Устройство для регулирования возбуждения синхронной машины

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Калентионок Евгений Васильевич Филипчик Юрий Дмитриевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Устройство для регулирования возбуждения синхронной машины, содержащее первый блок сравнения текущего значения напряжения с заданным, измеритель скольжения,дифференциатор, сумматор, релейный элемент включения и отключения форсировки,блок сравнения текущего значения ускорения с заданным, один из входов которого соединен с выходом дифференциатора, а выход - с блоком включения релейного элемента, вход дифференциатора соединен с выходом измерителя скольжения, с которым соединен первый вход сумматора, второй вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход через первый нуль-орган - с релейным элементом включения и отключения форсировки, Фиг. 1 13305 1 2010.06.30 отличающееся тем, что содержит релейный элемент включения и отключения расфорсировки, блок включения релейного элемента включения и отключения расфорсировки, второй блок сравнения текущего значения напряжения с заданным, второй и третий нульорганы, блок сравнения текущего значения скольжения с заданным, первый и второй элементы И, причем первый вход первого элемента И соединен с выходом первого нульоргана, второй вход через второй нуль-орган соединен с выходом измерителя скольжения,а выход - с первым входом блока включения релейного элемента включения и отключения расфорсировки, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения текущего значения напряжения с заданным, а выход - с первым входом релейного элемента включения и отключения расфорсировки, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого через третий нуль-орган соединен со вторым выходом дифференциатора, а второй вход - с выходом блока сравнения текущего значения скольжения с заданным, один из входов которого соединен с выходом измерителя скольжения. Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к области регулирования возбуждения синхронных машин. Известно устройство автоматического регулирования и форсировки возбуждения синхронных машин, содержащее автоматический регулятор возбуждения, устройство быстродействующей форсировки, блок ограничения форсировки возбуждения, блок ограничения минимального возбуждения, гибкую и жесткую обратные связи 1. Недостатком данного устройства является включение форсировки возбуждения только при снижении напряжения, хотя известны ситуации, не связанные с понижением напряжения, при которых необходимо проводить форсировку возбуждения. Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство для форсировки возбуждения синхронных машин, содержащее блок сравнения текущего значения напряжения с заданным, измеритель скольжения, дифференциатор, сумматор,релейный элемент включения и отключения форсировки, блок сравнения текущего значения ускорения с заданным, один из входов которого подключен к выходу дифференциатора, а выход - к блоку включения релейного элемента, причем вход дифференциатора присоединен к выходу измерителя скольжения, к которому подключен один из входов сумматора,второй вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход через нуль-орган подключен к релейному элементу включения и отключения форсировки 2. Недостатками такого устройства являются низкое качество переходных процессов в энергосистеме в аварийных ситуациях и возможность нарушения устойчивости синхронной машины электростанции в третьем цикле качаний. Задачей изобретения является повышение устойчивости функционирования электростанции и улучшение качества переходных процессов в энергосистеме в аварийных ситуациях. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для регулирования возбуждения синхронной машины, содержащее первый блок сравнения текущего значения напряжения с заданным, измеритель скольжения, дифференциатор, сумматор, релейный элемент включения и отключения форсировки, блок сравнения текущего значения ускорения с заданным, один из входов которого соединен с выходом дифференциатора, а выход - с блоком включения релейного элемента, вход дифференциатора соединен с выходом измерителя скольжения, с которым соединен первый вход сумматора, второй вход которого соединен с выходом дифференциатора, а выход через первый нуль-орган - с релейным элементом включения и отключения форсировки, дополнительно содержит релейный элемент включения и отключения расфорсировки, блок включения релейного элемента включения и отключения расфорсировки, второй блок сравнения текущего значения на 2 13305 1 2010.06.30 пряжения с заданным, второй и третий нуль-органы, блок сравнения текущего значения скольжения с заданным, первый и второй элементы И, причем первый вход первого элемента И соединен с выходом первого нуль-органа, второй вход через второй нуль-орган соединен с выходом измерителя скольжения, а выход - с первым входом блока включения релейного элемента включения и отключения расфорсировки, второй вход которого соединен с выходом второго блока сравнения текущего значения напряжения с заданным, а выход - с первым входом релейного элемента включения и отключения расфорсировки,второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, первый вход которого через третий нуль-орган соединен со вторым выходом дифференциатора, а второй вход - с выходом блока сравнения текущего значения скольжения с заданным, один из входов которого соединен с выходом измерителя скольжения. Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для регулирования возбуждения синхронной машины в аварийных ситуациях, на фиг. 2 и 3 - угловые характеристики синхронной машины. Устройство, реализующее способ, состоит из блока 1 сравнения текущего значения напряжения с заданным, измерителя 2 скольжения, дифференциатора 3, сумматора 4, релейного элемента 5 включения и отключения форсировки, блока 6 сравнения текущего значения ускорения с заданным, один из входов которого подключен к выходу дифференциатора 3, а выход - к блоку 7 включения релейного элемента. Вход дифференциатора 3 присоединен к выходу измерителя 2 скольжения, к которому подключен один из входов сумматора 4, второй вход которого соединен с выходом дифференциатора 3, а выход через нуль-орган 8 - с релейным элементом 5 включения и отключения форсировки. На первый вход элемента И 9 поступает выходной сигнал от нуль-органа 8, а второй вход через нуль-орган 10 соединен с выходом измерителя 2 скольжения. Выходной сигнал от элемента И 9 подается на первый вход блока 11 включения релейного элемента включения и отключения расфорсировки, на второй вход которого подается выходной сигнал от блока 12 сравнения текущего значения напряжения с заданным, а выход - на один из входов релейного элемента 13 включения и отключения расфорсировки. Второй вход релейного элемента 13 соединен с выходом элемента И 14, первый вход которого через нуль-орган 15 соединен со вторым входом дифференциатора 3, а второй вход - с выходом блока 16 сравнения текущего значения скольжения с заданным, вход которого присоединен к выходу измерителя 2 скольжения. Устройство работает следующим образом. При снижении напряжения на шинах генератора ниже заданного уровня уставки форсировки напряжения на входе блока 1 сравнения текущего значения напряжения с заданным или при превышении напряжения, пропорционального ускорению ротора генератора,на входе блока 6 сравнения текущего значения ускорения с заданным, на входе блока 7 включения и отключения релейного элемента 5 образуется сигнал, вызывающий срабатывание релейного элемента 5 включения и отключения форсировки, на выходе которого появляется форсирующее напряжение. Сигнал, пропорциональный величине ускорения, с дифференциатора 3 поступает на первый вход сумматора 4, а напряжение, пропорциональное скольжению, поступает непосредственно с выхода измерителя 2 скольжения на второй вход сумматора 4. На выходе сумматора 4 образуется сигнал, который воздействует на нуль-орган 8, отключает релейный элемент 5 включения и отключения форсировки и снимает напряжение форсировки в момент времени, функционально зависящий от интеграла избыточного момента на валу ротора. При этом форсировка снимается не в момент прохождения скольжения через нуль,а несколько раньше. Время опережения зависит от коэффициентов усиления сигналов скольжения и ускорения ротора генератора, которые подаются на вход сумматора 4, а также от частоты собственных колебаний ротора генератора. 3 13305 1 2010.06.30 Одновременно при снятии напряжения форсировки на первый вход логического элемента И 9 подается выходной сигнал от нуль-органа 8, а на второй вход, в момент прохождения скольжения ротора генератора через нуль, подается выходной сигнал от нульоргана 10, вход которого присоединен к выходу измерителя 2 скольжения. При появлении сигнала на выходе логического элемента И 9 или при превышении напряжения на шинах генератора выше заданного уровня уставки расфорсировки напряжения на входе блока 12 сравнения текущего значения напряжения расфорсировки с заданным, на выходе блока 11 включения и отключения релейного элемента 13 образуется сигнал, вызывающий срабатывание релейного элемента 13 включения и отключения расфорсировки, на выходе которого появляется напряжение расфорсировки. Если величина скольжения ротора генератора станет меньше заданной, то на выходе блока 16 сравнения текущего значения скольжения с заданным появляется сигнал, который поступает на один из входов элемента И 14, на второй вход которого через нульорган 15 поступает выходной сигнал от дифференциатора 3. Сформированный сигнал подается на второй вход релейного элемента 13 включения и отключения расфорсировки, и производится снятие напряжения расфорсировки. Повышение устойчивости функционирования электростанций энергосистемы и улучшение качества переходного процесса при реализации предлагаемого устройства можно показать с использованием угловых характеристик синхронного генератора. На фиг. 2 показан переходный процесс при наличии только форсировки возбуждения. В момент короткого замыкания суммарное сопротивление схемы сети уменьшается и генератор переходит с угловой характеристикина угловую характеристикув точку 2 и под действием механического момента турбины начинает ускоряться. После некоторого запаздывания, определяющегося участком 2-3, срабатывает форсировка возбуждения и ток возбуждения начинает увеличиваться, что приводит к увеличению электрической мощности (участок 3-4). При угле отк происходит отключение короткого замыкания и генератор переходит на послеаварийную характеристику(линия 4-6). Энергия при ускорении ротора генератора равна площадке 1-2-3-4-5-1. Участок 6-7 соответствует времени нарастания тока возбуждения до максимального (потолочного) значения. Форсировка возбуждения снимается не в момент прохождения скольжения ротора генератора через нуль, а несколько раньше (точка 8). Время снятия форсировки функционально зависит от интеграла избыточного момента на валу машины. Энергия при торможении ротора генератора равна площадке 5-6-7-8-9-10-5. Когда скольжение станет равно нулю (точка 9), режим генератора постепенно перейдет на характеристику , которая соответствует номинальному току возбуждения в послеаварийном режиме. Площадка отрицательного торможения во втором цикле качаний будет равна площадке 9-10-5-12-11-9, а площадка отрицательного ускорения - 12-13-14-1-12. Из фиг. 2,а видно, что в третьем цикле качаний площадка ускорения 12-13-14-1-12 больше возможной площадки торможения 12-11-10-5-12 и синхронный генератор выпадет из синхронизма. На фиг. 3 представлен переходный процесс с использованием предлагаемого устройства. Начальный этап переходного процесса аналогичен уже рассмотренному на фиг. 2. В момент прохождения скольжения ротора генератора через нуль (точка 9) происходит включение расфорсировки возбуждения. Это приводит к уменьшению отрицательной площадки торможения, которая во втором цикле качаний будет равна 9-10-11-9. Когда ускорение станет равно нулю (точка 11), произойдет отключение расфорсировки возбуждения и режим генератора постепенно перейдет на характеристику . В этих условиях площадка отрицательного ускорения - 11-12-13-1-5-11. В результате действия расфорсировки возбуждения площадка отрицательного торможения и площадка отрицательного ускорения значительно сокращаются, что приводит к уменьшению размаха и сохранению устойчивости синхронной машины. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5