CS258962B1 - Zapojení pro ochranu synchronního stroje před nepřípustným podbuzením - Google Patents

Abstract

Zapojení se týká oboru regulace buzení velkých synchronních strojů používaných v energetice. Řeší technický problém ochrany synchronního stroje před nepřípustným podbuzením. Podstata spočívá vvtom, že mez podbuzení může být vymezena bud lomenou přímkou ve výkonovém diagramu synchronního stroje anebo dovolenou hodnotou zátěžného úhlu synchronního stroje, přičemž funkce zapojení je stabilizována odchylkou budicího proudu synchronního stroje od ustálené hodnoty, odchýlkou výstupního napětí porovnávacího a regulačního členu regulačního obvodu napětí regulátoru buzení od ustálená hodnoty, odchylkou kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje od ustálené hodnoty a odchylkou zátěžného úhlu synchronního stroje od ustálené hodnoty. Zapojení je použitelné v oboru regulace napětí synchronních strojů.

Description

Vynález se týká zapojení pro ochranu synchronního stroje před nepřípustným podbuzením.

Dosud se používají pro ochranu synchronního stroje před nepřípustným podbuzením taková zapojení, která neobsahují žádný jiný stabilizační obvod než obvod s výstupním stabilizačním signálem úměrným odchylce budicího prou du synchronního stroje od ustálené hodnoty. Nevýhodou těchto zapojení je, že oblast stability synchronního stroje vybaveného regulátorem buzení obsahující takové zapojení je menší než oblast stability synchronního stroje vybaveného regulátorem buzení bez takového zapojení.

Uvedené nevýhody odstraňuje zapojení pro ochranu synchronního stroje před nepřípustným podbuzením, jehož podstata spočívá v tom, že třetí vstup porovnávacího a regulačního členu regulačního obvodu napětí regulátoru

258 962 buzení je připojen na výstup porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou, jehož prvý vstup je připojen na výstup prvého členu oddělujícího stejnosměrnou složku signálu, připojeného vstupem na výstup porovnávacího a regulačního členu regulačního obvodu napětí regulátoru buzení. Druhý vstup porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou je připojen na výstup druhého členu oddělujícího stejnosměrnou složku signálu, připojeného vstupem na výstup čidla budicího proudu synchronního stroje. Třetí vstup porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou je připojen buS na výstup regulátoru zátěžného úhlu synchronního stroje připojeného vstupem na výstup čidla absolutní hodnoty zátěžného úhlu synchronního stroje a šestý vstup porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou není nikam připojen anebo třetí vstup porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou je připojen na výstup čidla jalového výkonu nebo proudu synchronního stroje a šestý vstup porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou je připojen na výstup nelineárního členu s volitelnými.parametry. Čtvrtý vstup porovnávacího a regulačního členu je připojen na výstup součtového a stejnosměrnou složku signálu oddělujícího členu připojeného prvým vstupem na výstup čidla kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a druhým vstupem na výstup čidla absolutní hodnoty zátěžného úhlu synchronního stroje. Pátý vstup porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou je připojen na výstup čidla Činného výkonu nebo proudu synchronního stroje, který je rovněž připojen na vstup nelineárního členu s volitelnými parametry.

Výhoda zapojení podle'vynálezu spočívá v tom, že nezmenšuje oblast stability synchronního stroje vybaveného regulátorem buzení obsahujícím zapojení podle vynálezu.

- 5 258 962

Vyplývá to ze zavedení stabilizačních zpětných vazeb od odchylky budicíhé proůůu synchronního stroje od ustálené hodnoty a od odchylky výstupního napětí porovnávacího a regulačního členu regulačního obvodu napětí regulátoru buzení od ustálené hodnoty a od odchylky kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje od ustálené hodnoty a od odchylky zátěžného úhlu synchronního stroje od ustálené hodnoty.

Příklad praktického provedení vynálezu je znázorněn na obr. 1. Funkce zahájení podle vynálezu je vysvětlena podle obr. 1, 2, 3 a 4, přičemž obr. 2 a 3 se vztahují k funkci nelineárního členu s volitelnými parametry.

Zapojení podle vynálezu sestává z porovnávacího a regulačního členu 4 regulačního obvodu napětí regulátorů buzení, jehož výstup 4.1 je připojen na vstup 5.1 akčního členu 5. budicí soustavy, a jehož prvý vstup 4.2 je připojen na výstup 3.1 obvodu £ žádané hodnoty regulačního obvodu napětí regulátoru buzení a jehož druhý vstup 4.3 je připojen na výstup 12.2 čidla 12 statorového napětí syn-:' chronního stroje, a jehož třetí vstup 4,4 je připojen na výstup 2.1 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou, jehož prvý vstup 2.2 je připojen na výstup 10.2 prvého členu 10 oddělujícího stejnosměrnou složku sig nálu připojeného vstupem 10.1 na výstup 4.1 porovnávacího a regulačního členu 4 regulačního obvodu napětí regulátoru buzení, a jehož druhý vstup 2.3 je připojen na výstup 11.2 druhého členu 11 oddělujícího stejnosměrnou složku signálu připojeného vstupem 11.1 na výstup 6.2 čidla (5 budicího proudu synchronního stroje, a jehož třetí vstup 2.4 je připojen v případě meze podbuzení určené lomenou přímkou ve výkonovém diagramu Synchronního stroje na výstup 13.3 čidla 13 jalového výkonu nebo proudu syn-s/

258 962 chronního stroje, nebo v případě meze podbuzení dané určitou velikodtí zátěžného úhlu synchronního stroje na výstup 17.2 regulátoru 17 zátěžného úhlu synchronního stroje, připojeného vstuí pem 17»1 výstup 15.3 čidla 15 absolutní hodnoty zátěžného úhlu synchronního stroje, a jehož Čtvrtý vstup 2.»5 je připojen na výstup 18.3 součtového a stejnosměrnou složku signálu oddělujícího členu 18 , připojeného prvým vstupem 18.1 na výstup .14>3. čidla 14 kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a druhým vstupem 18.2 na výstup 15.3 čidla absolutní hodnoty zátěžného úhlu synchronního stroje, a jehož pátý vstup 2.6 je připojen na výstup 16.3 čidla 16 činného výkonu nebo proudu synchronního stroje, a jehož šestý vstup 2.7 v případě meze podbuzení dané určitou velikostí zátěžného úhlu synchronního stroje není nikam připojen a v případě meae podbuzení určené lomenou přímkou ve výkonovém diagramu synchronního stroje je připojen na výstup 1.1 nelineárního členu 1 s volitelnými parametry, jehož vstup 1.2je připojen na výstup 16.3 čidla 16 činného výkonu nebo proudu synchronního stroje, jehož prvý vstup 16.1 je spojen se vstupem 12.1 čidla 12 statorového napětí synchronního stroje a s prvým vstupem 13.1 Čidla 13 jalového výkonu nebo proudu synchronního stroje a s prvým vstupem 14.1 čidla 14 kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a s prvým vstupem 15.1 čidla 15 absolutní hodnoty zátěžného úhlu synchronního stroje a přes převodník 8 napětí sc statorovým vinutím synchronního stroje 2, a jehož druhý vstup 16.2 .ie spojen s druhým vstupem 13.2 čidla 13 .jalového výkonu nebo proudu synchronního stroje a s druhým vstupem 14.2 čidla kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního strpje a s druhým vstupem 15.2 čidla absolutní hodno ty zátěžného úhlu synchronního stroje a přes převodník £ proudu se statorovým vinutím synchronního stroje 2, přičemž rotorové vinutí synchronního stroje 2 j® připojeno na prvý výstup 5.2 akčního členu 5 budicí soustavy, jehož druhý výstup 5.3 je připojen na vstup 6.1 čidla 6 budicího proudu synchronního stroje. Porovnávací a regulační člen 2 s měnitelnou strukturou se skládá z členu absolutní hodnoty, operačních zesilovačů 204 a

S2é , MOS spínače 208 , diod 205 a 206. kondenzátorů 203 a odporů 20V 2Q2, 202, 209. 210. 211, 212, 214 a 215. Výstup 2j2

258 962 je připojen jednak přes odpor 207 na střed napájecího napětí jednak na katodu diody 205. jejíž anoda je připojena na výstup operačního zesilovače 204 a na katodu diody 206. a jednak přes v sérii zapojený kondenzátor 203 a odpor 202 na invertující vstup operačního zesilovače 2,04 , jehož neinvertující vstup je spojen se středem napájecího napětí. Invertující vstup operačního zesilovače ff04 je připojen dále na anodu diody 206. přes odpor 201 na šestý vstup 2.7 , přes odpor 209 na prvý vstup 2.2. přes odpor 210 na třetí vstup 2.4 a přes MOS spínač 208 na společný bod odporů 211 a 212. přičemž druhý SojSec^Éll je připojen na druhý vstup 2,3 a pflp^u^lff^na čtvrtý vstup 2.5. Řídící elektroda MOS spínače je připojena na výstup operačního zesilovače 216. přičemž neinvertující vstup operačního zesilovače 216 je spojen se středem napájecího napětí a invertující vstup operačního zesilovače 216 .ie připojen jednak přes odpor 215 na záporné napětí 217- a jednak přes odpor 214 na výstup 213.1 členu 213 absolutní hodnoty, jehož vstup 213.2 je připojen na pátý vstup 2.6 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou .

Nelineární člen 3. s volitelnými parametry se skládá z invertoru 1£2, č lénu 106 absolutní hodnoty, operačních zesilovačů 110 a 117. z diod 108 a 109. potenciometrů 102.111 a 114 , z odporů 122, 104. 107.112.115 a 116. Vstup 1.2 je připojen na vstup 106.1 členu 106 absolutní hodnoty, jehož výstup 1Q6.2 je připojen na vstup 105.1 invertoru 105. jehož výstup 105.2 je připojen přes odpor 104 na invertující vstup operačního zesilovače 110. který je připojen jednak přes odpor 103 na jezdce¹potenciometru 102, jehož jeden konec je spojen se středem napájecího napětí, a jehož druhý konec je připojen na kladné napětí 101 , jednak na anodu diody 108 připojené katodou na výstup operačního zesilovače 110. a jednak přes odpor 107 na katodu diody 109. jejíž anoda je připojena na výstup operačního zesilovače 110. Neinvertující vstup operačního zesilovače IIP je spojen se středem napájecího napětí. Společný bod odporu 107 a katody^109 je spojen s jedním diody

Γ

258 962 koncem potenciometru 111. jehož druhý konec je spojen se středem napájecího napětí, a jehož jezdec je připojen přes odpor 112 na invertující vstup operačního zesilovače 117« který je připojen jednak přes odpor 115 na jezdce potenciometru 114;. jehož jeden konec je spojen se středem napájecího napětí a druhý konec se záporným napětím 113. a jednak přes odpor 11^. na výstup operačního zesilovače 117. který je spojen s výstupem 1.1 nelineárního členu 1 s volitelnými parametry. Neinvertující vstup operačního zesilovače 117 je spojen se středem napájecího napětí .

podle vynálezu pracuje následujícím způsobem. Jestliže je pracovní bod synchronního stroje mimo nedovolenou oblast podbuzení , pak na výstupu 2.1 porovnávacího a regulačního členu 2 je nulové napětí. V případě, že pracovní bod synchronního stroje je za. dovolenou mezí podbuzení, pak se na výstupu 2,1 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou stru, turou objeví kladné napětí, které zavedeno na třetí vstup porovnávacího a regulačního členu regulačního obvodu napětí regulátoru buzení' synchronní stroj přibuzuje. JeáELiže je mez podbuzení dána lomenou přímkou ve výkonovém diagramu stroje, pak se při funkci ZG pojem! podle vynálezu uplatňuje nelineární člen 1 s volitelnými parametry. Jeho funkce je vysvětlena pomocí obr. 2,3 a 4. Na obr. 2 a 3 jsou znázorněny závislosti napětí U 111 a U 1.1 na napětí U 1.2 · U 1.2 je napětí na vstupu 1.2 nelineárního členu 1 s volitelnými parametry, U 111 je napětí na. jezdci potenciometru 111 a U.l.l napěti na výstupu 1.1 nelineárního Členu 1 s volitelnými parametry. Konstanta je stavitelná potenciometrem 102 , úhel je stavitelný potenciometrem 111 a konstanta K₂ je stavitelná potenciometrem 114.

Výstupní napětí U 1.1 nelineárního členu s volitelnými parametry je přivedeno na šestý vstup 2.7 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou, na jehož třetí vstup 2,4 se přivádí napětí úměrné jalovému výkonu nebo proudu synchronního stroje. Toto napětí je záporné při jalovém výkonu nebo proudu kapacitního charalteru. Jestliže součet těch258 962 to napětí je v ustáleném stavu synchronního stroje kladný, pak na výstupu 2.1 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou je nulové napětí. Jestliže součet těchto dvou napětí je při ustáleném stavu synchronního stroje záporný, pak na výstupu 2.1 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou je napětí kladné. Z toho je zřejmé, že prvý případ odpovídá poloze pracovního bodu synchronního stroje napravo od lomené přímky ve výkonovém diagramu synchronního stroje znázorněného na obr. 4, kde činný výkon je označen symbolem P a jalový výkon symbolem Q. Druhý případ nastane, jestliže je pracovní bod synchronního stroje nalevo od lomené přímky, tzn. v oblasti nedovoleného podbuzení.

Signály přiváděné na prvý vstup 2.2, na druhý vstup 2.3 a na čtvrtý vstup 2.j? porovnávacího a regulačního'členu 2 s měnitelnou strukturou stabilizují funkci zařízení podle vynálezu. Zapojení porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou je takové, že prvý z těchto signálů, úměrný odchylce výstupního napětí porovnávacího a regulačního členu regulačního obvodu napětí regulátoru buzení od ustálené hodnoty, je ve funkci trvale. Další dva se uplatní pouze při velikosti činného výkonu větší než určitá hodnota. Jedná se o signál úměrný odchylce budicího proudu od ustálené hodnoty a signál, který je funkcí odchylky kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a odchylky zátěžného úhlu synchronního stroje od ustálené hodnoty. Zrušení funkce těchto signálů při velikosti činného výkonu menší než určitá hodnota se provádí MOS spínačem 208,protože je nutné, aby činnost zařízení podle vynálezu nezhoršovala funkci regulátoru buzení při výpadku synchronního stroje ze sítě a při chodu naprázdno. Jestliže je mez podbuzení synchronního stroje dána určitou velikostí zátěžného úhlu stroje , pak se na třetí vstup 2.4 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou přivádí místo signálu úměrného jalovému výkonu nebo proudu synchronního stroje, signál z výstupu 17.2 regulátoru 17 zátěžného úhlu synchronního stroje a šestý vstup 2.7 porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou není nikam připojen. V případě, že velikost zátěžného úhlu synchronního stroje je větší než dovolená hodnota, je napětí na výstupu 17.2 regulátoru 17 zátěž8

258 962 ného úhlu synchronního stroje záporné a má za následek kladné napětí na výstupu 2,.l porovnávacího a regulačního členu 2 s měnitelnou strukturou, které synchronní stroj přibuzuje. Jestliže je velikost zátežného úhlu synchronního stroje menší než dovolená hodnota je napětí na výstupu 17.2 kladné a napětí na výstupu 2.1 nulové.

Stabilizační signály fungují při mezi podbuzení dané zátěžným úhlem synchronního stroje obdobně jako při mezi podbuzení dané lomenou přímkou ve výkonovém diagramu synchronního stroje.

Zapvjčne podle vynálezu lze využít u budicích soustav velkých synchronních strojů pracujících na parních i vodních elektrárnách v generátoricisém i motorickém provozu .

Claims (1)

1. Zapojení pro ochranu synchronního stroje před nepřípustným podbuzením sestávající z nelineárního členu s volitelnými parametry, porovnávacího a regulačního členu s měnitelnou strukturou, ze dvou členů oddělujících stejnosměrnou složku signálu, ze součtového a stejnosměrnou složku signálu oddělujícího členu, regulátoru zátěžného úhlu synchronního stroje, čidla absolutní hodnoty zátěžného úhlu synchronního, stroje, jehož prvý vstup je spojen se vstupem čidla statorového napětí synchronního stroje a s prvým vstupem čidla jalového výkonu nebo proudu synchronního stroje a s prvým vstupem čidla kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a s prvým vstupem čidla jalového výkonu nebo proudu synchronního stroje a s prvým vstupem čidla kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a s prvým vstupem čidla činného výkonu nebo proudu synchronního stroje a přes převodník napětí se statorovým vinutím synchronního stroje, a jehož druhý vstup je spojen s druhým vstupem čidla jalového výkonu nebo proudu synchronního stroje a s druhým vstupem čidla kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a s druhým vstupem čidla činného výkonu nebo proudu a přes převodník proudu se statorovým vinutím synchronního stroje, přičemž rotorové vinutí synchronního stroje je připojeno na prvý výstup akčního členu budicí soustavy, jehož druhý výstup je připojen na vstup čidla budicího proudu synchronního stroje, přičemž vstup akčního členu budicí soustavy je připojen na výstup porovnávacího a regulačního členu regulačního obvodu napětí regulátoru buzení, jehož prvý vstup je připojen na výstup obvodu žádané hodnoty regulačního obvodu napětí regulátoru buzení a jehož druhý vstup je připojen na výstup čidla statorového napětí synchronního stroje, vyznačený tím, že třetí vstup (4.4) porovnávacího a regulačního členu (4) regulačního obvodu napětí regulátoru buzení je připojen na výstup (2.1) porovnávacího a regulačního členu (2) s měnitelnou strukturou jehož prvý vstup (2.2) je připojen na výstup (10.2) prvého čle- 10 258 962 nu (10) oddělujícího stejnosměrnou složku signálu, připojeného vstupém (10.1) na výstup (4.1) porovnávacího a regulačního členu (4) regulačního obvodu napětí regulátoru buzení, druhý vstup (2.3) porovnávacího a regulačního členu (2) s měnitelnou strukturou je připojen na výstup (11.2) druhého členu (11) oddělujícího stejnosměrnou složku signálu, připojeného vstupem (11.1) na výstup (6.2) čidla (6) budicího proudu synchronního stroje, přičemž třetí vstup (2.4) porovnávacího a regulačního členu (2) s měnitelnou strukturou je připojen bučí. na výstup (17.2) regulátoru (17) zátěžného úhlu synchronního stroje připojeného vstupem (17.1) na výstup (15.3) čidla (15) absolutní. hodnoty zátěžného úhlu synchronního stroje a šestý vstup (2.7) porovnávacího a regulačního členu (2) s měnitelnou strukturou j<2 rozpojen anebo třetí vstup (2.4) porovnávacího a regulačního členu (2) s měnitelnou strukturou je připojen na výstup (13.3) čidla (13) jalového výkonu nebo proudu synchronního stroje a šestý vstup (2.7) porovnávacího a regulačního členu (2) s měnitelnou strukturou je připojen na výstup (1.1) nelineárního členu (1) s volitelnými parametry, přičemž čtvrtý vstup (2.5) porovnávacího a regulačního členu (2) je připojen na výstup (18.3) součtového a stejnosměrnou složku signálu oddělujícího členu (18) připojeného prvým vstupem (18.1) na výstup (14.3) čidla (14) kmitočtu vnitřního elektromotorického napětí synchronního stroje a druhým vstupem (18.2) na výstup (15.3) čidla (15) absolutní hodnoty zátěžného úhlu synchronního stroje, přičemž pátý vstup (2.6) porovnávacího a regulačního členu (2) s měnitelnou strukturou je připojen na výstup (16.3) čidla (16) činného výkonu nebo proudu synchronního stroje, který je rovněž připojen na vstup (1.2) nelineárního členu (1) s volitelnými parametry·