SU1171950A1

SU1171950A1 - Excitation controller for synchronous machine

Info

Publication number: SU1171950A1
Application number: SU833670021A
Authority: SU
Inventors: Роберт Семенович Бейм; Валентин Андреевич Веников; Фаик Джабраил Оглы Оруджев; Евгений Варламович Пруидзе; Виктор Александрович Штробель
Original assignee: Московский Ордена Ленина И Ордена Октябрьской Революции Энергетический Институт
Priority date: 1983-12-09
Filing date: 1983-12-09
Publication date: 1985-08-07

Abstract

1. АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННЫХ МАШН, содержащий регул тор тока возбуждени сильного действи , входы которого соединены с выходами датчика частоты, датчика текущего значени напр жени на шинах синхронной машины, датчиков тока и напр жени ротора, блок управлени возбуждением в аварийных режимах , силовой блок, включенный выходом на обмотку возбуждени синхронной машины и источники напр жени форсировки и расфорсировки, соединенные с входами питани силового блока, отличающийс тем, что, с целью повьшени надежности противоаварийного управлени и качества электроэнергии за счет улучшени демпфировани электромеханических колебаний роторов синхронных машин, в него дополнительно введены релейный усилитель, переключатель с двум основными и двум управл ющими входа-. ми, первьй блок управлени переключателем , который имеет на входе два пороговых элемента со своими уровн ми срабатьшани , причем выходы пороговых элементов подключены к входам двухвходового элемента И, второй блок управлени переключателем, на п входах которого установлены пороговые элементы с соответствующими уровн ми срабатывани , выходы которых соединены с входами элемента ИЛИ, выход .логического элемента И включен на первый управл ющий вход переключател , а выход логического элемента ИЛИ - на второй управл ющий вход, силовой блок выполнен в виде ключа, а блок управлени возбуждением в аварийных режиS мах - в виде сумматора с трем вхо (Л дами, на каждом из которых установлены согласующие усилители, причем первый вход св зан с выходом датчика частоты через интегратор, второй вход - с выходом датчика частоты непосредственно, а третий вход - с выходом датчика частоты через дифференциатор, при этом выход блока управлени возбуждением в аварийных режимах соединен со сд с первым основным входом переключател , второй основной вход которого св зан с выходом регул тора тока возбуждени сильного действи , причем выход переключател включен через релейный усилитель на управл Ю11ЩЙ вход силового блока, при этом входы первого блока управлени переключателем соединены с первым и вторым входами сумматора блока управлени возбуждени в аварийных режимах, а входы вторрго блока управлени переключателем св заны с выходами датчиков режимных параметров синхронной машины.1. AUTOMATIC EXCITATION REGULATOR FOR SYNCHRONOUS MACHINES, containing a high field excitation current controller, the inputs of which are connected to the outputs of a frequency sensor, a current voltage sensor on the buses of a synchronous machine, current sensors and rotor voltage, an alarm control unit in emergency modes, power the unit connected by the output to the excitation winding of the synchronous machine and the sources of voltage forcing and rassoring, connected to the power inputs of the power unit, characterized in that, in order to increase Reliability emergency control and power quality by improving the damping of electromechanical oscillations of the rotors of synchronous machines, it is further introduced amplifier relay switch with two fixed and two vhoda- the gate. The first control unit of the switch, which has two threshold elements at the input with its own levels, and the outputs of the threshold elements are connected to the inputs of the two-input element And, the second control unit of the switch, at the n inputs of which the threshold elements are set with corresponding levels of operation, the outputs which are connected to the inputs of the element OR, the output of the logical element AND is connected to the first control input of the switch, and the output of the logical element OR to the second control input, power The first block is designed as a key, and the excitation control unit in emergency modes max is in the form of an adder with three inputs (L dami, each of which has matching amplifiers, the first input is connected to the output of the frequency sensor via an integrator, the second input is the output of the frequency sensor is directly, and the third input is with the output of the frequency sensor through a differentiator, while the output of the excitation control unit in emergency modes is connected to the first main input of the switch, the second main input of which is connected to the output of the regulator The drive current is strong, the switch output is connected through a relay amplifier to the control input of the power unit, while the inputs of the first control block switch are connected to the first and second inputs of the adder control block in emergency modes, and the inputs of the second control block switch are connected with the outputs of the sensor parameters of the synchronous machine.

Description

2, Регул тор по п. 1, отличающийс тем, что в блоке управлени возбуждением в аварийных режимах между выходом интегратора и входом первого согласующего усилител и между выходом датчика частоты вращени ротора и входом второго согласукдцего усилител дополнительно включены узлы выделени переменной составл ющей контролируемого параметра.2, the regulator according to claim 1, characterized in that in the emergency control control unit between the integrator's output and the input of the first matching amplifier and between the output of the rotor speed sensor and the input of the second according to the amplifier, the allocation components of the monitored parameter are also included.

1one

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулировани тока возбуждени синхронных машин, преимущественно генераторов большой мощности.The invention relates to electrical engineering and can be used in systems for automatically controlling the excitation current of synchronous machines, mainly high power generators.

Целью изобретени вл етс повышение надежности противоаварийного управлени и качества электроэнергии за счет улучшени демпфировани электромеханических колебаний роторов синхронных машин.The aim of the invention is to increase the reliability of emergency control and power quality by improving the damping of the electromechanical oscillations of the rotors of synchronous machines.

На фиг. 1 представлена функциональна схема автоматического регул тора возбуждени дл синхронных машин; на фиг. 2 - пример вьшолнени переключател ; на фиг. 3 - взаимосв зь.между датчиками контролируемых параметров и регул тором возбуждени FIG. 1 is a functional diagram of an automatic excitation controller for synchronous machines; in fig. 2 shows an example of a switch; in fig. 3 - interconnection between sensors of monitored parameters and excitation controller

Регул тор 1 тока возбуждени сильного действи (фиг. 1) и блок 2 управлени возбуждением в аварийных режимах включены на входы переключател 3, управл кщие входы которого соединены с первым 4 и вторым 5 блоками управлени переключателем. Выход переключател 3 через релейный усилитель 6 соединен с.управл ющим входом силового блока 7, включенного на обмотку 8 возбзждени синхронной машины 9.The strong excitation current regulator 1 (Fig. 1) and the excitation control unit 2 in emergency conditions are connected to the inputs of the switch 3, the control inputs of which are connected to the first 4 and second 5 switch control units. The output of the switch 3 is connected via a relay amplifier 6 with a control input of the power unit 7 connected to the excitation winding 8 of the synchronous machine 9.

Блок 2 управлени возбуждением в аварийных режимах содержит три согласующих услител 10-12, узлы 13 и 14 выделени переменной составл ющей и сумматор 15, входы которого соединены с выходами согласук дих усилителей.The emergency excitation control unit 2 contains three matching amplifiers 10-12, variable component extraction nodes 13 and 14 and an adder 15, the inputs of which are connected to the outputs of matching amplifiers.

Первый блок 4 управлени переключателем выполнен в виде двух пороговых элементов 16 и 17, выходы которых соединены с двухвходовым логическим элементом И 18, а второй блок 5 - в виде пороговых элементов 19-23The first control unit 4 of the switch is made in the form of two threshold elements 16 and 17, the outputs of which are connected to the two-input logic element And 18, and the second unit 5 - in the form of threshold elements 19-23

и многовходового логического элемента ИЛИ 24.and multi-input logic element OR 24.

Переключатель 3 (фиг. 2) может содержать два нуль-органа 25 и 26, управл ющий триггер 27 с раздельными входами, выходы которого также как и выходы нуль-органов 25 и 26 соединены с соответствующими входами логических элементов 28 и 29, выходы которых св заны с входами логического элемента ИЛИ 30.Switch 3 (FIG. 2) may contain two null-organs 25 and 26, a control trigger 27 with separate inputs, the outputs of which, like the outputs of the zero-bodies 25 and 26, are connected to the corresponding inputs of logic elements 28 and 29, the outputs of which Zana with the inputs of the logical element OR 30.

Входы 31 автоматического регул тора возбуждени (фиг. 3) соединены соответственно П1, П2 и ПЗ черезThe inputs 31 of the automatic excitation controller (Fig. 3) are connected respectively P1, P2 and PZ through

интегратор 32 напр мую и через дифференциатор 33 с датчиком 34 частоты вращени ротора, U - с датчиком 35 напр жени на шинах синхронной машины , f - с датчиком 36 частоты,integrator 32 directly through the differentiator 33 with the sensor of the rotor speed 34, U with the voltage sensor 35 on the buses of the synchronous machine, f with the sensor 36 of the frequency,

IP и Up - с ДАТЧИКОМ 37 обратных св зей к Pf. - с датчиком 38 активной мощности, входы которого соединены с трансформатором 39 напр жени и трансформатором 40 тока. Выход датчика 35 напр жени св зан с входом датчика 41 максимально допустимого значени напр жени на шинах синхронной мапины.IP and Up - with SENSOR 37 feedback to Pf. - with an active power sensor 38 whose inputs are connected to a voltage transformer 39 and a current transformer 40. The output of voltage sensor 35 is connected with the input of sensor 41 of the maximum allowable voltage value on the buses of the synchronous map.

Автоматический регул тор возбуждени дл синхронных машин работает следующим образом.An automatic excitation controller for synchronous machines operates as follows.

В нормальном режиме выход регул тора 1 тока возбуждени сильного действи через переключатель 3 (вход 42) по цепи нуль-орган 26 - логический элемент И 29 - логический элемент ИЖ 30 подключен к входу релейного усилител 6,In the normal mode, the output of the high current excitation current controller 1 through the switch 3 (input 42) on the circuit null organ 26 — logic element 29 — logic element IL 30 is connected to the input of relay amplifier 6,

Силовой блок (ключ) 7 в зависимости от выходного сигнала релейного усилител 6, который формируетс в соответствии с алгоритмом работы регул тора 1 сильного действи , подаёт либо положительное форсировочное 3 напр жение («- U) , либо отрицательно напр жение расфорсировки (- Up к об мотке 8 возбуждени синхронной машины 9. В результате включени в цепь регулировани релейного усилител 6 вьтолненного, например, на базе операционного усилител без обратной св зи, а также нуль-органа 26 реализуетс регул тор с большими коэффициентами усилени ,который осуществл ет широтно-импульсное управление воз буждением и позвол ет получить желаемые динамические характеристики, при которых обеспечиваетс максималь на динамическа устойчивость синхронной машины. При возникновении аварийной ситуации или при по влении какого-либо большого возмущени в энергосистеме где установлена синхронна машина, переключатель 3 осуществл ет перевод регулировани возбуждени синхронной машины на блок 2 управлени возбуждением в аварийных режимах. Момент перехода определ етс с помощью второго блока 5 управлени переключателем, на входы которого включены, например, сигналы с выходов датчиков напр жени , частоты вращени ротора и активной мощности При превышении любым из этих сигналов своих заданных установок (Уд , i, s 6 7 т.е. при выходе значений контролируемых режимных параметров за допустимые пределы, например при превышении частоты tO вращени ротора значени установки Yj (при сильном разгоне) или при снижении а ниже У, (при сильном торможении ) , на вьпсоде соответствующих пороговых элементов 19-23 по в тс сигналы, которые через многовходовый логический элемент ИЛИ 24 и второй управл ющий вход 43 воздействуют на переключатель 3 (фиг. 2). Триггер 27 перебрасываетс и вьщает разреше ние на логический элемент И 28 на прохождение сигнала с выхода нульоргана 25, на вход 44 которого подключен выход блока 2 управлени воз буждением в аварийных режимах. Таки образом, силойым блоком 7 начинает управл ть блок 2 в соответствии с выходным сигналом, получаемым на выходе сумматора 15. Этот сигнал формируетс следующим образом: S + К2.дПг. + , 0 4 где S - линейна комбинаци из параметров регулировани синхронной машины П1, П2, ИЗ; К, Kj, Kj- соответствующие коэффициенты по каналам. Сигналы А П1 и дП2, соответствующие переменным составл ющим параметров П1 и П2, могут быть получены на выходе согласующих усилителей 10 и 11 при включении на их входе вьщелени переменной составл ющей, вьтолненных в виде, например, разделительных конденсаторов. Вьщеление переменной составл ющей позвол ет отказатьс от необходимости выбора и изменени уставок по параметрам регулировани П1 и П2. В зависимости от знака функции S формируетс знак напр жени Up на обмотке 8 возбуждени + Vf при S О - Up при S «: 0. Автоматический регул тор возбуждени в аварийных режимах при соответствукхцем выборе коэффициентов К, Kj и Кз позвол ет получить за счет перевода регул тора в скольз щий режим работы апериодическое протекание электромеханических переходных процессов, причем скорость затухани переходных процессов определ етс соотношением компонент линейной комбинации З.При этом обеспечиваетс параметрическа инвариантность системы управлени к измен ющимс режимным параметрам синхронной машины и тем самым повышаетс надежность противоаварийного управлени . При таком регулировании осуществл етс возврат управл емых координат системы к установившимс значени м по траектори м, близким к оптимальным по качеству переходных процессов. Переключение на регул тор 1 тока возбуждени сильного действи осуществл етс после окончани переходного процесса переключателем. Определение этого момента происходит с помощью пороговых элементов 16 и 17 блока 4. На входы элементов 1.6 и 17 включены выходы первого и второгб согласующих усилителей 10 и 11. Когда выходные сигналы ДП1 и ДП2 этих каналов снижаютс ниже уставок У и Уг , на выходах пороговых элементов 16 и 17The power unit (switch) 7, depending on the output signal of the relay amplifier 6, which is formed in accordance with the operation algorithm of the strong controller 1, supplies either a positive forcing 3 voltage ("- U) or a negative opening voltage (- Up to The winding 8 of the excitation of the synchronous machine 9. As a result of the inclusion in the control circuit of the relay amplifier 6 of the completed, for example, on the basis of the operational amplifier without feedback, as well as the zero-organ 26, a controller with large gain factors, The second one performs pulse-width control of the excitation and allows to obtain the desired dynamic characteristics at which the maximum dynamic stability of the synchronous machine is ensured.When an emergency situation arises or if there is any large disturbance in the power system where the synchronous machine is installed, switch 3 is implemented There is no transfer of the excitation control of the synchronous machine to the excitation control unit 2 in emergency modes. The transition moment is determined by a second switch control unit 5, the inputs of which include, for example, signals from the outputs of the voltage sensors, rotor speeds and active power. When any of these signals exceeds their predetermined settings (Beat, i, s 6 7 t when the values of monitored operating parameters are out of acceptable limits, for example, when the rotor rotates the frequency tO, the setting Yj values (with strong acceleration) or when a drops below Y, (with strong braking), at the corresponding thresholds elements 19–23 for the Tc signals, which, through the multi-input logic element OR 24 and the second control input 43, act on switch 3 (FIG. 2). Trigger 27 flips and enables the resolution of the logic element 28 to pass the output signal nullorgan 25, to the input 44 of which the output of the excitation control unit 2 is connected in emergency modes. Thus, the strong block 7 starts controlling the block 2 in accordance with the output signal received at the output of the adder 15. This signal is generated as follows: S + K2 .dg +, 0 4 where S is a linear combination of the parameters for adjusting the synchronous machine P1, P2, IZ; K, Kj, Kj are the corresponding coefficients for the channels. The signals A P1 and DP2, corresponding to the variable components of the parameters P1 and P2, can be obtained at the output of the matching amplifiers 10 and 11 when switching on at the input of the amplifiers of the variable component, executed in the form of, for example, coupling capacitors. The selection of the variable component makes it possible to refuse from the necessity of choosing and changing the settings according to the control parameters P1 and P2. Depending on the sign of the function S, the sign of the voltage Up on the excitation winding 8 + Vf is formed at S О - Up when S ": 0. The automatic excitation regulator in emergency conditions at the appropriate choice of the coefficients K, Kj and Kz allows to obtain by transfer the regulator into a sliding mode of operation, the aperiodic flow of electromechanical transients, the decay rate of the transient processes being determined by the ratio of the components of the linear combination Z. At the same time, the parametric invariance of the control system is ensured detecting a varying regime parameters of the synchronous machine, and thus increases the reliability of emergency control. With such regulation, the controlled coordinates of the system are returned to the established values along the trajectories close to the optimum in quality of transient processes. Switching to the high current excitation current controller 1 is carried out after the end of the transition process by a switch. The determination of this moment occurs with the help of threshold elements 16 and 17 of block 4. The inputs of elements 1.6 and 17 include the outputs of the first and second amplifiers of the matching amplifiers 10 and 11. When the output signals DP1 and DP2 of these channels decrease below the settings Y and U, the outputs of the threshold elements 16 and 17

по вл ютс сигналы. При ик одновре-. менном по влении срабатывает логический элемент И 18 который через первый управл ющий вход 45 йереключа тел 3 (фиг. 2) перебрасьшает триггер 27.Signals appear. With infrared simultaneously. In each case, an AND 18 logic element is triggered which, via the first control input 45 of the key switch 3 (Fig. 2), flips the trigger 27.

Триггер 27 снимает разрешение с элемента И 28 (закрывает канал св зи между блоком 2 управлени возбуждени в аварийных режимах и ключом 7) и выдает сигнал на элемент И 29, т.е. в действие встзтает регул тор 1 тока возбуждени сильного действи . The trigger 27 removes the resolution from AND 28 (closes the communication channel between the excitation control unit 2 in emergency modes and the key 7) and issues a signal to AND 29, i.e. A high current drive current regulator 1 is activated.

Переключатель 3 имеет вход установки управл ющего триггера 27 в исходное состо ние Установка О, при ко-Лэром действует регул тор 1 вобуждени . По входу Установка О происходит переброс триггера 27 по Сигналам, приход щим, например, сSwitch 3 has an installation input of the control trigger 27 to the initial state of Installation O, with co-air the wake-up controller 1 is active. On the input of the installation of O, the trigger 27 is transferred over the signals coming, for example, from

ГТ fffrWfGt fffrWf

устройства ограничени минимального возбуждени , с датчика максимального допустимого значени напр жени на шинах синхронной машины. В качестве параметров П1, П2, ПЗ можно использовать соответственно интеграл от частоты вращени ротора, собственно частоту вращени и производную от нее.devices for limiting the minimum excitation from the sensor of the maximum allowable voltage value on the buses of the synchronous machine. As parameters P1, P2, PZ, one can use respectively the integral of the rotor speed, the actual rotation frequency and its derivative.

Автоматический регул тор возбуждни синхронных машин, вьшолнённый по данному изобретению, обладает большей универсальностью и широкими функциональными возможност ми. Он обеспечивает повышение уровн динамической устойчивости, интенсивное демпфирование электромеханических колебаний роторов синхронных машин, улучшение качества переходных процесов и повьш1ение надежности противоаварийного управлени .The automatic regulator of the excitation of synchronous machines, implemented according to this invention, has greater versatility and wide functionality. It provides an increase in the level of dynamic stability, an intensive damping of the electromechanical oscillations of the rotors of synchronous machines, an improvement in the quality of transient processes, and an increase in the reliability of the emergency control.

±, | |-V±, | | -V

Vi а flr i (Put-l Vi and flr i (Put-l

иand

tput.ltput.l

Claims

1. AUTOMATIC EXCITATION REGULATOR FOR SYNCHRONOUS MACHINES, comprising a high-excitation current regulator, the inputs of which are connected to the outputs of the frequency sensor, current voltage sensor on the tires of the synchronous machine, rotor current and voltage sensors, emergency excitation control unit, power unit included output 'to the excitation winding of the synchronous machine and voltage sources forcing and unforcing connected to the power input of the power unit, characterized in that, in order to increase the reliability emergency control and the quality of 'electricity by improving the damping of the electromechanical vibrations of the rotors of synchronous machines, it additionally introduced a relay amplifier, a switch with two main and two control inputs. mi, the first control unit of the switch, which has two threshold elements at the input with their own levels of operation, and the outputs of the threshold elements are connected to the inputs of the two-input element And, the second control unit of the switch, at the η inputs of which threshold elements with corresponding levels of operation, the outputs of which are connected with inputs of the OR element, the output of the AND gate is connected to the first control input of the switch, and the output of the OR gate is connected to the second control input, the power unit Execute a key, and _a unit controlled Lenia excitation emergency regimes 1S max - a summator with three inputs, each of which matching amplifiers are installed, wherein a first input connected to the output frequency of the sensor through the integrator, the second input - to yield frequency sensor directly, and the third input - with the output of the frequency sensor through the differentiator, while the output of the excitation control unit in emergency conditions is connected to the first main input of the switch, the second main input of which is connected to the output of the current regulator strong action, and the switch output is connected via a relay amplifier to the control input of the power unit, while the inputs of the first control unit of the switch are connected to the first and second inputs of the adder of the excitation control unit in emergency modes, and the inputs of the second control unit of the switch are connected to the outputs of the sensor mode parameters synchronous machine.

SU,. „1171950

2. The regulator according to π. 1, characterized in that in the emergency excitation control unit between the integrator output and the input of the first matching amplifier, amplify 1171950 for la and between the output of the rotor speed sensor and the input of the second matching amplifier, the nodes of the variable component of the controlled parameter are additionally included.