирования возбуждения вспо­могательного генератора с достаточно большим коэффициентом уси­ления канала отклонения напряжения можно считать, что

7 , В. А, Кожевников

Рис. 5.1. Статические тиристорные системы возбуждения.

а — независимая система возбуждения; 6 — система самовозбуждения. Обозначения: ТП — тиристорный преобразователь; СУТ — система управления тиристорами; ТС — трансформатор синхро­низации; АР В — автоматический регулятор возбуждения; ТН — трансформатор напряжения; ТТ — трансформатор тока; ВТ — выпрямительный трансформатор; ПТ — последовательный трансформа­тор; ВГ — вспомогательный генератор; ГГ — главный генератор.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7