Способ и устройство регулирования возбуждения синхронного генератора

Способ и устройство регулирования возбуждения синхронного генератора

Реферат

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для создания автоматических регуляторов возбуждения мощных синхронных генераторов. Техническим результатом является повышение надежности энергообеспечения и качества регулирования путем увеличения устойчивости регулирования в возможном диапазоне изменения тока нагрузки синхронного генератора. В способе и устройстве регулирования возбуждения синхронного генератора по измеренным текущим значениям активной и реактивной составляющих тока, напряжения синхронного генератора, тока в обмотке возбуждения и отклонения частоты напряжения генератора от заданного значения оценивают угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения на шинах генератора, вычисляют отклонения от желаемой траектории движения системы в пространстве переменных U_g, заданной уравнениями S₁=0, S₂=0, вычисляют чувствительность S_a функционала к изменениям напряжения возбуждения U_f, а величину напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения, определяют по формуле U_f=E_{f_ref}+U_as, где E_{f_ref} - напряжение на обмотке возбуждения генератора, соответствующее номинальному току возбуждения, U_as=f(Sa) - выходное напряжение нечеткого контроллера. В устройство регулирования дополнительно введены блок преобразования координат, блок оценки внутреннего угла генератора, блок оценки электродвижущей силы генератора, блок вычисления производных внутреннего угла генератора, два формирующих блока и блок вычисления значения сигнала управления возбудителем. 2 с.п. ф-лы, 15 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для создания автоматических регуляторов возбуждения мощных синхронных генераторов.

Известен способ (Авт. свид. СССР № 1257800, кл. Н 02 Р 9/14, 1984) регулирования напряжения синхронного генератора, состоящий в том, что измеряют напряжение синхронного генератора, напряжение его обмотки возбуждения и подают на возбуждение напряжение, величину которого определяют в зависимости от измеренных величин, причем форсируют (дискретно) величину амплитуды напряжения синхронного генератора на каждом полупериоде так, что величина и знак напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения, определяются по формуле

где U_f(n), U_f(n-2) - напряжения обмотки возбуждения в текущий n и n-2 интервалы дискретности;

- заданный статизм внешней характеристики синхронного генератора;

К - коэффициент передачи синхронного генератора (константа);

U_пот - заданное напряжение синхронного генератора;

U(n), U(n-1) - абсолютное значение амплитуд напряжения синхронного генератора в текущий n и n-1 интервалы дискретности.

Существенным недостатком данного способа является невысокая точность поддержания постоянства напряжения синхронного генератора в статических и динамических режимах в связи с тем, что величина коэффициента усиления в контуре регулирования ограничена условиями устойчивости системы возбуждения.

Кроме того, известен способ автоматического регулирования возбуждения синхронного генератора (Авт. свид. СССР № 433614, кл. Н 02 Р 9/14, 1972), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором измеряют напряжение синхронного генератора и текущие значения активной и реактивной составляющих тока синхронного генератора, ток в обмотке возбуждения и отклонение частоты напряжения генератора от заданного значения и подают на обмотку возбуждения напряжение, величину которого определяют в зависимости от измеренных величин согласно соотношению

где U_fнно - напряжение обмотки возбуждения в номинальном режиме;

U, U' - отклонение напряжения синхронного генератора и его производная;

F(...) - линейная функция с конечным набором коэффициентов аппроксимации (три набора), изменяющихся от режима работы;

f, f' - отклонение частоты напряжения синхронного генератора и ее производная.

Существенным недостатком данного способа является то, что функция F(...) является линейной, что не позволяет получить высокого качества регулирования напряжения. Кроме этого, при изменении в широком диапазоне тока нагрузки синхронного генератора снижается устойчивость системы регулирования и, как следствие, уменьшается надежность энергообеспечения.

Известно устройство для управления синхронным генератором (Авт. свид. СССР № 423231, кл. Н 02 Р 9/14, 1975), содержащее блоки измерения частоты, напряжения, тока ротора генератора, дифференциаторы в каналах управления напряжением, частотой и током ротора генератора, орган изменения интенсивности воздействия по напряжению в области низких частот, суммирующе-формирующий блок, усилитель мощности и возбудитель с системой управления. В указанном устройстве имеются связи, соединяющие блоки измерения с дифференциаторами и органами изменения интенсивности воздействия, которые своими выходами включены на вход суммирующе-формирующего блока, выход которого через усилитель мощности связан со входом системы управления возбудителем.

Однако устройство не обеспечивает полную стабилизацию параметров регулирования синхронного генератора из-за наличия ограничений предельных величин интенсивности воздействий на эти параметры.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является регулятор возбуждения для синхронного генератора, содержащий измеритель отклонения напряжения синхронного генератора, измеритель производной напряжения синхронного генератора, измеритель изменения частоты напряжения синхронного генератора, измеритель производной изменения частоты напряжения синхронного генератора и измеритель производной тока ротора, выходы которых через суммирующе-формирующий блок и усилитель мощности связаны со входом управления возбудителем (Попревский М.И. и др. Унифицированный автоматический регулятор возбуждения сильного действия на полупроводниковых элементах. Труды ВЭИ, Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах, вып. 83. - М.: Энергия, 1977].

Известное устройство имеет необходимый набор воздействий для обеспечения устойчивой работы синхронной машины, однако связи между измерителями и органами изменения интенсивностей воздействий по каналам частоты и тока ротора, а также формирование воздействия по току ротора выбраны неоптимальным образом, что порождает ряд недостатков: ограничен диапазон изменения воздействий по основным стабилизирующим параметрам - изменению частоты и ее производной; в режиме недовозбуждения генератора повышена вероятность возникновения автоколебаний, что требует контроля режима машины со стороны персонала станции.

Задачей изобретения является создание способа регулирования возбуждения и устройства, реализующего предлагаемый способ регулирования возбуждения синхронного генератора, обеспечивающих повышение надежности энергообеспечения и качества регулирования напряжения путем увеличения устойчивости регулирования во всем возможном диапазоне изменения тока нагрузки синхронного генератора.

Технический результат достигается тем, что в способе регулирования напряжения синхронного генератора, при котором измеряют текущие значения активной и реактивной составляющих тока синхронного генератора, напряжения синхронного генератора, тока в обмотке возбуждения и отклонения частоты напряжения генератора от заданного значения и подают на обмотку возбуждения напряжение, величину которого определяют в зависимости от измеренных величин, оценивают угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения на шинах генератора путем решения системы уравнений вида

где r_f, r_kd, r_kq - активные сопротивления обмотки возбуждения и успокоительных обмоток в продольной и поперечной осях соответственно;

i_f, i_kd, i_kq - токи в обмотке возбуждения и успокоительных обмотках в продольной и поперечной осях ротора соответственно;

₀ - синхронная угловая частота;

х_f, х_kd, х_kq - реактивности обмотки возбуждения и успокоительных обмоток в продольной и поперечной осях соответственно;

x_md, x_mq - взаимные реактивности в продольной и поперечной осях соответственно;

i_d, i_q - продольная и поперечная составляющие тока генератора;

U_f - напряжение на обмотке возбуждения генератора;

I_ga, I_gr, U_g - измеренные текущие значения активной и реактивной составляющих тока синхронного генератора и напряжения синхронного генератора;

- угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения на шинах генератора;

Е_d, Е_q - продольная и поперечная составляющие ЭДС;

r_a - активное сопротивление обмоток статора;

х_d, х_q - синхронные реактивности генератора в продольной и поперечной осях,

вычисляют отклонения

S₁=U_g-U_{g_ ref},

где U_{g_ref} - заданное напряжение генератора;

Т - желаемая постоянная времени колебаний ротора;

- угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения в узле системы бесконечной мощности, производные от которого вычисляются из соотношений

где f - измеренное отклонение частоты напряжения генератора от заданного значения от желаемой траектории движения системы в пространстве переменных U_g, , заданной уравнениями

вычисляют чувствительность S_a функционала к изменениям напряжения возбуждения U_f:

где С_u и C_f - константы, определяющие стратегию регулирования, выбранные исходя из требований поддержания напряжения генератора на нужном уровне и подавления колебаний ротора, а величину напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения, определяют по формуле

U_f=E_f_ _ref+U_as,

где E_f__ref - напряжение на обмотке возбуждения генератора, соответствующее номинальному току возбуждения;

U_as=f(S_a) - выходное напряжение нечеткого контроллера.

Устройство регулирования возбуждения синхронного генератора содержит измеритель напряжения синхронного генератора, измеритель изменения частоты напряжения синхронного генератора, измеритель активной и реактивной составляющих тока синхронного генератора и измеритель тока ротора, в регулятор дополнительно введены блок преобразования координат, блок оценки внутреннего угла генератора, блок оценки электродвижущей силы генератора, блок вычисления производных внутреннего угла генератора, два формирующих блока и блок вычисления значения сигнала управления возбудителем, причем первый вход блока преобразования координат подключен к первому выходу измерителя активной и реактивной составляющих тока статора, второй вход - ко второму выходу этого измерителя, третий вход подключен к первому выходу блока оценки внутреннего угла генератора, четвертый вход - ко второму выходу блока оценки внутреннего угла генератора и седьмому входу второго формирующего блока; первый выход блока преобразования координат связан с четвертым входом блока оценки электродвижущей силы генератора и с пятым входом второго формирующего блока; второй выход блока преобразования координат связан с третьим входом блока оценки электродвижущей силы генератора и шестым входом второго формирующего блока; пятый вход блока оценки внутреннего угла генератора связан с первым выходом измерителя, четвертый вход - со вторым выходом измерителя активной и реактивной составляющих тока статора; шестой вход блока оценки внутреннего угла генератора связан с выходом измерителя напряжения синхронного генератора; первый вход блока оценки внутреннего угла генератора связан с первым выходом блока оценки электродвижущей силы генератора, второй вход - со вторым выходом блока оценки электродвижущей силы генератора, третий вход - с третьим выходом этого блока; первый вход блока вычисления производных внутреннего угла генератора связан с третьим выходом блока оценки внутреннего угла генератора, второй вход блока вычисления производных внутреннего угла генератора связан с выходом измерителя изменения частоты напряжения синхронного генератора; первый вход первого формирующего блока связан с выходом блока константы U_{g_ref}, второй вход - с выходом блока константы T, третий вход этого блока связан с первым выходом блока вычисления производных внутреннего угла генератора, четвертый вход - со вторым выходом блока вычисления производных внутреннего угла генератора, пятый вход первого формирующего блока связан с выходом измерителя напряжения синхронного генератора; второй вход второго формирующего блока связан с выходом блока константы С_u, третий вход - с выходом блока константы С_f, четвертый вход - с выходом блока константы T_j, восьмой вход блока связан с первым выходом первого формирующего блока, девятый вход - со вторым выходом этого блока, первый вход второго формирующего блока связан с выходом блока константы ₀; вход блока вычисления сигнала U_f управления возбудителем связан с выходом второго формирующего блока; выход блока вычисления сигнала U_f управления возбудителем связан с входом блока управляемого возбудителя.

На фиг.1 приведена функциональная схема управления возбуждением синхронного генератора; на фиг.2 - схема блока вычисления токов i_d и i_q; на фиг.3 - схема блока вычисления внутреннего угла генератора ; на фиг.4 - схема вычисления электродвижущей силы генератора с учетом насыщения железа статора; на фиг.5 – схема блока вычисления производных угла ; на фиг.6 - схема блока формирования сигналов S₁ и S₂; на фиг.7 - схема блока формирования сигнала S_a; на фиг.8 - схема формирования сигнала управления возбудителем U_f; на фиг.9 и 10 - диаграммы входной и выходной лингвистических переменных нечеткого контроллера; на фиг.11 - пример вычисления значения выходной переменной U_as при текущем значении входной переменной S_a=-0,7; на фиг.12 - блок-схема алгоритма функционирования при реализации способа с применением вычислительной техники; на фиг.13 - функциональная схема системы возбуждения синхронного генератора; на фиг.14, 15 представлены результаты моделирования работы синхронного гидрогенератора СВ 1343.140-96, включенного на сеть бесконечной мощности через линию передачи, возбудитель которого управляется предлагаемым способом.

Последовательность проводимых операций раскрывает функциональная схема, приведенная на фиг.1, где 1 - блок вычисления токов i_d и i_q, 2 - блок вычисления внутреннего угла , 3 - блок вычисления переменных Е_d, Е_q и , 4 - блок вычисления производных угла , 5 - блок вычисления вспомогательных величин S₁ и S₂, 6 - блок вычисления сигнала S_a, 7 - нечеткий контроллер, 16-20, 22 - блоки констант, их нумерация использована из общей функциональной схемы системы возбуждения, представленной на фиг.13.

Способ реализован в устройстве, схемы блоков которого представлены на фиг.2-8.

На фиг.2 приведена схема блока 1 (фиг.1). На первый вход умножителя 11 подан сигнал I_ga, на второй - sin ; на первый вход умножителя 12 подан сигнал I_gr, на второй - cos . Выходы умножителей 11 и 12 подключены к суммирующим входам сумматора 15, на выходе которого формируется сигнал _d. На первый вход умножителя 13 подан сигнал I_ga, на второй - cos , на первый вход умножителя 14 подан сигнал I_gr, на второй - sin . Выход умножителя 13 подключен к суммирующему входу сумматора 16, выход умножителя 14 - к вычитающему входу сумматора 16, на выходе которого формируется сигнал i_q.

На фиг.3 представлена схема блока 2 (фиг.1) вычисления внутреннего угла генератора . На первый вход умножителя 201 подан сигнал I_gr, на второй вход - сигнал ; на второй вход умножителя 202 подан сигнал I_ga, на первый вход - сигнал . На первый вход умножителя 203 подан сигнал I_gr, второй вход связан с выходом блока 223 константы r_a; второй вход умножителя 204 связан с выходом умножителя 202, первый вход связан с выходом блока 224 константы х_q; на второй вход умножителя 205 поступает сигнал I_ga, первый вход связан с выходом блока 223 константы r_a; первый вход умножителя 206 связан с выходом умножителя 201, второй вход - с выходом блока 225 константы х_d, второй вход умножителя 207 связан с выходом умножителя 202, первый вход - с выходом блока 225 константы x_d; первый вход умножителя 208 связан с выходом блока 224 константы х_q, второй вход связан с выходом умножителя 202; выход умножителя 203 связан с суммирующим входом сумматора 209 и вычитающим входом сумматора 211; выход умножителя 204 связан с вычитающим входом сумматора 209; выход умножителя 205 связан с первым суммирующим входом сумматора 210 и вторым суммирующим входом сумматора 212; выход умножителя 206 связан со вторым суммирующим входом сумматора 210; выход умножителя 207 связан с суммирующим входом сумматора 211; выход умножителя 208 связан с третьим суммирующим входом сумматора 212; на первый суммирующий вход сумматора 212 подан сигнал U_g.

На третий суммирующий вход сумматора 210 подан сигнал U_g; выход сумматора 209 связан с первым входом умножителя 213, на второй вход умножителя 213 подан сигнал Е_q; выход сумматора 210 связан с первым входом умножителя 214, на второй вход умножителя 214 подан сигнал Е_d; выход сумматора 211 связан с первым входом умножителя 215, на второй вход умножителя 215 подан сигнал Е_d; выход сумматора 212 связан с первым входом умножителя 216, на второй вход умножителя 216 подан сигнал Е_q; выход умножителя 213 связан с суммирующим входом сумматора 217, выход умножителя 214 связан с вычитающим входом сумматора 217; выход умножителя 215 связан с суммирующим входом сумматора 218, выход умножителя 216 связан с вычитающим входом сумматора 218; выход сумматора 217 связан со входом "делимое" блока деления 219, выход сумматора 218 связан со входом "делитель" блока деления 219, выход блока 219 связан со входом блока 220; на выходе блока 220 формируется сигнал , выход блока 220 связан со входами блока 221 и блока 222; на выходе блока 221 формируется сигнал sin , на выходе блока 222 формируется сигнал cos .

На фиг.4 представлена схема 3 (фиг. 1) вычисления электродвижущей силы генератора Е_d, Е_q с учетом насыщения железа статора. На первый вход умножителя 301 поступает сигнал i_f второй вход умножителя 301 связан с выходом преобразователя 317; второй вход умножителя 302 связан с выходом блока деления 322, первый вход - с выходом преобразователя 317; на второй вход умножителя 303 поступает сигнал i_d, первый вход связан с выходом преобразователя 317; второй вход умножителя 304 связан с выходом блока деления 329, первый вход - с выходом преобразователя 317; на второй вход умножителя 305 поступает сигнал i_q, первый вход связан с выходом преобразователя 317; первый вход сумматора 306 связан с выходом умножителя 301, второй вход - с выходом умножителя 302; первый вход умножителя 307 связан с выходом сумматора 306, второй вход связан с выходом блока 333 константы х_md; на первый вход умножителя 308 поступает сигнал i_d, второй вход связан с выходом блока 334 константы х_d, первый вход умножителя 309 связан с выходом умножителя 304, второй вход - с выходом блока 335 константы х_mq; на первый вход умножителя 310 поступает сигнал i_q, второй связан с выходом блока 336 константы х_q; на выходе умножителя 307 формируется сигнал Е_q.

Второй вход умножителя 343 связан с выходом умножителя 309, первый вход - с выходом блока 342 константа "-1"; на выходе умножителя 313 формируется сигнал Е_d; суммирующий вход сумматора 311 связан с выходом умножителя 307, вычитающий вход сумматора 311 связан с выходом умножителя 308; суммирующий вход сумматора 312 связан с выходом умножителя 309, вычитающий вход сумматора 312 связан с выходом умножителя 310; оба входа умножителя 313 связаны с выходом сумматора 311; оба входа умножителя 314 связаны с выходом сумматора 312; первый вход сумматора 315 связан с выходом умножителя 313, второй вход - с выходом умножителя 314; вход блока 316 извлечения квадратного корня связан с выходом сумматора 315; вход блока 317 связан с выходом блока 316; суммирующий вход сумматора 318 связан с выходом умножителя 303, вычитающий вход сумматора 318 связан с выходом умножителя 301; второй вход умножителя 319 связан с выходом сумматора 318, первый вход - с выходом блока 333 константы х_md.

Второй вход умножителя 326 связан с выходом умножителя 305, первый вход - с выходом блока 335 константы х_mq; первый вход умножителя 323 связан с выходом блока деления 322, второй вход - с выходом блока 337 константы r_kd; первый вход умножителя 324 связан с выходом умножителя 323, второй вход - с выходом блока 338 константы ₀; вход интегратора 325 связан с выходом умножителя 324; суммирующий вход сумматора 320 связан с выходом умножителя 319, вычитающий вход сумматора 320 - с выходом интегратора 325; вход “делимое” блока деления 321 связан с выходом сумматора 320, вход “делитель” блока деления 321 связан с выходом преобразователя 317; вход “делимое” блока деления 322 связан с выходом блока 321, вход “делитель” блока деления 322 связан с выходом блока 340 константы х_kd; первый вход умножителя 330 связан с выходом блока 329, второй вход - с выходом блока 339 константы r_kq; второй вход умножителя 331 связан с выходом умножителя 330, первый вход - с выходом блока 338 константы ₀; вход интегратора 332 связан с выходом умножителя 331; суммирующий вход сумматора 327 связан с выходом умножителя 326, вычитающий вход сумматора 327 - с выходом интегратора 332; вход “делимое” блока деления 328 связан с выходом сумматора 327, вход “делитель” блока деления 328 связан с выходом преобразователя 317; вход “делимое” блока деления 329 связан с выходом блока 328, вход “делитель” блока деления 329 связан с выходом блока 341 константы х_kq; на выходе блока 317 формируется сигнал .

На фиг.5 представлен блок 4 (фиг.1) вычисления производных угла . На вход блока 42 производной поступает сигнал ; на первый вход умножителя 41 поступает сигнал f, второй вход умножителя 41 связан с выходом блока 45 константы 2 ; первый вход сумматора 43 связан с выходом блока 42, второй вход - с выходом умножителя 41; вход блока 44 производной связан с выходом сумматора 43; на выходе сумматора 43 формируется сигнал '; на выходе блока 44 формируется сигнал ".

На фиг.6 представлена схема блока 5 (фиг.1) формирования сигналов S₁ и S₂. На вход “делимое” блока деления 51 поступает сигнал ', на вход “делитель” - сигнал Т, выход блока 51 соединен с первым входом сумматора 52, на второй вход сумматора 52 подан сигнал "; на выходе сумматора 52 формируется сигнал S₂; на суммирующий вход сумматора 53 подан сигнал U_g, на вычитающий вход сумматора 53 - сигнал U_{g_ref}, на выходе сумматора 53 формируется сигнал S₁.

На фиг.7 представлена схема блока 6 (фиг.1) формирования сигнала S_a. Оба входа умножителя 601 и первый вход умножителя 602 связаны с выходом блока 617 константы х_md, второй вход умножителя 602 и первый вход умножителя 603 связаны с выходом блока 618 константы х_kd, второй вход умножителя 603 связан с выходом блока 619 константы х_f; вычитающие входы сумматоров 604 и 605 связаны с выходом умножителя 601, суммирующий вход сумматора 604 связан с выходом умножителя 602, суммирующий вход сумматора 605 связан с выходом умножителя 603; вход “делимое” блока деления 606 связан с выходом сумматора 604, вход “делитель” блока деления 606 связан с выходом сумматора 605; первые входы умножителей 607 и 612 связаны с выходом блока 606, второй вход умножителя 607 и первый вход умножителя 616 связаны с выходом блока 621 константы ₀; первый вход умножителя 608 связан с выходом умножителя 607, второй вход - с выходом блока 622 константы С_f; на первый вход умножителя 609 поступает сигнал i_q, на второй вход - сигнал S₂; выход умножителя 609 связан со вторым входом умножителя 613, первый вход умножителя 613 связан с выходом умножителя 608, на первый вход умножителя 610 поступает сигнал S₁, на второй вход - сигнал cos ; первый вход умножителя 611 связан с выходом блока 620 константы С_u, второй вход - с выходом умножителя 610; второй вход умножителя 612 связан с выходом умножителя 611; вход “делимое” блока деления 614 связан с выходом умножителя 613, вход “делитель” блока деления 614 связан с выходом блока 623 константы T_j; вычитающий вход сумматора 615 связан с выходом блока 614, суммирующий вход сумматора 615 связан с выходом умножителя 612; второй вход умножителя 616 связан с выходом сумматора 615; на выходе умножителя 616 формируется сигнал S_a.

На фиг.8 представлена схема блока 7 (фиг. 1) формирования сигнала управления возбудителем U_f. Ha первый вход умножителя 71 поступает сигнал S_a, второй вход умножителя 71 связан с выходом блока 76 константы вход нечеткого контроллера 72 связан с выходом умножителя 71; первый вход умножителя 73 связан с выходом нечеткого контроллера 72, второй вход - с выходом блока 77 константы _{f_ref}; вход блока фильтра 74 связан с выходом умножителя 73; первый вход сумматора 75 связан с выходом блока 74, второй вход - с выходом блока 77 константы Е_{f_ref}; на выходе сумматора 75 формируется сигнал управления возбудителем U_f.

Нечеткий контроллер 72 вычисляет значение сигнала U_as. На фиг. 9 и 10 представлены диаграммы его входной и выходной лингвистических переменных. Нечеткие правила, определяющие значение выходной переменной, могут иметь, например, следующий вид:

R1: If S_a=N then U_as=P;

R2: If S_a=Z then U_as=Z;

R3: If S_a=P then U_as=N;

На фиг. 11 приведен пример вычисления значения выходной переменной U_as при текущем значении входной переменной S_a=-0,7.

При реализации способа с применением вычислительной техники блок-схема алгоритма функционирования может быть представлена в виде, приведенном на фиг.12. После занесения начальных значений переменных _kd, _kq и ' циклически исполняется последовательность следующих операций: на этапе 1 (фиг.12) по измеренным текущим значениям линейных напряжений и фазовых токов генератора вычисляются значения переменных I_ga, I_gr, U_g, I_f и f; на этапе 2 вычисляются значения токов i_d и i_q; на этапе 3 вычисляются значения переменных Е_d, Е_q и ; на этапе 4 вычисляется величина внутреннего угла и значения sin и cos ; на этапе 5 вычисляются производные угла ; на этапе 6 вычисляются вспомогательные величины S₁ и S₂; на этапе 7 вычисляется значение S_a; на этапе 8 вычисляется величина выходной переменной регулятора U_f; на этапе 9 производится передача значения U_f в управляемый возбудитель; на этапе 10 проверяется условие окончания циклического режима: при его отсутствии производится возврат к этапу 1, в противном случае процедура останавливается.

Функциональная схема системы возбуждения синхронного генератора, управляемая предложенным способом, представлена на фиг.13. Регулятор возбуждения синхронного генератора 15 содержит блок 1 преобразования координат (блок вычисления токов i_d и i_q), первый вход которого подключен к первому выходу измерителя 10 активной и реактивной составляющих тока статора, второй вход - ко второму выходу измерителя 10, третий вход подключен к первому выходу блока 2 оценки внутреннего угла генератора , четвертый вход - ко второму выходу блока 2 и седьмому входу формирующего блока 6; первый выход блока 1 связан с четвертым входом блока 3 оценки электродвижущей силы генератора (вычисления переменных Е_d, Е_q и ) и с пятым входом формирующего блока 6; второй выход блока 1 связан с третьим входом блока 3 и шестым входом блока 6. Пятый вход блока 2 связан с первым выходом измерителя 10, четвертый вход - со вторым выходом измерителя 10; шестой вход блока 2 связан с выходом датчика 11 напряжения статора; первый вход блока 2 связан с первым выходом блока 3, второй выход - со вторым выходом блока 3, третий вход - с третьим выходом блока 3. Первый вход блока 4 производных угла связан с третьим выходом блока 2, второй вход блока 4 связан с выходом измерителя 12 отклонения частоты напряжения генератора.

Первый вход формирующего блока 5 связан с выходом блока 22 константы U_{g_ref}, второй вход - с выходом блока 17 константы T, третий вход блока 5 связан с первым выходом блока 4, четвертый вход - со вторым выходом блока 4, пятый вход блока 5 связан с выходом датчика 11. Второй вход блока 6 связан с выходом блока 18 константы С_u, третий вход - с выходом блока 19 константы С_f, четвертый вход - с выходом блока 20 константы T_j, восьмой вход блока 6 связан с первым выходом блока 5, девятый вход - со вторым выходом блока 5, первый вход блока 6 связан с выходом блока 16 константы ₀. Вход блока 7 вычисления сигнала U_f управления возбудителем 8 связан с выходом блока 6. Выход блока 7 связан с входом блока 8 управляемого возбудителя. Выход блока 8 связан с ротором синхронного генератора 15 и входом датчика 9 тока ротора. Статор синхронного генератора 15 связан со входом измерительного трансформатора 13 напряжения статора и входом измерительного трансформатора 14 тока статора. Выход измерительного трансформатора 13 связан с первым входом измерителя 12 отклонения частоты напряжения генератора, входом датчика 11 напряжения статора генератора и вторым входом измерителя 10 активной и реактивной составляющих тока статора. Выход блока 21 константы f₀ связан со вторым входом измерителя 12. Выход измерительного трансформатора 14 связан с первым входом измерителя 10.

Преимущества предлагаемого способа управления демонстрируют результаты моделирования работы синхронного гидрогенератора СВ 1343.140-96, включенного на сеть бесконечной мощности через линию передачи. Графики поведения внутреннего угла генератора и напряжения трансформатора U_f при скачкообразном изменении момента первичного двигателя M_{f_ref} от номинального значения (0,85 о.е.) до 0,75 о.е. в момент времени около 20 с, возвращении к номинальному значению в момент времени около 40 с, последующем изменении момента до 0,95 о.е. при t=60 с и возвращении к номинальному значению в момент времени около 80 с при оснащении системы возбуждения нечетким регулятором и автоматическим регулятором возбуждения сильного действия представлены на фиг.14 и 15 соответственно.

Формула изобретения

1. Способ регулирования напряжения синхронного генератора, при котором измеряют текущие значения активной и реактивной составляющих тока синхронного генератора, напряжения синхронного генератора, тока в обмотке возбуждения и отклонения частоты напряжения генератора от заданного значения и подают на обмотку возбуждения напряжение, величину которого определяют в зависимости от измеренных величин, отличающийся тем, что оценивают угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения на шинах генератора в результате решения системы уравнений вида:

где r_f, r_kd, r_kq - активные сопротивления обмотки возбуждения и успокоительных обмоток в продольной и поперечной осях соответственно;

i_f, i_kd, i_kq - токи в обмотке возбуждения и успокоительных обмотках в продольной и поперечной осях ротора соответственно;

₀ - синхронная угловая частота;

x_f, x_kd, x_kq - реактивности обмотки возбуждения и успокоительных обмоток в продольной и поперечной осях соответственно;

x_md, x_mq - взаимные реактивности в продольной и поперечной осях соответственно;

i_d, i_q - продольная и поперечная составляющие тока генератора;

U_f - напряжение на обмотке возбуждения генератора;

I_ga, I_gr, U_g - измеренные текущие значения активной и реактивной составляющих тока синхронного генератора и напряжения синхронного генератора;

- угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения на шинах генератора;

E_d, E_q - продольная и поперечная составляющие ЭДС;

r_a - активное сопротивление обмоток статора;

x_d, x_q - синхронные реактивности генератора в продольной и поперечной осях, вычисляют отклонения

S₁=U_g-U_g-ref,

где U_g-ref - заданное напряжение генератора;

Т - желаемая постоянная времени колебаний ротора;

- угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения в узле системы бесконечной мощности, производные от которого вычисляются из соотношений:

где f - измеренное отклонение частоты напряжения генератора от заданного значения,

от желаемой траектории движения системы в пространстве переменных U_g, , заданной уравнениями

вычисляют чувствительность S_a функционала к изменениям напряжения возбуждения U_f

где С_u и С_f - константы, определяющие стратегию регулирования, выбранные, исходя из требований поддержания напряжения генератора на нужном уровне и подавления колебаний ротора;

T_j - постоянная времени ротора генератора,

а величину напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения, определяют по формуле

U_f=E_{f ref}+U_as,

где E_f-ref - напряжение на обмотке возбуждения генератора, соответствующее номинальному току возбуждения;

U_as=f(S_a) - выходное напряжение нечеткого контроллера.

2. Устройство регулирования возбуждения синхронного генератора, содержащего измеритель напряжения синхронного генератора, измеритель изменения частоты напряжения синхронного генератора, измеритель активной и реактивной составляющих тока синхронного генератора и измеритель тока ротора, отличающееся тем, что в регулятор дополнительно введены блок преобразования координат, блок оценки внутреннего угла генератора, блок оценки электродвижущей силы генератора, блок вычисления производных внутреннего угла генератора, первый формирующий блок для вычисления отклонений S₁ и S₂, второй формирующий блок для вычисления чувствительности S_a, блок вычисления значения сигнала управления возбудителем, причем первый вход блока преобразов