SU1700740A1

SU1700740A1 - Method of automatic control of asynchronous generator excitation and the device thereof

Info

Publication number: SU1700740A1
Application number: SU894640481A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Васильевич Пташкин; Вячеслав Михайлович ШЕВЧЕНКО
Priority date: 1989-01-23
Filing date: 1989-01-23
Publication date: 1991-12-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл устройств , регулирующих ток возбуждени Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл автоматического регулировани возбуждени синхронных генераторов, работающих в энергосистемах общепромышленного применени . Целью изобретени вл етс повышение надежности энергоснабжени и улучшение качества регулировани напр жени за счет повышени запаса динамической устойчивости и скорости восстановлени накрупныхсинхронных генераторов, работающих на энергосистему. Цель изобретени - повышение надежности энергообеспечени и качества регулировани напр жени за счет повышени запаса динамической устойчивости и скорости восстановлени напр жени генератора при апериодических возмущени х в сети. Новым в способе вл етс то, что при указанных возмущени х в сети осуществл етс блокирование воздействи гибкой отрицательной обратной св зи (ГОС) на автоматический регул тор возбуждени , причем блокирование ГОС производитс по превышении первой производной напр жени корной обмотки генератора определенного значени . Отключение ГОС производитс либо на заданный промежуток времени, либо до тех пор, пока дополнительно выделенный сигнал о производной величины напр жени на обмотке возбуждени генератора не станет равным нулю. Выполнение операций способа позвол ет исключить отрицательное действие ГОС при скачкообразных возмущени х в сети без ухудшени запаса устойчивости в статических и динамических режимах работы энергосистемы , 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил пр жени генератора при динамических возмущени х в сети. На чертеже приведена блок-схема устройства , реализующего способ автоматического регулировани возбуждени синхронного генератора. Устройство дл автоматического регулировани возбуждени синхронного генератора содержит автоматический регул тор 1 возбуждени (АРВ) с двум входами управлени , блок 2 гибкой обратной св зи (ГОС), первый управл емый ключ 3 с размыкающиЁ XJ О О XI ОThe invention relates to electrical engineering and can be used for devices that regulate the excitation current. The invention relates to electrical engineering and can be used to automatically control the excitation of synchronous generators operating in the power systems of general industrial use. The aim of the invention is to improve the reliability of power supply and improve the quality of voltage regulation by increasing the stock of dynamic stability and the speed of restoring of large synchronous generators operating on the power grid. The purpose of the invention is to increase the reliability of power supply and the quality of voltage regulation by increasing the stock of dynamic stability and the speed of recovery of the generator voltage during aperiodic disturbances in the network. New in the method is that, at the indicated disturbances in the network, the effect of flexible negative feedback (GOS) on the automatic excitation controller is blocked, and GOS is blocked when the first derivative of the core voltage of the generator exceeds a certain value. The disconnection of the CRP is performed either for a predetermined period of time, or until the additionally allocated signal about the derivative of the voltage value on the generator excitation winding becomes zero. Performing the operations of the method allows eliminating the negative effect of GOS in case of jump-like disturbances in the network without deterioration of the stability margin in static and dynamic modes of operation of the power system, 2 s. and 1 z. p. F-ly, 1 or 1 generator voltage at dynamic disturbances in the network. The drawing shows a block diagram of a device that implements a method for automatically controlling the excitation of a synchronous generator. The device for automatic regulation of the excitation of a synchronous generator contains an automatic regulator of excitation 1 (APB) with two control inputs, a unit 2 of flexible feedback (GOS), the first control key 3 with interrupting XJ O O XI O

Description

ми контактами и входами на включение и отключение, датчик 4 выпр мительного трехфазного напр жени статора синхронного генератора и преобразователь 5 этого режимного параметра, датчик 6 напр же- ни возбуждени и преобразователь 7 этого режимного параметра, а также источник 8 посто нного напр жени , в качестве которого может использоватьс источник пита- ни собственных нужд системы возбуждени синхронного генератора. Преобразователь 5 со стороны входа содержит первый дифференциатор 9, к выходу которого подключен вход управлени второго управл емого ключа 10, через замыкающие контакты которого источник 8 соедин етс с входом управлени на отключение управл емого ключа 3. Датчик 6 напр жени возбуждени через дифференциатор 11 подключен к таймеру 12, вход управлени которого соединен с выходом блоха 5 преобразовани напр жени статора синхронного генератора, К выходу таймера 12 через диод 13 и размыкающие контакты управл емого ключа 14 подключен включающий вход первого управл емого ключа, а через диод 15 подключен включающий вход управл емого ключа 14, при этом диоды 13 и 15 включены так, что первый из них допускает протекание тока, соответствующего по- ложмтельному, а второй отрицательному значени м производной напр жени возбуждени , вы вл емой дифференциатором 11. Кроме того, замыкающие входы управле- нм на замыкание управл емых ключей обозначены знаком (), а на размыкание - зиаксш (-). Вход управлени на отключение управл емого ключа NI соединен с выходом преобразовател 5. Выход блока 2 FQC че рез замыкающие контакты управл емого ключа 3 соединен с вторым входом управлени АРВ 1, на первый вход которого подаетс сигнал с выхода датчика 4 напр жени корной обмотки генератора.contacts and inputs for switching on and off, sensor 4 of rectifying three-phase voltage of the stator of the synchronous generator and converter 5 of this mode parameter, sensor 6 of the excitation voltage and converter 7 of this mode parameter, as well as source 8 of the constant voltage the quality of which can be used the power source of the own needs of the excitation system of the synchronous generator. The converter 5 on the input side contains the first differentiator 9, to the output of which a control input of the second control key 10 is connected, through the closing contacts of which the source 8 is connected to the control input for switching off the control key 3. The sensor 6 of the excitation voltage is connected through differentiator 11 to timer 12, the control input of which is connected to the output of the flea 5 of the stator voltage conversion of the synchronous generator, To the output of the timer 12 through the diode 13 and the opening contacts of the control key 14 is connected including The first input of the controllable key is connected, and through diode 15 a control input of the control key 14 is connected, while diodes 13 and 15 are turned on so that the first of them allows current flow corresponding to the positive and the second negative voltage detected by the differentiator 11. In addition, the closing inputs of the controllable to the closure of the controllable keys are marked with a () sign, and the opening inputs are marked with a sign (-). The control input to turn off the control key NI is connected to the output of the converter 5. The output of the FQC unit 2 through the make contacts of the control key 3 is connected to the second control input of the ABC 1, the first input of which is supplied by the generator core voltage winding.

Устройство работает следующем образом . .The device works as follows. .

В исходном состо нии в установившемс (стационарном) режиме синхронного генератора первый управл емый ключ 3 находитс в замкнутом состо нии, АРВ 1 оказываетс охваченным гибкой отрицательной обратной са зью. Св зь эта, уменьша динамический коэффициент усилени и создава дополнительный фазовый сдвиг выходного сигнала автоматического регул тора в сторону опережени по отношению к входному сигналу в зоне частот собственных колебаний ротора синхронного генератора , существенно увеличивает запас колебательной устойчивости статических иIn the initial state in the steady-state (stationary) mode of the synchronous generator, the first controlled key 3 is in the closed state, the APB 1 is covered by a flexible negative feedback. This connection, reducing the dynamic gain and creating an additional phase shift of the output signal of the automatic regulator in the direction of advance with respect to the input signal in the zone of natural oscillation frequencies of the rotor of the synchronous generator, significantly increases the stock of oscillatory stability of static and

динамических режимов этого генератора. Вместе с тем, создава замедление скорости прохождени сигнала через АРВ при сильных скачкообразных возмущени х в сети , эта св зь уменьшает запас динамической устойчивости генератора на первом вылете ротора (апериодический предел динамической устойчивости генератора на первом вылете ротора - апериодический предел динамической устойчивости), а также зат гивает процесс восстановлени напр жени статора генератора. Пеовый из этих побочных эффектов всегда вл етс негативным , поэтому устранение его всегда вл етс полезным. Второй эффект в случае , если в послеаварийном режиме напр жение генератора становитс в какой-то момент переходного процесса выше его до- аварийного уровн и продолжает некоторое врем оставатьс таковым, следует, при небольших в количественном отношении его про влени х (по величине и продолжительности ), рассматривать как положительный. В остальных случа х, т.е. при его обратной направленности, а также при той же направленности в сторону Выше, но при чрезмерно сильном (на 10% и более) повышении напр жени против нормального уровн или при чрезмерно большой его продолжительности (более 3-5 с), рассматриваемый побочный эффект также становитс отрицательным и требует прин ти специальных мер дл его ограничени .dynamic modes of this generator. At the same time, by creating a slowdown in the speed of the signal passing through the ARV with strong discontinuous disturbances in the network, this connection reduces the dynamic stability of the generator at the first departure of the rotor (the aperiodic limit of the dynamic stability of the generator at the first departure of the rotor is an aperiodic limit of dynamic stability), as well as delays the process of restoring the stator voltage of the generator. Peeking of these side effects is always negative, so eliminating it is always beneficial. The second effect, if in the post-accident mode the generator voltage at some moment of the transition process is above its pre-emergency level and continues for some time to remain so, it follows, with its quantitatively small manifestations (in size and duration) , be considered as positive. In other cases, i.e. with its reverse directivity, as well as with the same directivity towards the Higher, but with an excessively strong (10% or more) voltage increase against the normal level or with an excessively long duration (more than 3-5 s), the side effect also considered becomes negative and requires taking special measures to limit it.

Управл емый ключ 10 в исходном стационарном , с малым уровнем случайных колебаний , режиме генератора разомкнут, таймер 12 замкнут, а управл емый ключ 14 может находитьс в произвольном (замкнут или разомкнут) состо нии - при замкнутом состо нии управл емого ключа 3 состо ние управл емого ключа 14 значени не имеет.The control key 10 in the initial stationary, with a small level of random oscillations, the generator mode is open, the timer 12 is closed, and the control key 14 can be in an arbitrary (closed or open) state — with the closed state of the control key 3 the control state key 14 does not matter.

При скачкообразном нарушении режима генератора в выходном сигнале датчика 4, представл ющем собой выпр мленное трехфазное напр жение статора генератора с отфильтрованными высокочастотными пульсаци ми (частота пульсаций 300 Гц), по вл етс практически также скачкообразное изменение величины напр жени , в выходной цепи дифференциатора 9 по вл етс ток. Если этот ток превышает некоторое его пороговое значение, соответствующей срабатыванию ключа 10, через замыкающий вход управлени которого он протекает, то ключ 10 замыкаетс , на размыкающий вход управлени ключа 3. поступает команда, и он переходит в разомкнутое состо ние, блокиру действие ГОС. Параметры дифференциатора 9 выбираютс из услови , что при заданной величинеWhen the generator oscillates abruptly in the output signal of sensor 4, which is the rectified three-phase voltage of the generator stator with filtered high-frequency pulsations (ripple frequency of 300 Hz), the voltage in the output circuit of the differentiator 9 along is current. If this current exceeds a certain threshold value corresponding to the operation of the key 10 through the closing control input of which it flows, the key 10 is closed, a command is received at the opening control input of the key 3. and it goes into the open state blocking the action of the GOS. The parameters of the differentiator 9 are chosen from the condition that for a given value

скачкообразного изменени напр жени на входе в его выходной цепи возникает ток, достаточный дл срабатывани ключа 10. Вместе с тем, должно быть выполнено условие , что при максимально возможной частоте электромеханических колебаний ротора синхронного генератора и максимально возможной при этих колебани х амплитуде колебаний его напр жени статора ток в цепи выхода дифференциатора 9 остаетс ниже порогового значени , при котором происходит срабатывание ключа 10.of a jump-like voltage change at the input to its output circuit, a current arises sufficient to operate the switch 10. At the same time, the condition must be satisfied that at the maximum possible frequency of electromechanical oscillations of the rotor of the synchronous generator and the maximum possible at these fluctuations the amplitude of the fluctuations of its voltage the stator current in the output circuit of the differentiator 9 remains below the threshold value at which the switch 10 is triggered.

Выбранное таким образом выполнение дифференциатора 9 обеспечивает надежность срабатывани ключа 10 и, следовательно , отключение ГОС уже при относительно небольших скачкообразных возмущени х в сети, но не допускает такого отключени даже при самых глубоких электромеханических качани х генератора.The implementation of the differentiator 9 selected in such a way ensures the reliability of the operation of the key 10 and, consequently, the disconnection of the AGN already with relatively small discontinuous disturbances in the network, but does not allow such disconnection even with the deepest electromechanical oscillations of the generator.

Принимают дл определенности, что рассматриваемое динамическое нарушение стационарного режима генератора представл ет собой близкое короткое замыкание в сети. В этом случае в момент его возникновени начинаетс под действием АРВ 1 процесс нарастани напр жени возбуждени , однако сразу же после срабатывани ключа 10 происходит размыкание ключа 14, если он перед этим замкнут, или этот ключ остаетс разомкнутым, если в исходном режиме он разомкнут, до его повторного включени обратна коммутаци ключа 3 не происходит, т.е. ГОС остаетс отключенной. Сигнал на выходе ключа 10, кроме указанных коммутаций, осуществл ет также запуск таймера, который на заданный промежуток времени (принимают его равным 0,5 с) размыкает цепь между датчиком 6 напр жени возбуждени и замыкаю- щим входом управлени управл емого ключа 3. Если на вход таймера не поступает повторный сигнал от ключа 10, он через 0,5 с повторно замыкает цепь прохождени сигнала от датчика 6. Если в этот момент происходит нарастание напр жени возбуждени , через этот диод 15 проходит сигнал на ключ 14, и он замыкаетс , однако сигнал на ключ 3 не проходит, так как диод 13 в этот момент заперт. Как только начинаетс снижение напр жени возбуждени после его прохождени через максимум, по вл етс ток в цепи диода 13 и через замкнутый ключ 14 проходит команда на включение ключа 3, повторно ввод ща в работу ГОС. Все эти операции повтор ютс вновь при новом скачкообразном возмущении в сети. Если оно происходит в какой-то из промежуточных моментов времени, до момента замыкани ключа 3, то повторноIt is assumed, for definiteness, that the considered dynamic disturbance of the stationary mode of the generator is a near short circuit in the network. In this case, at the moment of its occurrence, the process of increasing the excitation voltage starts under the action of the APB 1, however, immediately after the key 10 is triggered, the key 14 opens, if it is closed before this, or this key remains open, if in the initial mode it is open. it is not switched back on again by switching the key 3, i.e. CRP remains disabled. The signal at the output of the key 10, in addition to the specified switching, also starts the timer, which for a specified period of time (take it equal to 0.5 s) opens the circuit between the sensor 6 of the excitation voltage and the closing control input of the controlled key 3. If the timer does not receive a second signal from key 10, it re-closes the signal path from sensor 6 after 0.5 seconds. If at this moment the excitation voltage rises, a signal passes through key 14 to diode 15, and it closes, however the signal is on the key 3 does not pass, because the diode 13 at this point locked. As soon as a decrease in the excitation voltage begins after it passes through a maximum, a current in the diode 13 circuit appears and a command to turn on the key 3 passes through the closed key 14, which reinstates the GOS. All these operations are repeated again with a new hopping perturbation in the network. If it occurs at any of the intermediate points in time, until the moment when the key 3 is closed, then repeatedly

срабатывает таймер, если он к этому моменту успел возвратитьс в исходное положение , и повторное включение ГОС происходите дополнительной задержкой по 5 времени. Если же повторное возмущение происходит до того, как таймер возвратитс в исходное положение, то отсчет выдержки его времени также начинаетс от момента получени повторной команды, проход щейthe timer is triggered, if it has managed to return to its original position by this moment, and the AGS is re-activated by an additional delay of 5 times. If a repeated perturbation occurs before the timer returns to its original position, then the countdown of its time delay also starts from the moment of receiving the repeated command passing

0 при повторном замыкании ключа 10. Принима максимально малым значение тока срабатывани ключа 3 по замыкающему входу управлени , можно обеспечить услови , когда его замыкание происходит при близ5 кой к нулю величине производной изменени напр жени возбуждени , т.е. в практически установившемс режиме.0 when re-closing the key 10. Accepting as small as possible the value of the operating current of the key 3 at the control closing input, it is possible to ensure that its short-circuit occurs at close to zero value of the derivative of the change in the excitation voltage, i.e. in almost steady mode.

Исключа веро тность включени ГОС в моменты проэала напр жени возбужде0 ни , получают дополнительный положительный эффект с точки зрени повышени запаса динамической устойчивости, именно предотвращают выпадение генератора из синхронизма из-за резкого замедлени ско5 рости восстановлени напр жени возбуждени в случа х, когда включение ГОС совпадает с периодом пониженных уровней возбуждени , что всегда может иметь место в нестационарных режимах генератора по0 еле сильных возмущений. Включа же ГОС в момент повышенного напр жени возбуждени и замедл его снижение, происход щее под действием АРВ, обеспечивают поддержание в начальной стадии послеава5 рийного режима генератора повышенного напр жени на выводах генератора и в примыкающем участка сети. Некотора задержка на включение ГОС по отношению к- моменту последней коммутации в сети, т.е.Excluding the likelihood of turning on HOS at times of pro-ee excitation voltage, an additional positive effect is obtained from the point of view of increasing the dynamic stability margin, namely they prevent the generator from falling out of synchronicity due to a sharp slowdown in the rate of recovery of the excitation voltage with a period of low levels of excitation, which can always take place in non-stationary modes of the generator, there are hardly any strong disturbances. Including the CRP at the time of increased excitation voltage and slowing down of it, which occurs under the influence of ARV, ensure that the overvoltage mode of the overvoltage generator at the generator leads and in the adjacent network segment is maintained at the initial stage. There is some delay in switching on the STATE in relation to the moment of the last switching in the network, i.e.

0 к моменту отключени короткого замыкани , переносит это включение в тот отрезок времени послеаварийного процесса, когда особенно больших по величине изменений режимных параметров генератора уже не0 by the time the short-circuit is turned off, transfers this inclusion to that period of time of the post-accident process when there are no longer any particularly large changes in the operating parameters of the generator.

5 происходит. По этой причине можно не опасатьс , что указанное свойство приведет после включени ГОС к .застреванию напр жени генератора на чрезмерно большой величине. Следовательно, без отрица0 тельных последствий получаетс выигрыш, заключающийс в ускорении момента восстановлени нормального режима работы генератора и сети.5 happens. For this reason, one may not be afraid that this property will result, after turning on the CRP, to a stall of the generator voltage at an excessively large value. Consequently, without negative consequences, a gain is obtained, which consists in accelerating the moment of restoring the normal operation of the generator and the network.

Следовательно, при использованииTherefore, when using

5 предлагаемого способа и устройства, реализующего этот способ, обеспечиваетс суще- ственное увеличение предела динамической устойчивости синхронного генератора при скачкообразных, типа короткого замыкани , возмущени х в сети за5 of the proposed method and the device implementing this method provides a significant increase in the dynamic stability limit of a synchronous generator with jumps, such as short circuits, disturbances in the network beyond

счет кратковременного блокировани ГОС в начальной стадии переходного процесса и рационального выбора момента его деблокировани . При этом практически не снижаетс запас колебательной устойчивости как в статических, так и в динамических режимах , т.е. обеспечиваетс надежное предотв- ращение самораскачивани в послеаварийных режимах. Исключение необходимости учета требований динамической устойчивости при выборе параметров ГОС позвол ет выполн ть ее более эффективной с точки зрени предотвращени самораскачивани .an account of short-term blocking of CRP in the initial stage of the transition process and rational choice of the moment of its release. At the same time, the margin of oscillatory stability is practically not reduced in both static and dynamic modes, i.e. It ensures reliable prevention of self-recovery in post-accident conditions. Eliminating the need to take into account the requirements of dynamic stability when selecting the parameters of the CRP allows it to be more effective from the point of view of preventing self-recovery.

Claims

1. A method for automatically controlling the excitation of a synchronous generator, by which the voltage value of the core winding is measured, compared to a predetermined value, the magnitude and sign of the error signal is determined, and simultaneously a flexible negative feedback signal is generated from the magnitude of the change in the operating parameter of the synchronous generator and depending on the sum of these signals, they regulate its excitation, control the signal characterizing the transient process, and when it exceeds a predetermined value, regulate excitation only by the value of the voltage mismatch signal, which is different from the fact that, in order to increase power supply reliability by increasing the dynamic stability margin and the generator voltage recovery rate during dynamic disturbances in the network, they additionally form a signal proportional to the derivative voltage windings, which are used as a signal characterizing the transient process, and the excitation is controlled by the value of the voltage error signal only for a given time from ment exceeding a period of time.

2. Method pop. 1, characterized in that, in order to improve the quality of the generator voltage control, the voltage value of the generator excitation winding is additionally measured, the resulting value is differentiated, the sign of the received signal is determined, and the excitation control is continued only by the value of the voltage error signal until until it is

fixed from the positive sign of this signal to zero.

3. A device for automatically controlling the excitation of a synchronous generator, comprising an automatic regulator of the excitation current with two control inputs, a flexible negative feedback unit, two blocks for transforming the operating parameters of the generator, and a control key with opening contacts

and on and off inputs, the first control input of the automatic regulator of the excitation current is connected to the output of the voltage sensor of the cores of the generator, and the second input

0 is connected with the output of the flexible negative feedback unit through the contacts of the controlled key, the input of the flexible negative feedback unit is connected with the output of the automatic excitation current regulator, the first conversion unit of the mode parameters is designed as a differentiator, the input of which is connected to the output of the voltage sensor of the core windings of the generator, and the output of the first block

0 conversion of operating parameters is connected to the key disconnecting input, the second conversion unit of operating parameters is made in the form of a timer with starting input and output opening contacts, while the input terminals of the second conversion unit of operating parameters are connected to the generator voltage output of the generator winding, and the output of the block is connected to the enable input of the controllable key, characterized in that. that, in order to increase the reliability of power supply and the quality of voltage regulation by increasing the dynamic stability and speed

5 of the generator voltage recovery under dynamic disturbances s of the network, a threshold switch with closing contacts and a constant voltage source are entered in the first mode conversion unit, a differentiator, two diodes and a control key with switching on and disconnecting inputs and make contacts, and the threshold input

The 5 key of the first block is connected to the output of the differentiator of its block, and the source of direct voltage is connected via the closing contacts of this key to the output of the first conversion unit of mode parameters, in the second conversion unit of mode parameters the input of the differentiator is connected to the input terminals of the block, and the output of the differentiator through timer breaker contacts

5 is connected to the anode of the first and chatod of the second diode, the cathode of the first diode is connected to the switching input of the key of this block, the anode of the second diode through the closing contacts of the same switch is connected to the output of the first conversion unit of the mode parameters, and the output of the first conversion unit of the mode parameters is additionally connected to a trigger input of the timer and a shutdown input of the control key of the second conversion unit of the mode parameters.

7

; H 3 g ™ H 1

m j L

I fa f "-" "min.l

W / v

H

il

®

/five