RU2658741C1 - Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system - Google Patents

Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system Download PDF

Info

Publication number
RU2658741C1
RU2658741C1 RU2017118298A RU2017118298A RU2658741C1 RU 2658741 C1 RU2658741 C1 RU 2658741C1 RU 2017118298 A RU2017118298 A RU 2017118298A RU 2017118298 A RU2017118298 A RU 2017118298A RU 2658741 C1 RU2658741 C1 RU 2658741C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
excitation current
value
current
voltage
deviation
Prior art date
Application number
RU2017118298A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Михайлович Ефремов
Денис Валерьевич Ковалев
Алексей Геннадьевич Захаров
Владимир Геннадьевич Куликов
Андрей Леонидович Жеребцов
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (АО "НИПОМ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (АО "НИПОМ") filed Critical Акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (АО "НИПОМ")
Priority to RU2017118298A priority Critical patent/RU2658741C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2658741C1 publication Critical patent/RU2658741C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
    • H02P25/024—Synchronous motors controlled by supply frequency
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/08—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering and can be used in automatic control systems for the excitation of synchronous motors. In the method for controlling the excitation current of the synchronous motor in the post-accident processes of the power system, the value cosϕ of the motor and the current value of its load angle are measured, cosϕ is maintained at the level of 1.0 by changing the setting value of the current control loop setting to the corresponding side by the deviation of the stator circuit voltage, carried out according to the proportional differential law, minimum and maximum values of the operating range of the motor load angle are specified, when an angle value is output from a predetermined range, the excitation current is stopped by a voltage deviation and the excitation current is controlled by the deviation of the load angle from a predetermined nominal value until the deviation value changes the sign, after which they again start to act on the excitation current by the voltage deviation of the stator circuit. In the post-accident processes of the power system, the current control is carried out by an auxiliary regulator of a gradual descent, built according to a subordinate control scheme with a voltage regulator, with a given speed and step, reducing the excitation current and controlling the maximum and minimum excitation current, cosϕ and load angles of the machine Θ, in the aggregate excluding over-regulation of the excitation current and, as a consequence, the occurrence of an asynchronous stroke.
EFFECT: occurrence of an asynchronous move is eliminated.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования возбуждения синхронных электродвигателей.The invention relates to electrical engineering and can be used in systems for automatically controlling the excitation of synchronous motors.

В качестве прототипа выбран способ управлением током возбуждения синхронного электродвигателя [Патент РФ №2239936], при котором измеряют величину cosϕ двигателя и текущее значение его угла нагрузки, поддерживают значение cosϕ на уровне 1,0 путем изменения в соответствующую сторону значения уставки контура регулирования тока возбуждения по отклонению напряжения статорной цепи, осуществляемого по пропорционально-дифференциальному закону, при этом с целью повышения устойчивости и снижения энергетических потерь, задают минимальное и максимальное значения рабочего диапазона угла нагрузки двигателя, при выходе величины угла из заданного диапазона прекращают воздействие на ток возбуждения по отклонению напряжения и ведут управление током возбуждения по величине отклонения угла нагрузки от заданного номинального значения, пока величина отклонения не изменит знак, после чего вновь начинают воздействовать на ток возбуждения по отклонению напряжения статорной цепи. Задают также номинальное и верхнее допустимое значения температуры обмотки ротора, измеряют величины напряжения и тока возбуждения, вычисляют величину производной от тока возбуждения, используя полученные значения и известные величины индуктивности обмотки ротора и температурного коэффициента сопротивления токопроводящего материала обмотки, рассчитывают текущую температуру обмотки. При достижении температурой верхнего допустимого значения ограничивают выходные сигналы контуров автоматического регулирования тока возбуждения уровнем, соответствующим величине тока возбуждения в пределах 0,95-1,0 его номинального значения, пока температура не снизится до номинальной рабочей величины.As a prototype, a method for controlling the excitation current of a synchronous electric motor [RF Patent No. 2239936] was selected, in which the value of cosϕ of the motor and the current value of its load angle are measured, the cosϕ value is maintained at 1.0 by changing the setting value of the excitation current control loop according to the deviation of the voltage of the stator circuit, carried out according to the proportional-differential law, while in order to increase stability and reduce energy losses, set the minimum and maximum when the angle value is outside the specified range, the excitation current is stopped by the voltage deviation and the excitation current is controlled by the deviation of the load angle from the specified nominal value until the deviation changes sign, and then they again begin to act on the excitation current according to the voltage deviation of the stator circuit. The nominal and upper permissible values of the temperature of the rotor winding are also set, the voltage and excitation current are measured, the derivative of the excitation current is calculated using the obtained values and the known values of the inductance of the rotor winding and the temperature coefficient of resistance of the conductive material of the winding, and the current temperature of the winding is calculated. When the temperature reaches the upper permissible value, the output signals of the circuits of automatic control of the excitation current are limited to a level corresponding to the value of the excitation current in the range of 0.95-1.0 of its nominal value, until the temperature drops to the nominal operating value.

В послеаварийных процессах в энергосистеме двигатель находится в зоне неустойчивой работы (угол нагрузки двигателя выходит за Θmax), и возврат в зону устойчивой работы обеспечивается воздействием на ток возбуждения контуром управления по углу нагрузки машины, данное превышения угла нагрузки Θmax обычно имеет кратковременный характер, но при загруженной машине может привести к срыву синхронизации двигателя.In post-emergency processes in the power system, the engine is in the zone of unstable operation (the engine load angle exceeds Θ max ), and the return to the stable operation zone is ensured by the action of the control circuit along the machine load angle on the excitation current, this excess of the load angle Θ max is usually of a short-term nature, but when the machine is loaded it can lead to a breakdown in engine synchronization.

В предлагаемом способе управления током возбуждения синхронного двигателя устранены указанные выше недостатки.In the proposed method for controlling the excitation current of a synchronous motor, the above disadvantages are eliminated.

Задача изобретения - повышение устойчивости синхронной работы двигателя при обеспечении минимальных потерь в статоре, предотвращение работы двигателя в зоне неустойчивой синхронизации в послеаварийных процессах энергосистемы и недопущении перегрева ротора.The objective of the invention is to increase the stability of synchronous operation of the engine while ensuring minimal losses in the stator, preventing engine operation in the zone of unstable synchronization in post-accident processes of the power system and preventing overheating of the rotor.

Указанная задача решается следующим образом.The specified problem is solved as follows.

При выходе из режима форсирования возбуждения двигателя при восстановлении параметров энергосистемы воздействие на ток возбуждения производят контуром плавного снижения тока, с заданным шагом и скоростью, которые определяются задатчиком плавного снижения тока, уменьшает ток возбуждения со значения тока форсировки возбуждения до момента, пока cosϕ двигателя не войдет в заданный диапазон (cosϕзад±Δ), а значение тока возбуждения в заданный диапазон Ifmax-Ifmin, при этом воздействие на ток возбуждения происходит изменением уставки напряжения статорной цепи на входе регулятора напряжения, реализуя подчиненный принцип регулирования. После входа параметров cosϕ и тока возбуждения в границы вышеуказанных диапазонов и нахождения значения угла нагрузки Θ в заданном диапазоне Θmin-Θmax воздействие на ток возбуждения производят контуром по напряжению по отклонению напряжения статорной цепи, при этом уставкой регулятора напряжения статора управляет третий, вспомогательный регулятор, который, удерживая величину cosϕ двигателя вблизи единицы, обеспечивает минимизацию потерь в статорной цепи. Таким образом, в каждый данный момент управление возбуждением осуществляется одним из двух конкурирующих контуров: контуром управления по напряжению статора или контуром управления по углу нагрузки машины, в зависимости от величины этого угла.When exiting the mode of excitation of the motor excitation when restoring the parameters of the power system, the excitation current is influenced by a smooth current reduction circuit, with a given step and speed, which are determined by the smooth current reduction master, reduces the excitation current from the value of the excitation forced current until the motor cosφ enters to the specified range (cosϕ reference ± Δ), and the value of the excitation current to the specified range If max -If min , while the impact on the excitation current occurs by changing the voltage setting stator circuit at the input of the voltage regulator, implementing a subordinate regulation principle. After entering the parameters cosϕ and the excitation current to the boundaries of the above ranges and finding the value of the load angle Θ in the specified range Θ min- Θ max, the excitation current is produced by the voltage circuit by the voltage deviation of the stator circuit, while the third, auxiliary regulator controls the stator voltage regulator which, by keeping the cos ϕ value of the motor near unity, minimizes losses in the stator circuit. Thus, at any given moment, the excitation control is carried out by one of two competing circuits: the control circuit by the stator voltage or the control circuit by the machine load angle, depending on the magnitude of this angle.

Контур управления по напряжению статора содержит четвертый, вспомогательный регулятор плавного снижения тока возбуждения, который формирует уставку напряжения для регулятора напряжения только в послеаварийных процессах энергосистемы. Подчиненное построение данного регулятора с регулятором напряжения обеспечивает безударные переходы управления между третьим и четвертым вспомогательными регуляторами. Регулятор напряжения статора реализует ПД-закон регулирования, чем достигается эффективное демпфирование колебаний ротора при резких изменениях напряжения статора. Верхняя граница заданного диапазона угла нагрузки машины Θmax ограничивает минимальную допустимую по условиям устойчивости величину возбуждения двигателя, а передача управления регулятору угла нагрузки при достижении последним минимальной величины Θmin разрешенного диапазона предотвращает работу двигателя в неэкономичном режиме перевозбуждения при пониженной величине нагрузки на валу двигателя. Ограничение максимально допустимой величины тока ротора может осуществляться путем вычисления температуры его обмотки по измеряемым величинам напряжения на обмотке и производной от тока ротора. При достижении температурой ротора Т верхнего допустимого значения Тmax сигналы каналов автоматического регулирования тока возбуждения ограничиваются уровнем, несколько меньшим номинального тока возбуждения рабочего режима двигателя. После охлаждения ротора до заданной номинальной величины температуры Тном ограничение снимается.The stator voltage control loop contains a fourth auxiliary regulator for smoothly reducing the excitation current, which forms the voltage setting for the voltage regulator only in post-emergency processes of the power system. The slave construction of this regulator with a voltage regulator provides shock-free control transitions between the third and fourth auxiliary regulators. The stator voltage regulator implements the PD-law of regulation, thereby achieving effective damping of rotor vibrations during sudden changes in stator voltage. The upper limit of the specified range of the machine’s load angle Θ max limits the minimum excitation level allowed by the stability conditions, and the transfer of control to the load angle controller when the latter reaches the minimum величины min allowed range prevents the engine from operating in an uneconomical overexcitation mode with a reduced load on the motor shaft. The maximum permissible value of the rotor current can be limited by calculating the temperature of its winding from the measured voltage values on the winding and the derivative of the rotor current. When the rotor temperature T reaches the upper permissible value T max, the signals of the channels for automatically controlling the excitation current are limited to a level slightly lower than the rated excitation current of the engine operating mode. After cooling the rotor to a predetermined nominal temperature T nom, the restriction is removed.

Заявляемое изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ управления током возбуждения синхронного двигателя в послеаварийных процессах энергосистемы.The drawing shows a functional diagram of a device that implements the proposed method for controlling the excitation current of a synchronous motor in post-accident processes of the power system.

Устройство содержит регулятор 1 напряжения статорной цепи двигателя 21, регулятор 2 угла нагрузки двигателя 21, задатчик 3 угла нагрузки, первый вычитающий элемент 4, второй вычитающий элемент 5, первый переключающий элемент 6, трехпозиционный элемент сравнения 7, регулятор 8 cosϕ двигателя 21, второй переключающий элемент 9, ограничивающий элемент 10, тиристорный возбудитель 11, двухпозиционный элемент сравнения 12, преобразователь 13 cosϕ двигателя, преобразователь 14 угла нагрузки двигателя 21, датчик 15 напряжения статорной цепи двигателя 21, датчик 16 тока возбуждения, датчик 17 напряжения роторной цепи двигателя 21, блок 18 вычисления температуры обмотки ротора, датчик 19 положения ротора, датчик 20 тока статорной цепи двигателя 21. При этом вход регулятора напряжения 1 подключен к выходу первого вычитающего элемента 4, вычитаемый вход которого подключен к выходу датчика 15 напряжения статорной цепи двигателя 21, а вычитающий вход - к выходу регулятора 8 cosϕ двигателя, выход регулятора 1 напряжения подключен к первому переключаемому входу первого переключающего элемента 6, ко второму переключаемому входу которого подключен выход регулятора 2 угла нагрузки двигателя, вход которого подключен к выходу второго вычитающего элемента 5, вычитаемый вход которого подключен к выходу преобразователя 14 угла нагрузки двигателя 21, а вычитающий - к задатчику 3 угла нагрузки, первый переключающий элемент 6 подключен своим управляющим входом к выходу трехпозиционного элемента сравнения 7, а своим выходом - к входу второго переключающего элемента 9, подключенного своим первым переключаемым выходом к нелинейному ограничивающему элементу 10, управляющим входом - к двухпозиционному элементу сравнения 12, а своим вторым переключаемым выходом, объединенным с выходом элемента 10, - к входу тиристорного возбудителя 11, выход которого подключен к обмотке возбуждения синхронного электродвигателя 21, выходы датчиков 16 и 17 тока возбуждения и напряжения роторной цепи двигателя подключены к информационным входам блока 18 вычисления температуры обмотки ротора, подключенного своим выходом к входу двухпозиционного элемента сравнения 12, первый вход преобразователя 13 cosϕ двигателя 21 и первый вход преобразователя 14 угла нагрузки подключены к выходу датчика 15 напряжения статорной цепи двигателя 21, а вторые входы преобразователей 13 и 14 соответственно - к выходу датчика 20 тока статорной цепи и к выходу датчика 19 положения ротора электродвигателя 21. Устройство дополнительно содержит регулятор 23 плавного снижения тока возбуждения двигателя 21, задатчик 22 плавного снижения тока возбуждения, третий вычитающий элемент 24, третий переключающий элемент 25, двухпозиционный элемент сравнения 26. При этом вход регулятора 23 плавного снижения тока возбуждения подключен к выходу третьего вычитающего элемента 24, вычитаемый вход которого подключен к выходу преобразователя 13 cosϕ двигателя 21, а вычитающий вход - к выходу задатчика 22 плавного снижения тока возбуждения двигателя 21, выход регулятора 23 плавного снижения тока возбуждения подключен ко второму переключаемому входу третьего переключающего элемента 25, к первому переключаемому входу которого подключен выход первого вычитающего элемента 4, третий переключающий элемент 25 подключен своим управляющим входом к выходу двухпозиционного элемента сравнения 26, выход третьего переключающего элемента 25 подключен ко входу регулятора 1 напряжения статорной цепи двигателя 21, выходы датчиков 15 и 16 напряжения статорной цепи двигателя и тока возбуждения роторной цепи двигателя и выход преобразователя 13 cosϕ двигателя 21 подключены к информационным входам блока 27 вычисления снижения тока возбуждения, выход которого подключен к управляющему входу двухпозиционного элемента сравнения 26.The device comprises a voltage regulator 1 of the stator circuit of the motor 21, a regulator 2 of the load angle of the engine 21, a load angle adjuster 3, a first subtracting element 4, a second subtracting element 5, a first switching element 6, a three-position comparison element 7, a regulator 8 cosϕ of the engine 21, the second switching element 9, limiting element 10, thyristor exciter 11, on-off comparison element 12, converter 13 cosφ of the engine, converter 14 of the angle of load of the motor 21, voltage sensor 15 of the stator circuit of the motor 21, sensor 16 excitation eye, the rotor circuit voltage sensor 17 of the motor 21, the rotor winding temperature calculation unit 18, the rotor position sensor 19, the stator current sensor 20 of the motor 21. The input of the voltage regulator 1 is connected to the output of the first subtracting element 4, the subtracted input of which is connected to the output of the voltage sensor 15 of the stator circuit of the motor 21, and the subtracting input to the output of the motor controller 8 cosϕ, the output of the voltage controller 1 is connected to the first switchable input of the first switching element 6, to the second switch the input of which the output of the motor load angle controller 2 is connected, the input of which is connected to the output of the second subtracting element 5, the subtractable input of which is connected to the output of the motor load angle converter 14 and the subtracting input is connected to the load angle adjuster 3, the first switching element 6 is connected by its control the input to the output of the three-position comparison element 7, and its output to the input of the second switching element 9, connected with its first switched output to the nonlinear limiting element 10, controls the input to the on-off comparison element 12, and its second switchable output, combined with the output of the element 10, to the input of the thyristor exciter 11, the output of which is connected to the excitation winding of the synchronous electric motor 21, the outputs of the sensors 16 and 17 of the excitation current and voltage of the rotor motor circuit connected to the information inputs of the rotor winding temperature calculation unit 18, connected by its output to the input of the on-off comparison element 12, the first input of the converter 13 cosϕ of the motor 21 and the first input the load angle browser 14 is connected to the output of the stator circuit voltage sensor 15 of the motor 21, and the second inputs of the converters 13 and 14, respectively, to the output of the stator circuit current sensor 20 and to the output of the rotor position sensor 19 of the electric motor 21. The device further comprises a regulator 23 for smooth reduction of the excitation current the motor 21, the adjuster 22 of a smooth decrease in the excitation current, the third subtracting element 24, the third switching element 25, a two-position comparison element 26. Moreover, the input of the regulator 23 of a smooth decrease in the excitation current the circuit is connected to the output of the third subtracting element 24, the subtracted input of which is connected to the output of the converter 13 cosϕ of the motor 21, and the subtracting input is connected to the output of the adjuster 22 for the smooth reduction of the excitation current of the motor 21, the output of the regulator 23 for the smooth reduction of the excitation current is connected to the second switching input of the third switching element 25, to the first switching input of which the output of the first subtracting element 4 is connected, the third switching element 25 is connected by its control input to the output of the on-off comparison element 26, the output of the third switching element 25 is connected to the input of the voltage regulator 1 of the stator circuit of the motor 21, the outputs of the sensors 15 and 16 of the voltage of the stator circuit of the motor and the excitation current of the rotor circuit of the motor and the output of the converter 13 cosϕ of the motor 21 are connected to the information inputs of the reduction calculation unit 27 the excitation current, the output of which is connected to the control input of the on-off comparison element 26.

Управление режимом работы синхронного двигателя 21 осуществляется посредством изменения тока в обмотке возбуждения, которая подключена к выходу тиристорного возбудителя 11. Управление величиной тока возбуждения путем изменения управляющего сигнала на входе тиристорного возбудителя 11 осуществляет один из двух контуров регулирования в зависимости от положения переключающего элемента 6, подключенного своим выходом через второй переключающий элемент 9 к входу тиристорного возбудителя 11. В положении <1> переключателя 6 к входу тиристорного возбудителя 11 подключается выход регулятора 1 контура управления током возбуждения по отклонению напряжения статора. В положении <1> переключателя 25 к входу регулятора 1 подключается выход вычитающего элемента 4, в положении <2> переключателя 25 к входу регулятора 1 подключается выход регулятора 23 плавного снижения тока возбуждения, на вход которого поступает сигнал с вычитающего элемента 24, на вычитаемый вход которого поступает сигнал cosϕ с выхода преобразователя 13, а на вычитающий - сигнал задания скорости и шага снижения, вырабатываемый задатчиком 22 плавного снижения тока возбуждения, при этом задание скорости и шага снижения тока возбуждения осуществляется изменением уставки cosϕ для регулятора 23 плавного снижения тока возбуждения. Сигнал отклонения напряжения статора на входе регулятора <1> переключателя 25 формируется вычитающим элементом 4, на вычитаемый вход которого поступает сигнал с датчика 15 напряжения статора, а на вычитающий вход - сигнал уставки по напряжению, вырабатываемый регулятором 8 косинуса угла двигателя. Текущее значение cosϕ на вход регулятора 8 поступает с выхода преобразователя 13, который формирует его по сигналам, поступающим на его входы с системы датчиков 15 напряжения и 20 тока статорной цепи двигателя. Регулятор 8 путем изменения уставки регулятора 1 по отклонению напряжения осуществляет стабилизацию cosϕ двигателя на уровне единицы по пропорционально-интегральному закону, отрабатывая любые возмущения в режимах работы двигателя 21, приводящие к изменению потребляемой им реактивной мощности, и обеспечивает таким образом минимизацию потерь в статорной цепи двигателя. Регулятор 1 тока возбуждения по отклонению напряжения статорной цепи отрабатывает как изменение самой уставки по напряжению, получаемой им от регулятора 8 через вычитающий элемент 4, так и любые отклонения напряжения на шинах статора от величины уставки. Пропорционально-дифференциальный закон регулирования, реализуемый регулятором 1, обеспечивает повышенную динамическую устойчивость режимов работы двигателя 21 за счет эффективного демпфирования быстропеременных возмущений по напряжению на шинах статора. Регулятор 1 осуществляет управление током возбуждения при значениях угла нагрузки двигателя, находящихся в диапазоне Θmin-Θmax. При выходе угла нагрузки из указанного диапазона по команде трехпозиционного элемента сравнения 7, выход которого подключен к управляющему входу переключателя 6, последний устанавливается в положение <2>, при котором к управляющему входу тиристорного возбудителя 11, проходя через переключающий элемент 9, подключается выход регулятора 2 угла нагрузки двигателя. Текущее значение угла нагрузки на входе элемента сравнения формируется преобразователем 14 угла нагрузки поступающими на его измерительные входы сигналами напряжения статора с датчика 15 и положения вектора магнитного момента ротора с датчика 19. Выход преобразователя угла нагрузки 14 подключен также к вычитаемому входу разностного элемента 5, к вычитающему входу которого подключен выход задатчика 3 угла нагрузки. Сигнал отклонения угла нагрузки от заданного значения Θзад с выхода вычитающего элемента 5 поступает на вход регулятора 2 угла нагрузки. Регулятор 2 осуществляет отработку отклонения угла по ПИД-закону. Как только величина отклонения сменит знак, на выходе элемента сравнения 7 вырабатывается командный сигнал перехода переключателя 6 из состояния <2> в состояние <1> и управление током возбуждения передается регулятору 1 по отклонению напряжения статора. Передача управления от регулятора 1 регулятору 2 при увеличении угла нагрузки до значения Θmax предотвращает выход двигателя из области устойчивого синхронного хода, а переход управления током возбуждения от регулятора 1 к регулятору 2 при пониженных до значения Θmin величинах угла нагрузки обеспечивает экономичное соответствие количества потребляемой электроэнергии величине нагрузки на валу двигателя. На информационные входы блока 27 вычисления снижения тока возбуждения поступают сигналы с датчика 16 тока возбуждения If, преобразователя 13 cosϕ и датчика напряжения 15 цепи статора двигателя. Блок 27 вычисления определяет момент возникновения и окончания условий для плавного снижения тока возбуждения. Выход блока 27 вычисления подключен ко входу двухпозиционного элемента сравнения 26, выход которого подключен к управляющему входу переключающего элемента 25. На выходе элемента сравнения 26 вырабатывается командный сигнал перехода переключателя 25 из состояния <1> в состояние <2> - воздействие на ток возбуждения производится вспомогательным регулятором 23 плавного снижения. Передача управления от вспомогательного регулятора 8 вспомогательному регулятору 23 предотвращает работу двигателя 21 в зоне неустойчивого синхронного хода. Переход управления током возбуждения от вспомогательного регулятора 23 к вспомогательному регулятору 8 происходит в установившемся режиме работы двигателя в зоне устойчивого синхронного хода.The operation mode of the synchronous motor 21 is controlled by changing the current in the excitation winding, which is connected to the output of the thyristor exciter 11. The magnitude of the excitation current by changing the control signal at the input of the thyristor exciter 11 is carried out by one of two control loops depending on the position of the switching element 6 connected its output through the second switching element 9 to the input of the thyristor exciter 11. In position <1> of the switch 6 to the input of the thyristor exciter 11 connects the output of the regulator 1 of the control circuit of the excitation current according to the deviation of the stator voltage. In position <1> of switch 25, the output of the subtracting element 4 is connected to the input of the controller 4, in position <2> of switch 25 to the input of the controller 1 is connected the output of the regulator 23 for a smooth reduction of the excitation current, to the input of which a signal from the subtracting element 24 is received, to the subtracted input which receives the signal cosϕ from the output of the converter 13, and to the subtracting signal, the speed and step reduction signal generated by the drive 22 for smoothly decreasing the excitation current, while the speed and step of decreasing the excitation current are set change the setting cosϕ for the controller 23 to smoothly decrease the excitation current. The stator voltage deviation signal at the input of the controller <1> of switch 25 is generated by a subtracting element 4, to the subtractable input of which a signal from the stator voltage sensor 15 is supplied, and to the subtracting input is a voltage setpoint signal generated by the motor angle cosine regulator 8. The current value of cosϕ to the input of the regulator 8 comes from the output of the converter 13, which generates it according to the signals received at its inputs from the system of sensors 15 voltage and 20 current of the stator circuit of the motor. Regulator 8, by changing the setpoint of regulator 1 for voltage deviation, stabilizes the cos ϕ of the motor at a unit according to the proportional-integral law, fulfilling any disturbances in the operating modes of the motor 21, leading to a change in the reactive power consumed by it, and thus minimizing losses in the stator circuit of the motor . The excitation current regulator 1, according to the voltage deviation of the stator circuit, processes both the change in the voltage setpoint itself, received by it from the regulator 8 through the subtracting element 4, and any voltage deviations on the stator buses from the set value. The proportional-differential control law, implemented by the regulator 1, provides increased dynamic stability of the operating modes of the motor 21 due to the effective damping of rapidly varying disturbances in voltage on the stator tires. Regulator 1 controls the excitation current at values of the motor load angle, which are in the range диапазоне min -Θ max . When the load angle leaves the specified range by the command of the three-position comparison element 7, the output of which is connected to the control input of the switch 6, the latter is set to position <2>, at which the output of the controller 2 is connected to the control input of the thyristor exciter 11, passing through the switching element 9 engine load angle. The current value of the load angle at the input of the comparison element is formed by the load angle converter 14 by the stator voltage signals from the sensor 15 and the position of the rotor magnetic moment vector from the sensor 19 supplied to its measuring inputs. The output of the load angle converter 14 is also connected to the subtracted input of the difference element 5, to the subtracting the input of which is connected to the output of the adjuster 3 load angle. The signal of the deviation of the load angle from the set value Θ back from the output of the subtracting element 5 is fed to the input of the controller 2 of the load angle. Regulator 2 works out the angle deviation according to the PID law. As soon as the deviation value changes sign, at the output of the comparison element 7, a command signal is generated for the switch 6 to transition from state <2> to state <1> and control of the excitation current is transferred to controller 1 by the deviation of the stator voltage. The transfer of control from regulator 1 to regulator 2 when the load angle increases to Θ max prevents the motor from moving out of the stable synchronous running range, and the transition of control of the excitation current from regulator 1 to regulator 2 when the load angle is reduced to Θ min provides an economical correspondence of the amount of consumed electric power the magnitude of the load on the motor shaft. The information inputs of the unit 27 for calculating the reduction of the field current receive signals from the sensor 16 of the field current If, the converter 13 cosϕ and the voltage sensor 15 of the stator circuit of the motor. Block 27 calculation determines the moment of occurrence and end of the conditions for a smooth reduction of the excitation current. The output of the calculation unit 27 is connected to the input of the on-off comparison element 26, the output of which is connected to the control input of the switching element 25. At the output of the comparison element 26, a command signal is generated for the switch 25 to transition from state <1> to state <2> - the excitation current is auxiliary regulator 23 smooth reduction. The transfer of control from the auxiliary controller 8 to the auxiliary controller 23 prevents the operation of the engine 21 in the area of unstable synchronous running. The transition control of the excitation current from the auxiliary controller 23 to the auxiliary controller 8 occurs in the steady state operation of the motor in the zone of stable synchronous running.

Для ограничения величины тока возбуждения при работе регуляторов 1 и 2 по условию недопущения перегрева ротора осуществляется непрерывный контроль температуры обмотки ротора путем косвенного измерения активного сопротивления обмотки. Расчет текущего значения температуры Т обмотки выполняется вычислительным блоком 18, на информационные входы которого поступают сигналы с датчика 16 тока возбуждения If и датчика 17 напряжения возбуждения Uf. Выход блока 18 подключен к входу двухпозиционного элемента сравнения 12. На выходе блока 18 формируется сигнал, пропорциональный значению температуры Т обмотки ротора, определяемому из системы уравнений. До тех пор, пока температура Т остается ниже величины верхнего допустимого значения Тmax, на выходе элемента сравнения 12, подключенного к управляющему входу переключателя 9, действует командный сигнал, удерживающий переключатель 9 положении <2>, при котором сигналы управления с регуляторов 1 или 2 на выходе переключателя 6 проходят через переключатель 9 непосредственно на вход тиристорного возбудителя 11. В случае повышения температуры Т до значения Тmax на выходе элемента сравнения 12 устанавливается сигнал, переводящий переключатель 9 в положение 1, при котором управляющие сигналы с регуляторов 1 и 2 поступают на вход тиристорного возбудителя 11, проходя через ограничивающий элемент 10. При величине сигнала Х9 на входе элемента 10, меньшей заданного максимального значения Х9 макс, сигнал на его выходе F10 (Х9) равен по величине входному сигналу. При значениях сигнала на входе, превышающих величину Х9 макс, выходной сигнал элемента 10 ограничивается величиной Х9 макс, соответствующей значению тока возбуждения на выходе тиристорного возбудителя в заданном диапазоне 0,95-1,0 номинальной величины тока возбуждения. Следовательно, после перехода переключателя 9 в положение <1>, инициированного повышением температуры обмотки ротора до допустимого верхнего значения, величина тока возбуждения на выходе тиристорного возбудителя 11 всегда меньше или равна своему номинальному значению. После остывания обмотки ротора до номинального значения температуры Тном на выходе элемента сравнения 12 устанавливается командный сигнал, возвращающий переключатель 9 в положение <2>.To limit the magnitude of the excitation current during operation of controllers 1 and 2 under the condition of preventing the rotor from overheating, the temperature of the rotor winding is continuously monitored by indirectly measuring the active resistance of the winding. The calculation of the current value of the temperature T of the winding is performed by the computing unit 18, the information inputs of which receive signals from the sensor 16 of the excitation current If and the sensor 17 of the excitation voltage Uf. The output of block 18 is connected to the input of the on-off comparison element 12. At the output of block 18, a signal is generated proportional to the temperature T of the rotor winding, determined from the system of equations. As long as the temperature T remains below the upper permissible value T max , at the output of the comparison element 12 connected to the control input of switch 9, a command signal is applied that holds switch 9 to position <2>, at which control signals from regulators 1 or 2 the output of the switch 6 pass via the switch 9 directly to the input thyristor exciter 11. in the case of increasing the temperature to a value T max T at the output of comparing element 12 receives a signal carrying the switch 9 polo 1, in which the control signals from the regulators 1 and 2 are fed to the input of the thyristor exciter 11, passing through the limiting element 10. When the value of the signal X9 at the input of element 10 is less than the specified maximum value X9 max, the signal at its output F10 (X9) is largest input signal. When the values of the input signal exceeding the value of X9 max, the output signal of the element 10 is limited to the value of X9 max, corresponding to the value of the excitation current at the output of the thyristor exciter in a given range of 0.95-1.0 of the nominal value of the excitation current. Therefore, after the switch 9 is moved to the <1> position, which is initiated by raising the temperature of the rotor winding to an acceptable upper value, the excitation current at the output of the thyristor exciter 11 is always less than or equal to its nominal value. After cooling of the rotor winding to the nominal temperature T nom at the output of the comparison element 12, a command signal is set, which returns the switch 9 to position <2>.

Таким образом, предлагаемый способ управления током возбуждения синхронного двигателя обеспечивает минимальные потери энергии в двигателе, повышение динамической и статической устойчивости синхронного режима его работы и повышение точности ограничения максимального тока возбуждения по условию предотвращения перегрева его ротора.Thus, the proposed method of controlling the excitation current of a synchronous motor provides minimal energy loss in the motor, increasing the dynamic and static stability of the synchronous operation mode and improving the accuracy of limiting the maximum excitation current under the condition of preventing its rotor overheating.

Claims (2)

1. Способ управления током возбуждения синхронного двигателя в послеаварийных процессах энергосистемы, при котором измеряют величину cosϕ двигателя и текущее значение его угла нагрузки, поддерживают значение cosϕ на уровне 1,0 путем изменения в соответствующую сторону значения уставки контура регулирования тока возбуждения по отклонению напряжения статорной цепи, осуществляемого по пропорционально-дифференциальному закону, при этом задают минимальное и максимальное значения рабочего диапазона угла нагрузки двигателя, при выходе величины угла из заданного диапазона прекращают воздействие на ток возбуждения по отклонению напряжения и ведут управление током возбуждения по величине отклонения угла нагрузки от заданного номинального значения, пока величина отклонения не изменит знак, после чего вновь начинают воздействовать на ток возбуждения по отклонению напряжения статорной цепи, отличающийся тем, что в послеаварийных процессах энергосистемы управление током ведут вспомогательным регулятором плавного снижения построенным по подчиненной схеме регулирования с регулятором напряжения с заданной скоростью и шагом, снижая ток возбуждения и осуществляя контроль максимального и минимального тока возбуждения, cosϕ и углов нагрузки машины Θ, в совокупности исключая перерегулирование тока возбуждения и, как следствие, возникновение асинхронного хода.1. A method for controlling the excitation current of a synchronous motor in post-emergency processes of the power system, in which the value of cosϕ of the motor and the current value of its load angle are measured, maintain the cosϕ value at 1.0 by changing the setting value of the excitation current control loop by the voltage deviation of the stator circuit carried out according to the proportional-differential law, while setting the minimum and maximum values of the working range of the engine load angle, at the output Angles from a given range stop the action on the excitation current by voltage deviation and control the excitation current by the deviation of the load angle from the set nominal value until the deviation changes sign, after which they again affect the excitation current by the deviation of the stator circuit voltage, which differs the fact that in post-emergency processes of the power system, current control is carried out by an auxiliary smooth-reduction regulator constructed according to a subordinate control scheme with reg voltage regulator with a given speed and step, reducing the excitation current and controlling the maximum and minimum excitation current, cosϕ and the machine load angles Θ, in the aggregate eliminating the overshoot of the excitation current and, as a result, the occurrence of asynchronous operation. 2. Способ управления током возбуждения синхронного двигателя по п. 1, при котором задают номинальное и верхнее допустимое значения температуры обмотки ротора, измеряют величины напряжения и тока возбуждения, вычисляют величину производной от тока возбуждения, используя полученные значения и известные величины индуктивности обмотки ротора и температурного коэффициента сопротивления токопроводящего материала обмотки, рассчитывают текущую температуру обмотки и при достижении ею верхнего допустимого значения ограничивают выходные сигналы контуров автоматического регулирования тока возбуждения уровнем, соответствующим величине тока возбуждения в пределах 0,95-1,0 его номинального значения, пока температура не снизится до номинальной рабочей величины.2. The method of controlling the excitation current of a synchronous motor according to claim 1, wherein the nominal and upper permissible values of the temperature of the rotor winding are set, the voltage and excitation current are measured, the value of the derivative of the excitation current is calculated using the obtained values and the known values of the inductance of the rotor winding and the temperature resistance coefficient of the conductive material of the winding, calculate the current temperature of the winding and when it reaches the upper permissible value, limit the output signal ala contours automatic level regulation of the excitation current corresponding to the magnitude of the excitation current within 0,95-1,0 its nominal value until the temperature drops to a nominal operating value.
RU2017118298A 2017-05-25 2017-05-25 Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system RU2658741C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118298A RU2658741C1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017118298A RU2658741C1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2658741C1 true RU2658741C1 (en) 2018-06-22

Family

ID=62713549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017118298A RU2658741C1 (en) 2017-05-25 2017-05-25 Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2658741C1 (en)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1430844A (en) * 1972-05-04 1976-04-07 Siemens Ag Controlling synchronous electrical machines
US4297739A (en) * 1979-07-30 1981-10-27 Goldin Rodion G Device for exciting synchronous machine
RU2239936C2 (en) * 2002-11-11 2004-11-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" Method for controlling synchronous motor field current
RU2242080C2 (en) * 2002-11-28 2004-12-10 Абрамович Борис Николаевич Method for controlling synchronous machine excitation
DE102007057499A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Denso Corp., Kariya Control method for e.g. synchronous reluctance motor, involves referencing magnetic-state information with use of obtained command information and detection information, and controlling output of motor
WO2008142756A1 (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus and method for controlling permanent magnet synchronous motor, and program
RU2385528C1 (en) * 2008-11-21 2010-03-27 Борис Николаевич Абрамович Method for automatic control of ac machine excitation
EP2587661A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-01 ABB Technology AG System and method for controlling a synchronous motor
CN104040817A (en) * 2011-10-31 2014-09-10 博世汽车服务解决方案有限公司 Device and process for protection against excessive voltage and/or current in systems having USB connections

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1430844A (en) * 1972-05-04 1976-04-07 Siemens Ag Controlling synchronous electrical machines
US4297739A (en) * 1979-07-30 1981-10-27 Goldin Rodion G Device for exciting synchronous machine
RU2239936C2 (en) * 2002-11-11 2004-11-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" Method for controlling synchronous motor field current
RU2242080C2 (en) * 2002-11-28 2004-12-10 Абрамович Борис Николаевич Method for controlling synchronous machine excitation
DE102007057499A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Denso Corp., Kariya Control method for e.g. synchronous reluctance motor, involves referencing magnetic-state information with use of obtained command information and detection information, and controlling output of motor
WO2008142756A1 (en) * 2007-05-18 2008-11-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Apparatus and method for controlling permanent magnet synchronous motor, and program
RU2385528C1 (en) * 2008-11-21 2010-03-27 Борис Николаевич Абрамович Method for automatic control of ac machine excitation
EP2587661A1 (en) * 2011-10-24 2013-05-01 ABB Technology AG System and method for controlling a synchronous motor
CN104040817A (en) * 2011-10-31 2014-09-10 博世汽车服务解决方案有限公司 Device and process for protection against excessive voltage and/or current in systems having USB connections

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kirschen et al. Optimal efficiency control of an induction motor drive
US9148083B2 (en) System and method of dynamic regulation of real power to a load
EP2441167B1 (en) System and method of dynamic regulation of real power to a load
KR100947975B1 (en) Exciter control system of generator with direct and instantaneous method
US4556830A (en) Speed controller for mill drives and the like
US9797398B2 (en) Operation control device for limiting the amount a positive displacement pump over or undershoots a target operating parameter value, pump system and method for operating such
CN100420147C (en) Permasyn electric machine control system based on adaptive sliding moding structure
Khan et al. Speed control of DC motor under varying load using PID controller
CN107949981B (en) Inverter device
WO2009055447A1 (en) Electric motor control algorithm with bypass relay
RU2658741C1 (en) Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system
RU2606643C1 (en) Method for controlling self-contained asynchronous generator
KR20050003998A (en) Method and device for driving induction motor
RU2239936C2 (en) Method for controlling synchronous motor field current
JP3918557B2 (en) Numerical control drive system
EP2875580B1 (en) System and method of dynamic regulation of real power to a load
CN111164880B (en) High-energy-efficiency asynchronous motor
JP2009077606A (en) Power generator and related controller for electric motor
Al Tahtawi et al. Speed Control of 3 Phase 1.5 kW Induction Motor using VSD LS SV015IG5A-2 with Proportional Integral Anti-Windup Method
WO2005053147A1 (en) An induction motor control system
Mocanu et al. Simple adaptive voltage control of permanent magnet synchronous machine
Sibirtsev Control System for a Synchronized Electric Drive
RU2660183C1 (en) Method of automatic regulation of electric drive coordinate and device for its implementation
Omelchenko et al. Upgraded Electric Drive of a Finishing Stand in the Hot Rolling Mill 2350 of the Magnitogorsk Iron and Steel Works
Gao et al. The application of Self-adaptive Fuzzy-PID control to speed regulating system of BLDCM