UA64442A

UA64442A - Method for parametrically regulating the synchronous generator voltage

Info

Publication number: UA64442A
Application number: UA2003065055A
Authority: UA
Inventors: Oleksandr Mykhailov Olieinykov; Oleksandr Mykolaiovyc Shotskyi
Original assignee: Oleksandr Mykolaiovyc Shotskyi
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-02-16

Abstract

The proposed method for parametrically regulating the synchronous generator voltage consists in rectifying the three-phase voltage of the generator and smoothing the rectified voltage ripples, measuring the rectified voltage ripple period, and controlling the generator excitation voltage, depending on the said period, by applying voltage pulses across the generator excitation winding.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використаний при створенні регуляторів напруги 2 синхронних генераторів (СГ).The invention relates to electrical engineering and can be used in the creation of voltage regulators of 2 synchronous generators (SG).

Відомо, що в сучасній практиці для підтримки напруги СГ у заданих межах використовуються різні способи автоматичного регулювання напруги (АРН), але найбільш широко застосовується амплітудно-фазове компаундування з корекцією напруги (1, 2). У таких системах для досягнення необхідного регулювання напругиIt is known that in modern practice various methods of automatic voltage regulation (ARN) are used to maintain the SG voltage within the given limits, but amplitude-phase compounding with voltage correction is most widely used (1, 2). In such systems to achieve the necessary voltage regulation

СГ виконуються наступні операції: вимір напруги СГ, вимір струму навантаження СГ, підсумовування їх з 70 урахуванням характеру навантаження, вимір напруги СГ коректором напруги, вироблення сигналу відхилення напруги СГ від заданого значення, посилення цього сигналу і подача його на виконавчий елемент коректора, що змінює напругу збудження пропорційно сигналові відхилення напруги від заданого значення, і, відповідно, змінює струм збудження і напругу СГ. У зв'язку з тим, що будь-який вимірювальний елемент має зону нечутливості, а посилення, перетворення і передача сигналу керування в схемі АРН сприяють проявові різних 72 нелінійностей, в такому разі існуючі способи автоматичного регулювання напруги СГ мають наступні недоліки: 1. Складність реалізації, у тому числі через необхідність коректувати закон регулювання при зміні режимів роботи СГ; 2. Зовнішня характеристика СГ є смугою;The following operations are performed by the SG: measurement of the SG voltage, measurement of the SG load current, summation of them with 70 taking into account the nature of the load, measurement of the SG voltage by the voltage corrector, production of a signal of deviation of the SG voltage from the specified value, amplification of this signal and feeding it to the executive element of the corrector, which changes the excitation voltage is proportional to the signal deviation of the voltage from the set value, and, accordingly, changes the excitation current and the voltage of the SG. Due to the fact that any measuring element has a zone of insensitivity, and the amplification, transformation and transmission of the control signal in the ARN scheme contribute to the manifestation of various 72 nonlinearities, in this case the existing methods of automatic regulation of the SG voltage have the following disadvantages: 1. Complexity implementation, including due to the need to adjust the regulatory law when changing the modes of operation of the SG; 2. The external characteristic of SG is a strip;

З. Невисока якість регулювання напруги, наприклад, статична помилка регулювання, складає к(1-2)95 від номінального значення; 4. Низькі динамічні показники, наприклад, час відновлення напруги при вмиканні номінального навантаження складає від 0,3 до 1,5с; 5. Перерегулювання напруги СГ при вмиканні номінального навантаження може досягати 2095 від номінального значення; 6. Наявність коливальних режимів, у тому числі низькочастотної амплітудної модуляції (НАМ) напруги СГ; « 7. Необхідність зрівняльних з'єднань і додаткових пристроїв для забезпечення розподілу реактивного навантаження при рівнобіжній роботі СГ. Як прототип прийнятий спосіб регулювання напруги СГ |З), що включає послідовно виконувані операції виміру тимчасових інтервалів кожного такту пульсацій миттєвої випрямленої напруги СГ по лінії порівняння з заданою опорною напругою і подачі імпульсів напруги живлення на обмотку сч збудження СГ по цих тимчасових інтервалах. Однак, через гостру форму нижніх піків пульсацій вьіпрямленої «Її напруги СГ, статична помилка регулювання напруги СГ при реальних значеннях напруги живлення обмотки збудження близько 7-80.е. стосовно напруги збудження холостого ходу СГ складає значну величину, приблизно М рівну -(10-12)95 від номінального значення напруги СГ. Крім цього відзначимо, що запропонований у |З) спосіб, «І відповідно до теорії автоматичного регулювання, є способом параметричної стабілізації напруги СГ. Це буде показано нижче при розгляді принципу реалізації пропонованого способу. ее,Q. The low quality of voltage regulation, for example, a static regulation error, is k(1-2)95 from the nominal value; 4. Low dynamic indicators, for example, the voltage recovery time when switching on the nominal load is from 0.3 to 1.5s; 5. SG voltage readjustment when switching on the nominal load can reach 2095 from the nominal value; 6. The presence of oscillating modes, including low-frequency amplitude modulation (AMP) of the SG voltage; « 7. The need for compensating connections and additional devices to ensure the distribution of the reactive load during parallel operation of the SG. As a prototype, the method of regulating the voltage of the SG |Z) was adopted, which includes sequentially performed operations of measuring the time intervals of each cycle of pulsations of the instantaneous rectified voltage of the SG along the comparison line with the specified reference voltage and supplying pulses of the supply voltage to the winding of the DC excitation of the SG during these time intervals. However, due to the sharp shape of the lower peaks of the rectified “Her voltage SG voltage, the static error of the SG voltage regulation at real values of the supply voltage of the excitation winding is about 7-80.e. in relation to the no-load excitation voltage, the SG is a significant value, approximately M equal to -(10-12)95 of the nominal value of the SG voltage. In addition, we should note that the method proposed in |3), "And according to the theory of automatic regulation, is a method of parametric stabilization of the SG voltage. This will be shown below when considering the principle of implementation of the proposed method. eh

В основу винаходу поставлена задача знизити статичну помилку відхилення напруги СГ від заданого значення при реальних значеннях напруги живлення обмотки збудження близько 7-80о.е. шляхом введення операції згладжування пульсацій випрямленої напруги СГ за допомогою К-С ланцюжка, що забезпечує зміну, У « першу чергу, форми нижніх піків пульсацій випрямленої напруги СГ. Вимірювач тимчасових інтервалів підвищує З чутливість до зміни напруги СГ і, отже, статизм відхилення напруги ДО зменшується, при збереженні всіх с позитивних властивостей запропонованого в |З) способі. "з Принцип реалізації пропонованого способу параметричної стабілізації напруги СГ показаний на фіг. у двох режимах роботи: а - холостий хід СГ; 6 - робота СГ під навантаженням. о 15 На фіг. позначено: модуль напруги СГ - 4; пульсації випрямленої напруги СГ - О у; згладжена напруга пульсацій СГ - упо; задана опорна напруга - Ор; значення напруги живлення обмотки збудження - О ж; період т» подачі імпульсів на обмотку збудження - Т,; ширина імпульсів, які подаються на обмотку збудження -ї , і графіки зміни струму збудження -І;. У статичних режимах при незначній зміні напруги СГ, ширина імпульсів - Ку, т які подаються на обмотку збудження, значно змінюється, що забезпечує стабілізацію напруги СГ із невеликою г» 90 статичною помилкою, порядку - (0,1-0,5)396 О,, при реальних значеннях напруги живлення обмотки збудження близько 7-80о.е. У динамічних режимах при значних зменшеннях напруги СГ від заданого значення напруга о живлення ЦО, постійно підключена до обмотки збудження, або постійно відключена від обмотки збудження при значних збільшеннях напруги СГ.The invention is based on the task of reducing the static error of the deviation of the SG voltage from the specified value at real values of the supply voltage of the excitation winding of about 7-80 o.e. by introducing the operation of smoothing the rectified voltage pulsations of the SG using a K-C chain, which provides a change, first of all, in the form of the lower peaks of the rectified voltage pulsations of the SG. The time interval meter increases C sensitivity to the change in the SG voltage and, therefore, the statism of the deviation of the TO voltage decreases, while preserving all the positive properties of the method proposed in |3). "z The principle of implementation of the proposed method of parametric stabilization of the HV voltage is shown in the figure in two modes of operation: a - idle operation of the HV; 6 - operation of the HV under load. o 15 The figure indicates: module of the HV voltage - 4; pulsations of the rectified voltage of the HV - О y; smoothed voltage of SG pulsations - upo; specified reference voltage - Ор; value of the supply voltage of the excitation winding - О ж; period t" of the supply of pulses to the excitation winding - Т,; width of pulses that are applied to the excitation winding -y, and graphs changes in the excitation current -I;. In static modes, with a slight change in the SG voltage, the width of the pulses - Ku, t which are applied to the excitation winding, changes significantly, which ensures stabilization of the SG voltage with a small g" 90 static error, of the order of - (0.1 -0.5)396 Ω, with real values of the supply voltage of the excitation winding of about 7-80 o.u. In dynamic modes, with significant decreases in the voltage of the SG from the set value, the voltage of the power supply of the CO, constantly connected to the excitation winding, or constantly from switched from the excitation winding with significant increases in the SG voltage.

При зниженні напруги СГ із будь-яких причин струм збудження зростає, при збільшенні напруги СГ струм 99 збудження зменшується, що відповідає фізиці роботи СГ. Для будь-якого варіанта навантаження найдеться в. точка перетинання напруги СГ по зовнішній характеристиці і струму збудження по регулювальній характеристиці, що і буде робочою точкою СГ для даного навантаження з визначеними значеннями напруги і струму збудженняWhen the SG voltage decreases for any reason, the excitation current increases, when the SG voltage increases, the excitation current 99 decreases, which corresponds to the physics of the SG operation. For any variant of the load, there is the crossing point of the SG voltage according to the external characteristic and the excitation current according to the control characteristic, which will be the operating point of the SG for this load with the specified values of voltage and excitation current

СГ. Статичне відхилення напруги СГ від номінального значення М є при цьому однобічним (тільки убік бо зменшення) і визначається параметрами схеми стабілізації струму збудження: кількістю тактів випрямлення напруги СГ - т, значенням напруги живлення - О 4 і величиною ємності, що згладжує - Сс. Кожному сполученню цих параметрів будуть відповідати єдині зовнішня і регулювальна характеристики СГ.SG The static deviation of the SG voltage from the nominal value M is one-sided (only sideways or decrease) and is determined by the parameters of the excitation current stabilization scheme: the number of cycles of the SG voltage rectification - t, the value of the supply voltage - О 4 and the amount of the smoothing capacity - Сс. Each combination of these parameters will correspond to the unique external and regulatory characteristics of the SG.

Таким чином, пропонований спосіб є широтно-імпульсною стабілізацією струму збудження по пульсаціям випрямленої напруги СГ і, завдяки відповідності фізиці роботи СГ, одночасно є параметричною стабілізацією бв напруги СГ. При цьому СГ як елемент системи стає нерегульованим, тому що здобуває природне регулювання у вигляді параметричної стабілізації що дуже важливо для забезпечення стійкості режимів роботи СГ. Усі зазначені вище недоліки автоматичного регулювання напруги СГ виявляються перебореними, тому що автоматичне регулювання заміняється параметричною стабілізацією напруги СГ.Thus, the proposed method is a pulse-width stabilization of the excitation current based on pulsations of the rectified voltage of the SG and, due to the compliance with the physics of the operation of the SG, at the same time, it is a parametric stabilization of the second voltage of the SG. At the same time, the SG as an element of the system becomes unregulated, because it acquires natural regulation in the form of parametric stabilization, which is very important for ensuring the stability of the SG operating modes. All the above-mentioned disadvantages of automatic regulation of the SG voltage are overcome, because the automatic regulation is replaced by parametric stabilization of the SG voltage.

Реалізація пропонованого способу параметричної стабілізації напруги СГ показує, що цей спосіб має наступні переваги: 1. Зовнішня характеристика СГ стає лінією, на відміну від зовнішньої характеристики існуючих СГ, що являє собою смугу; 2. Статична помилка є однобічною і може бути доведена параметрами регулятора до значень - (0,1-0,53965),;The implementation of the proposed method of parametric stabilization of the SG voltage shows that this method has the following advantages: 1. The external characteristic of the SG becomes a line, in contrast to the external characteristic of the existing SG, which is a strip; 2. The static error is one-sided and can be adjusted by the regulator parameters to the values - (0.1-0.53965);

З. Відсутнє перерегулювання напруги при включенні навантаження; 70 4. Запропонований спосіб значно простіший в реалізації в порівнянні з використовуваними в практиці способами автоматичного регулювання напруги СГ і дозволяє реалізувати "сильне" регулювання напруги СГ, що значно підвищить динамічні показники СГ; 5. Відсутні коливальні режими і низькочастотна амплітудна модуляція напруги СГ; 6. Відсутність операції виміру напруги СГ і, отже, зони нечутливості вимірювального елемента по напрузі, /5 а також інших нелінійностей, що з'являються при посиленні, перетворенні і передачі сигналу керування в існуючих регуляторах, дозволяє забезпечити розподіл реактивного навантаження при рівнобіжній роботі СГ без зрівняльних з'єднань. Приклад конкретного виконання.Q. There is no over-regulation of the voltage when the load is turned on; 70 4. The proposed method is much simpler to implement in comparison with the methods of automatic regulation of the SG voltage used in practice and allows to implement "strong" regulation of the SG voltage, which will significantly increase the dynamic indicators of the SG; 5. There are no oscillatory modes and low-frequency amplitude modulation of the SG voltage; 6. The absence of the SG voltage measurement operation and, therefore, the zone of insensitivity of the measuring element in terms of voltage, /5, as well as other nonlinearities that appear during the amplification, transformation and transmission of the control signal in existing regulators, allows to ensure the distribution of the reactive load during parallel operation of the SG without equalizing connections. An example of a specific implementation.

Реалізація пропонованого способу параметричної стабілізації напруги СГ здійснюється наступними технічно простими операціями: одержують пульсації випрямленої трифазної напруги СГ, згладжують пульсації дляThe implementation of the proposed method of parametric stabilization of the SG voltage is carried out by the following technically simple operations: receive pulsations of the rectified three-phase voltage of the SG, smooth out the pulsations for

Підвищення чутливості стабілізатора до зміни напруги СГ, вимірюють тимчасові інтервали кожного такту згладжених пульсацій миттєвої випрямленої напруги СГ по лінії порівняння з заданою опорною напругою і подають імпульси напруги живлення на обмотку збудження СГ. Включення напруги на обмотку збудження (див. фіг.) здійснюють у моменти зниження миттєвих значень згладженої напруги пульсацій стосовно опорної напруги, а відключення напруги від обмотки збудження здійснюють у моменти перевищення миттєвих значень згладженої ов напруги пульсацій стосовно опорної напруги.Increasing the sensitivity of the stabilizer to changes in the voltage of the SG, measure the time intervals of each cycle of smoothed pulsations of the instantaneous rectified voltage of the SG along the comparison line with the specified reference voltage and supply voltage pulses to the excitation winding of the SG. Turning on the voltage on the excitation winding (see fig.) is carried out at the moment of decrease in the instantaneous values of the smoothed pulsation voltage in relation to the reference voltage, and disconnection of the voltage from the excitation winding is carried out at the moment of exceeding the instantaneous values of the smoothed voltage of the pulsations in relation to the reference voltage.

Реальними параметрами способу є: « - кількість тактів випрямлення напруги СГ за період - т. - коефіцієнт згладжування пульсацій кое - сч інThe real parameters of the method are: « - the number of rectification cycles of the SG voltage per period - t. - the smoothing coefficient of pulsations koe - sch in

При невеликих значеннях ємності, що згладжує, Со, порядку 3-7мкф (для напруги СГ 2208) форма нижніх З піків пульсацій забезпечує чутливість стабілізатора на рівні, достатньому для зниження статичної помилки Й стабілізації напруги до - (0,1-0,5395),,; - значення напруги живлення обмотки збудження - Ю у, або коефіцієнт форсування - Кер для реалізації З пропонованого способу складає значення 7-80.е. (стосовно напруги живлення холостого ходу). (Се) - опорна напруга - Одр, залежить від параметрів схеми і встановлюється з урахуванням величини ШО, у зоні пульсацій при номінальній напрузі СГ.At small values of the smoothing capacity, Со, of the order of 3-7μF (for the SG 2208 voltage), the shape of the lower Z peaks of the pulsations ensures the sensitivity of the stabilizer at a level sufficient to reduce the static error AND stabilize the voltage up to - (0.1-0.5395) ,,; - value of the supply voltage of the excitation winding - Yu y, or the forcing coefficient - Ker for the implementation of the proposed method is the value of 7-80.e. (regarding the no-load supply voltage). (Se) - reference voltage - Odr, depends on the parameters of the circuit and is set taking into account the value of SHO, in the pulsation zone at the nominal voltage of SG.

Література: « 1. Воскобович В.Ю.Електроенергетичні установки і силова електроніка транспортних засобів. / В.Ю. Воскобович і ін. - Спб.: Изд-во "Злмор", 2001. - 384 с. - с 2. Коваленко В.П. Регулювання напруги і стійкість суднових синхронних генераторів. / В.П. Коваленко. - а Л.: Суднобудування, 1976. - 270 с. » 3. Патент 38469А України, МКИ? НОЗІ 5/00. Спосіб регулювання напруги СГ. /Р. Парасолів; А. Алаев; А.References: « 1. Voskobovych V.Yu. Electric power plants and power electronics of vehicles. / V.Yu. Voskobovych and others. - St. Petersburg: Zlmor Publishing House, 2001. - 384 p. - p 2. Kovalenko V.P. Voltage regulation and stability of ship synchronous generators. / V.P. Kovalenko. - and L.: Shipbuilding, 1976. - 270 p. » 3. Patent 38469A of Ukraine, MKI? LEGS 5/00. The method of regulating the voltage of SG. /R. Umbrellas; A. Alaev; AND.

Шоцкий (Україна). - Мо 2000074044; Заявлено 10.07.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. Мо 4, Пріоритет 11.07.2000, МоShotsky (Ukraine). - MO 2000074044; Announced on 07/10/2000; Publ. 05/15/2001, Bull. Mo. 4, Priority 11.07.2000, Mo

З6757У - 7 (Україна). (22) пиZ6757U - 7 (Ukraine). (22) pi

Claims

The formula of the invention is 50. The method of parametric stabilization of the voltage of a synchronous generator, which includes the rectification of the three-phase voltage of the synchronous generator, the measurement of the time intervals of each cycle of the pulsations of the instantaneous rectified voltage of the synchronous generator along the comparison line with the specified reference voltage and the supply of voltage pulses to the excitation winding with a width due to the intersection of each peak of the pulsations with the reference voltage line, which is characterized by the fact that the instantaneous pulsations of the rectified voltage of the synchronous generator are smoothed before the measurement of the time intervals.

R 60 b5