RU2759560C1 - Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator - Google Patents

Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator Download PDF

Info

Publication number
RU2759560C1
RU2759560C1 RU2021111181A RU2021111181A RU2759560C1 RU 2759560 C1 RU2759560 C1 RU 2759560C1 RU 2021111181 A RU2021111181 A RU 2021111181A RU 2021111181 A RU2021111181 A RU 2021111181A RU 2759560 C1 RU2759560 C1 RU 2759560C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
generator
transformer
output
synchronous generator
input
Prior art date
Application number
RU2021111181A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Степанов
Дмитрий Александрович Карпунин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ)
Priority to RU2021111181A priority Critical patent/RU2759560C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2759560C1 publication Critical patent/RU2759560C1/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
    • 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
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices

Abstract

FIELD: electricity.SUBSTANCE: invention relates to the field of generating electrical energy by electric machines and concerns the features of the generator excitation control device used at power stations. The objective of the proposed technical solution is to increase reliability of backup exciter system of synchronous generator by ensuring uninterrupted operation and preset modes of power plants generating equipment. Backup exciter device of a synchronous generator based on a reactive-valve generator contains rectifier, filters, control panel, quadrature current generator, microprocessor system, driver blocks, valve switch, current sources, shaft, non-winding rotor with poles, stator with poles alternately covered by phase windings and control windings arranged in a certain step, comparator, quality control unit for generated electricity, and additionally introduced the generator BOP needs buses, an electric motor, transformer BOP needs, the excitation winding of the synchronous generator, stator of the synchronous generator, transformer of the generator BOP needs, output of the generator BOP needs, is connected to the electric motor and the transformer of economic needs, the output of the electric motor by means of a shaft is connected to a reactive-valve generator, the output of the transformer of economic needs is connected to a rectifier, the quality control unit of the generated electricity is connected to the input of the generator excitation winding, the output of which is connected to stator input of the synchronous generator, the outputs of which are connected to transformer input of generator BOP needs and consumers of electricity.EFFECT: reliability of backup exciter system of synchronous generator is increased by ensuring uninterrupted operation and preset modes of power plants generating equipment.1 cl, 1 dwg

Description

Техническое решение относится к области генерирования электрической энергии электрическими машинами и касается особенностей устройства управления возбуждения генератора, применяемых на электрических станциях.The technical solution relates to the field of generating electrical energy by electric machines and concerns the features of the generator excitation control device used at power plants.

В качестве аналога взята схема зависимого косвенного возбуждения, приведенная на Рис. 20.15, в (страница 253) и описанная в работе Васильева А.А., Крючкова И.П., Няшкова Е.Ф., Околович М.Н. Электрическая часть станций и подстанций, Москва: - Энергоатомиздат 1990 г., - 576 стр. Рассматривая система возбуждения состоит из синхронного генератора, обмотки возбуждения синхронного генератора, возбудителя постоянного тока, трансформатора собственных нужд, шин собственных нужд, электродвигателя и механической связи. Трансформатор собственных нужд в нормальном режиме работы генератора обеспечивает электрической энергией систему шин собственных нужд, от которой получает электропитание электродвигатель, передающий момент с помощью механической связи возбудителю постоянного тока. Который в свою очередь преобразует механическую энергию вращения в постоянный ток, питающий обмотку возбуждения основного генератора.As an analogue, the circuit of dependent indirect excitation is taken, shown in Fig. 20.15, in (page 253) and described in the work of Vasiliev A.A., Kryuchkov I.P., Nyashkova E.F., Okolovich M.N. Electrical part of stations and substations, Moscow: - Energoatomizdat 1990, - 576 pages. Considering the excitation system consists of a synchronous generator, excitation winding of a synchronous generator, DC exciter, auxiliary transformer, auxiliary buses, electric motor and mechanical connection. The auxiliary transformer in the normal operating mode of the generator provides electrical energy to the auxiliary busbar system, from which the electric motor receives power, which transmits the torque by means of a mechanical connection to the DC exciter. Which, in turn, converts the mechanical energy of rotation into direct current, which feeds the excitation winding of the main generator.

К недостаткам аналога можно отнести отсутствие управления параметрами вырабатываемого тока возбудителя, что делает невозможным регулирование тока возбуждения обмотки ротора генератора, а в следствие и мощность выработки синхронного генератора. Также к ощутимым недостаткам можно отнести чувствительность к изменению напряжения на шинах собственных нужд, обусловленное: включением мощных потребителей электроэнергии и короткими замыканиями.The disadvantages of the analogue include the lack of control over the parameters of the generated exciter current, which makes it impossible to regulate the excitation current of the generator rotor winding, and, as a consequence, the output power of the synchronous generator. Also, the sensible disadvantages include the sensitivity to changes in the voltage on the buses of their own needs, due to: the inclusion of powerful consumers of electricity and short circuits.

В качестве прототипа взято устройство возбуждения генератора и контроля качества генерируемой электрической энергии вентильно-реактивным генератором, патент РФ №2690673, МПК8 Н02Р 9/00 от 15.10.2018. Рассматриваемое устройство состоит из вала, безобмоточного ротора с полюсами, статора с полюсами, поочередно охваченный фазными обмотками и обмотками контроля, выпрямителя, фильтров, вентильного коммутатора, накопителя электрической энергии, компаратора, микропроцессорной системы, панели управления, генератора квадратурных токов.As a prototype, a generator excitation device and quality control of the generated electrical energy by a valve-reactive generator was taken, RF patent No. 2690673, IPC 8 N02R 9/00 dated 15.10.2018. The device under consideration consists of a shaft, a winding-free rotor with poles, a stator with poles, alternately covered by phase windings and control windings, a rectifier, filters, a valve switch, an electric energy storage device, a comparator, a microprocessor system, a control panel, and a quadrature current generator.

Задачей предложенного технического решения является повышение надежности системы резервного возбуждения синхронного генератора путем обеспечения бесперебойной работы и заданных режимов генерирующего оборудования электрических станций.The task of the proposed technical solution is to increase the reliability of the backup excitation system of the synchronous generator by ensuring uninterrupted operation and specified modes of the generating equipment of power plants.

Поставленная задача заключается в том, что устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора содержит выпрямитель, фильтры, панель управления, генератор квадратурных токов, микропроцессорную систему, блоки драйверов, вентильный коммутатор, источники тока, вал, безобмоточный ротор с полюсами, статор с полюсами, поочередно охваченными фазными обмотками и обмотками контроля, расположенными с определенным шагом, компаратор, блок контроля качества генерируемой электроэнергии, дополнительно введены шины собственных нужд генератора, электродвигатель, трансформатор хозяйственных нужд, обмотка возбуждения синхронного генератора, статор синхронного генератора, трансформатор собственных нужд генератора.The task is that the backup excitation device of a synchronous generator based on a reluctance-valve generator contains a rectifier, filters, a control panel, a quadrature current generator, a microprocessor system, driver units, a valve commutator, current sources, a shaft, a winding-free rotor with poles, a stator with poles alternately covered by phase windings and control windings located at a certain pitch, a comparator, a quality control unit for generated electricity, additional auxiliary buses for the generator, an electric motor, a utility transformer, a synchronous generator excitation winding, a synchronous generator stator, a generator auxiliary transformer ...

Выход шин собственных нужд генератора, связаны с электродвигателем и трансформатором хозяйственных нужд. Выход электродвигателя с помощью вала связан с реактивно-вентильным генератором. Выход трансформатор хозяйственных нужд связан с выпрямителем, который связан с фильтром, который имеет связь с панелью управления и генератором квадратурных токов. Панели управления имеют двухстороннюю связь с микропроцессорной системой, которая в свою очередь связана с вентильным коммутатором, через блок драйверов и с генератором квадратурных токов. Генератор квадратурных токов связан с источниками тока, которые связаны с вентильным коммутатором. Вентильный коммутатор выполнен с выходами на микропроцессорную систему, через фильтр и компаратор и на блок качества генерируемой электроэнергии через фильтр. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии связан с микропроцессорной системой и с обмоткой возбуждения синхронного генератора, которая связана со статором синхронного генератора. Выход статора синхронного генератора связан с входом трансформатора собственных нужд генератора и потребителями электроэнергии. Выход трансформатора собственных нужд генератора связан с входом шин собственных нужд генератора.The output of the auxiliary busbars of the generator is connected with an electric motor and a transformer for household needs. The output of the electric motor is connected with a reluctance-valve generator by means of a shaft. The output of the utility transformer is connected to the rectifier, which is connected to the filter, which is connected to the control panel and the quadrature current generator. The control panels have two-way communication with the microprocessor system, which in turn is connected to the gate switch, through the driver unit and to the quadrature current generator. The generator of quadrature currents is connected to the current sources, which are connected to the gate commutator. The valve switch is made with outputs to the microprocessor system, through the filter and comparator, and to the generated power quality unit through the filter. The generated power quality control unit is connected to the microprocessor system and to the excitation winding of the synchronous generator, which is connected to the stator of the synchronous generator. The output of the stator of the synchronous generator is connected to the input of the transformer for auxiliary needs of the generator and the consumers of electricity. The generator auxiliary transformer output is connected to the generator auxiliary busbar input.

На Фиг. изображена схема устройства резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора.FIG. shows a diagram of a backup excitation device for a synchronous generator based on a reluctance-valve generator.

Устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора содержит шины собственных нужд генератора 1, выход которых связан с входом электродвигателя 2, трансформатором хозяйственных нужд 3 и выходом трансформатора собственных нужд генератора 4. Выход электродвигателя 2 связан с входом реактивно-вентильного генератора 5. Выход трансформатора хозяйственных нужд 3 связан с входом выпрямителя 6, выход которого связан с входом фильтра 7, выход которого связан с входом панели управления 8 и входом генератора квадратурных токов 9. Панель управления 8 имеет двухстороннюю связь с микропроцессорной системой 10, выходы которой связаны с входами блока драйверов 11, выходы которого связаны с входами вентильного коммутатора 12 и с входом генератора квадратурных токов 9, выходы которого связаны с входами источников тока 13, 14, выходы которых связаны с входами вентильного коммутатора 12. Вентильный коммутатор имеет двухстороннюю связь с фазными обмотками 15 реактивно-вентильного генератора 5, выходы обмотки контроля 16 связаны с входом вентильного коммутатора 10, который имеет выходы связанные с входом фильтра 17, выходы которого связаны с входами компаратора 18, выходы которого связаны с входами микропроцессорной системы 10. Также, вентильный коммутатор 12 имеет выход связанный с входом фильтра 19, выход которого связан с входом блока контроля качества генерируемой электроэнергии 20, выходы которого связаны с входом микропроцессорной системы 10. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии 20 связан с входом обмотки возбуждения генератора 21, выход которой связан с входом статора синхронного генератора 22, выходы которого связаны с входом трансформатора собственных нужд генератора 4 и потребителями электроэнергии.The backup excitation device of a synchronous generator based on a reluctance-valve generator contains auxiliary buses of generator 1, the output of which is connected to the input of the electric motor 2, the utility transformer 3 and the output of the auxiliary transformer of the generator 4. The output of the electric motor 2 is connected to the input of the reluctance-valve generator 5. The output of the household transformer 3 is connected to the input of the rectifier 6, the output of which is connected to the input of the filter 7, the output of which is connected to the input of the control panel 8 and the input of the quadrature current generator 9. The control panel 8 has a two-way communication with the microprocessor system 10, the outputs of which are connected to the inputs driver unit 11, the outputs of which are connected to the inputs of the valve switch 12 and to the input of the quadrature current generator 9, the outputs of which are connected to the inputs of the current sources 13, 14, the outputs of which are connected to the inputs of the valve switch 12. The valve switch has a two-way connection with the phase windings 15 reactive-valve generator 5, the outputs of the control winding 16 are connected to the input of the valve switch 10, which has outputs connected to the input of the filter 17, the outputs of which are connected to the inputs of the comparator 18, the outputs of which are connected to the inputs of the microprocessor system 10. Also, the valve switch 12 has an output connected to the input of the filter 19, the output of which is connected to the input of the generated electricity quality control unit 20, the outputs of which are connected to the input of the microprocessor system 10. The generated electricity quality control unit 20 is connected to the input of the excitation winding of the generator 21, the output of which is connected to the stator input of the synchronous generator 22 , the outputs of which are connected with the input of the auxiliary transformer of the generator 4 and the consumers of electricity.

Работает устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора следующим образом, при отказе основной системы возбуждения, с шин собственных нужд генератора 1 подают напряжение на электродвигатель 2 и от трансформатора хозяйственны нужд 3 напряжение подают на выпрямитель 6. Реактивно-вентильный генератор 5 содержащий вал, безобмоточный ротор с полюсами, статор с полюсами, поочередно охваченный фазными обмотками 15 и обмотками контроля 16 управление которыми производит микропроцессорная система 10 на основе сигналов от панели управления 8 и заданных параметров возбуждения, питание на которую подают от трансформатора хозяйственных нужд 3 через выпрямитель 6 и фильтр 7. Определение положения ротора реактивно-вентильного электродвигателя определяет микропроцессорная система 10 на основе сформированных измерительных токов генератором квадратурных токов 9, питание на который так же подают от трансформатора хозяйственных нужд 3 через выпрямитель 6 и фильтр 7, через источники тока 13, 14 и с компаратора 18 через фильтр 17, вследствие изменения магнитного потока, а, следовательно, и ЭДС в обмотках контроля 16. На основании положения ротора микропроцессорная система 10 подает сигналы на замыкание силовых ключей через блоки драйверов 11 на вентильный коммутатор 12, для снятия ЭДС с фазных обмоток 15 реактивно-вентильного генератора 5 на которых магнитный поток максимален. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии 20, подключенный через фильтр 19, определяет значения показателей качества генерируемой электроэнергии подает сигнал на микропроцессорную систему 10, которая путем сравнения показателей с номинальными значениями контролирует параметры тока возбуждения, подаваемого на обмотку возбуждения синхронного генератора 21. Которая создает магнитный поток в статоре синхронного генератора 22 и следовательно наводит ЭДС, используемую потребителями электроэнергии и трансформатором собственных нужд генератора 4 который подает электропитание на шины собственных нужд генератора 1.The backup excitation device of a synchronous generator based on a reluctance-valve generator operates as follows, in case of failure of the main excitation system, voltage is supplied to the electric motor 2 from the auxiliary buses of the generator 1 and voltage is supplied to the rectifier 6 from the utility transformer 3. The reactive-valve generator 5 contains a shaft, a winding-free rotor with poles, a stator with poles, alternately covered by phase windings 15 and control windings 16, which are controlled by a microprocessor system 10 based on signals from the control panel 8 and set excitation parameters, which is powered from a household transformer 3 through a rectifier 6 and filter 7. Determination of the position of the rotor of the reluctance motor is determined by the microprocessor system 10 on the basis of the generated measuring currents by the generator of quadrature currents 9, the power to which is also supplied from the transformer for household needs 3 through the rectifier 6 and filter 7, through current sources 13, 14 and from comparator 18 through filter 17, due to changes in magnetic flux, and, consequently, EMF in the control windings 16. Based on the position of the rotor, the microprocessor system 10 sends signals to close the power switches through the driver units 11 to the valve commutator 12, to remove the EMF from the phase windings 15 of the reactive-valve generator 5 on which the magnetic flux is maximum. The quality control unit of the generated electricity 20, connected through the filter 19, determines the values of the quality indicators of the generated electricity and sends a signal to the microprocessor system 10, which, by comparing the indicators with the nominal values, controls the parameters of the excitation current supplied to the excitation winding of the synchronous generator 21. Which creates a magnetic flux in the stator of the synchronous generator 22 and therefore induces the EMF used by the consumers of electricity and the auxiliary transformer of the generator 4, which supplies power to the auxiliary buses of the generator 1.

Предложенное техническое решение позволило повысить надежность выработки электрической энергии синхронными генераторами, а также повысило управляемость током возбуждения резервной системы возбуждения.The proposed technical solution made it possible to increase the reliability of electric power generation by synchronous generators, and also increased the controllability of the excitation current of the reserve excitation system.

Claims (1)

Устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора, содержащее выпрямитель, фильтры, панель управления, генератор квадратурных токов, микропроцессорную систему, блоки драйверов, вентильный коммутатор, источники тока, вал, безобмоточный ротор с полюсами, статор с полюсами, поочередно охваченными фазными обмотками и обмотками контроля, расположенными с определенным шагом, компаратор, блок контроля качества генерируемой электроэнергии, отличающееся тем, что дополнительно введены шины собственных нужд генератора, электродвигатель, трансформатор хозяйственных нужд, обмотка возбуждения синхронного генератора, статор синхронного генератора, трансформатор собственных нужд генератора, выход шин собственных нужд генератора связан с электродвигателем и трансформатором хозяйственных нужд, выход электродвигателя с помощью вала связан с реактивно-вентильным генератором, выход трансформатора хозяйственных нужд связан с выпрямителем, блок контроля качества генерируемой электроэнергии связан с входом обмотки возбуждения генератора, выход которой связан с входом статора синхронного генератора, выходы которого связаны с входом трансформатора собственных нужд генератора и потребителями электроэнергии.A backup excitation device for a synchronous generator based on a reluctance-valve generator, containing a rectifier, filters, a control panel, a quadrature current generator, a microprocessor system, driver units, a valve commutator, power sources, a shaft, a winding-free rotor with poles, a stator with poles alternately covered by phase control windings and windings located with a certain pitch, a comparator, a generated electricity quality control unit, characterized in that the auxiliary buses of the generator, an electric motor, a utility transformer, a synchronous generator excitation winding, a synchronous generator stator, a generator auxiliary transformer, an output the generator's auxiliary busbars are connected to an electric motor and a transformer for household needs, the output of the electric motor is connected with a reluctance-valve generator via a shaft, the output of the household transformer is connected to a rectifier, a quality control unit The generated electricity is connected to the input of the excitation winding of the generator, the output of which is connected to the input of the stator of the synchronous generator, the outputs of which are connected to the input of the generator's auxiliary transformer and the consumers of electricity.
RU2021111181A 2021-04-19 2021-04-19 Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator RU2759560C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021111181A RU2759560C1 (en) 2021-04-19 2021-04-19 Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021111181A RU2759560C1 (en) 2021-04-19 2021-04-19 Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2759560C1 true RU2759560C1 (en) 2021-11-15

Family

ID=78607271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021111181A RU2759560C1 (en) 2021-04-19 2021-04-19 Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2759560C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5493195A (en) * 1994-09-29 1996-02-20 Sundstrand Corporation Switched reluctance starter/generator control system allowing operation with regenerative loads and electrical system employing same
JP2002034300A (en) * 2000-07-11 2002-01-31 Shinko Electric Co Ltd Control circuit of sr generator
RU168624U1 (en) * 2016-05-31 2017-02-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) VENTILATION-REACTIVE GENERATOR
RU2658636C1 (en) * 2017-08-28 2018-06-22 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") Induction generator with combined excitation and stator windings
RU2690673C1 (en) * 2018-10-15 2019-06-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Excitation device of generator and quality control of generated electric energy by valve-jet generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5493195A (en) * 1994-09-29 1996-02-20 Sundstrand Corporation Switched reluctance starter/generator control system allowing operation with regenerative loads and electrical system employing same
JP2002034300A (en) * 2000-07-11 2002-01-31 Shinko Electric Co Ltd Control circuit of sr generator
RU168624U1 (en) * 2016-05-31 2017-02-13 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) VENTILATION-REACTIVE GENERATOR
RU2658636C1 (en) * 2017-08-28 2018-06-22 Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Резонанс" (ООО НПП "Резонанс") Induction generator with combined excitation and stator windings
RU2690673C1 (en) * 2018-10-15 2019-06-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Excitation device of generator and quality control of generated electric energy by valve-jet generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1510691B1 (en) Control apparatus for a starter/generator system
US6462429B1 (en) Induction motor/generator system
JPS62210873A (en) Starter/generator
JPH10509017A (en) Starter generator system and method using a low voltage source
US20100283242A1 (en) High Voltage Start of an Engine from a Low Voltage Battery
RU2690673C1 (en) Excitation device of generator and quality control of generated electric energy by valve-jet generator
AU2012306561B2 (en) Superconducting machine and method for the operation thereof
RU2759560C1 (en) Backup exciter device for synchronous generator based on reactive valve generator
RU192242U1 (en) SYSTEM OF EXCITATION OF THE SYNCHRONOUS GENERATOR OF THE AUTONOMOUS ELECTRIC UNIT
CN101350527A (en) Variable speed drive system
RU2363090C1 (en) Electric generating plant
RU2521883C1 (en) Marine electric power plant
RU204451U1 (en) GENERATION DEVICE WHEN BRAKING THE REACTIVE-VENTILATION GENERATOR
WO2004030203A1 (en) Power generation device
JPH0960575A (en) Wind power generating facility
RU2640378C2 (en) Electrical power transmission of tractive transport on alternating current
RU2396682C1 (en) Double-current generator with compensation winding
RU2752229C1 (en) Non-contact uninterruptible generator set based on dual machine, dual power supply
RU2216637C1 (en) Starting device for single-shaft gas-turbine set
RU2268544C1 (en) Generator with thyristor excitation (variants)
RU66129U1 (en) ELECTRIC DRIVE FOR CONTINUOUS PROCESSES
US1263424A (en) Rotary converter.
SU868936A1 (en) Contact-free synchronous machine
Nonaka et al. Novel PWM-VSI fed brushless three-phase synchronous motor
JP2575535B2 (en) Frequency converter