Исследование автоматических регуляторов возбуждения синхронного генератора с различными сигналами каналов стабилизации по частоте




Page 1


background image







Page 2


background image

110

релейная защита и автоматика

Исследование автоматических 
регуляторов возбуждения 
синхронного генератора 
с различными сигналами каналов 
стабилизации по частоте

УДК 621.311:621.316.9

Ключевые

 

слова

:

автоматический 

регулятор возбужде-

ния, оценка качества 

переходного процесса, 

входные сигналы кана-

лов внешней стабили-

зации

Климова

 

Т

.

Г

., 

к.т.н., доцент кафедры 

РЗиА ФГБОУ ВО 

«НИУ «МЭИ»

Николаева

 

О

.

О

.,

старший преподава-

тель кафедры РЗиА 

ФГБОУ ВО

«НИУ «МЭИ»

В

 

некоторых

 

случаях

 

использование

 

в

 

АРВ

 

СГ

 

штатного

 

входного

 

сигнала

 

ка

налов

 

стабилизации

 

по

 

частоте

 

напряжения

 

на

 

шинах

 

генератора

 

может

 

суще

ственно

 

ухудшить

 

демпфирование

 

переходных

 

процессов

В

 

статье

 

отражены

 

результаты

 

исследования

 

работы

 

регулятора

 

типа

 AVR-3MT 

в

 

цифровой

 

модели

 

сети

реализованной

 

в

 

ПАК

 RTDS. 

Работа

 

АРВ

 

рассматривалась

 

для

 

несколь

ких

 

схемно

режимных

 

ситуаций

 

при

 

разных

 

входных

 

сигналах

 

каналов

 

внеш

ней

 

стабилизации

Показано

 

их

 

влияние

 

на

 

размер

 

и

 

расположение

 

областей

 

устойчивости

набор

 

оптимальных

 

параметров

 

и

как

 

следствие

на

 

качество

 

регулирования

При

 

этом

 

использование

 

других

 

входных

 

сигналов

 

по

 

частоте

 

позволяют

 

получать

 

более

 

эффективное

 

демпфирование

 

колебаний

чем

 

при

менение

 

штатного

 

сигнала

Для

 

многих

 

ситуаций

 

рассчитанные

 

оптимальные

 

параметры

 

лежат

 

за

 

пределами

 

реализуемого

 

в

 

АРВ

 

МТ

 

диапазона

 

значений

что

 

затрудняет

 

достижение

 

наилучшего

 

качества

 

регулирования

Таким

 

обра

зом

показана

 

необходимость

 

анализа

 

алгоритмов

 

АРВ

 

при

 

разных

 

входных

 

сигналах

 

каналов

 

внешней

 

стабилизации

.

А

втоматический  регулятор  возбуждения  (АРВ)  синхронного  ге-

нератора  (СГ)  —  это  ответственное  сложное  устройство,  кото-

рое  требует  оптимальной  настройки  и  проверки  перед  вводом 

в эксплуатацию в ЕЭС России в соответствии с [1]. Расчет оп-

тимальных  значений  должен  осуществляться  во  всех  схемно˗режимных 

ситуациях исходя из требования обеспечения устойчивости электроэнер-

гетической системы (ЭЭС) и наилучшего качества переходных процессов 

(ПП) во всех случаях при малых возмущениях в любой точке системы [1].

В  статье  Ф.Л.  Когана  «Особенности  сильного  регулирования  возбуж-

дения  синхронных  генераторов  в  сложной  энергосистеме»  [2],  а  также 

в  [3,  4],  отмечается,  что  в  некоторых  случаях  демпфирование  переход-

ных процессов при использовании каналов стабилизации по частоте на-

пряжения на зажимах генератора 

fg

 и ее производной (штатные сигналы 

в рассматриваемом регуляторе типа АРВ-МТ) осуществляется менее эф-

фективно,  чем  при  отсутствии  этих  каналов.  Использование  в  качестве 

входного  сигнала  в  каналах  внешней  стабилизации  частоты  вращения 

вала генератора 

fr

 или разности между отклонением частоты вращения 

вала генератора 

fr

 и частоты напряжения на шинах ВН 

fs

 электростанции 

обеспечивает  существенно  большую  стабилизацию  режимов  во  многих 

ситуациях по сравнению с использованием штатного входного сигнала.

Предметом статьи является сопоставление качества стабилизации ре-

жимных параметров при использовании в АРВ разных входных сигналов 

каналов внешней стабилизации.

Для решения поставленной задачи исследовалась работа регулятора 

типа AVR-3MT российского производства, работающего в автоматической 

системе регулирования (АСР). На рисунке 1 представлен фрагмент авто-

матической системы регулирования возбуждения синхронного генерато-

ра [5], используемый для исследования устойчивости функционирования 

АСР. Здесь показаны:

1)  основной канал регулирования напряжения (АРН);







Page 3


background image

111

2)  каналы внутренней стабилизации (передаточная 

функция 

W

1

If

(

p

)

 по производной тока ротора и 

W

1

u

(

p

)

 

по  производной  амплитуды  напряжения  стато-

ра) — 

;

3)  каналы  внешней  стабилизации  (передаточная 

функция 

W

0

f

(

p

)

  по  отклонению  частоты  и 

W

1

f

(

p

)

  по 

производной частоты) — 

;

4)  синхронный  генератор  представлен  тремя  пере-

даточными функциями (по числу измеряемых па-

раметров) с параметрами, зависящими от режима 

работы синхронного генератора.

Основными настроечными параметрами в авто-

матическом регуляторе напряжения (АРН) являются 

коэффициент усиления по отклонению напряжения 

статора генератора — 

K

0

u

 (о.е.) и постоянная време-

ни интегрирования в контуре регулирования напря-

жения статора — 

T

u

 

= 1 / 

K

int

 (с). Параметры каналов 

внешней  стабилизации:  коэффициент  усиления 

по отклонению частоты — 

K

0

f

 (о.е./Гц) и коэффици-

ент  усиления  по  первой  производной  частоты  —

K

1

f

  (о.е./Гц/с).  Параметры  каналов  внутренней  ста-

билизации: коэффициент усиления по производной 

напряжения  статора  — 

K

1

u

  (о.е./с)  и  коэффициент 

усиления  по  первой  производной  тока  ротора  — 

K

1

if

 (о.е./с).

Данные  были  получены  из  цифровой  модели 

сети, реализованной с использованием RTDS (Real-

Time Digital Simulator). Для анализа выбрана работа 

генератора Г1 в нескольких схемно-режимных ситу-

ациях. Имеются данные по 9 ситуациям, в которых 

отключаются  различные  линии  электропередачи 

и  меняется  мощность  нагрузки  (по  программе  на-

стройки АРВ). Схема на рисунке 2а относится к нор-

мальному рабочему режиму, а на рисунке 2б — к ре-

Рис

. 1. 

Фрагмент

 

линеаризованной

 

автоматической

 

системы

 

регулирования

 

возбуждения

 

синхронного

 

генератора

ГООС

 — 

главная

 

отрицательная

 

обратная

 

связь

Рис

. 2. 

Часть

 

схемы

 

сети

 

нормального

 

режима

 (

а

и

 

ремонтного

 

режима

 (

б

и

 

АФХ

 

АСР

 

в

 

соответствующих

 

режи

мах

 

при

 

разомкнутой

 

главной

 

обратной

 

связи

а)

б)

 2 (65) 2021







Page 4


background image

112

монтному (самому тяжелому из заданных) режиму, 

отключенные линии показаны пунктиром. На рисун-

ке  2  приведены  амплитудно-фазовые  характери-

стики разомкнутых АСР. При этом в АРВ отключены 

каналы  стабилизации,  в  работе  находится  только 

канал напряжения.

В  соответствии  с  критерием  Найквиста  можно 

утверждать,  что  в  схеме  нормального  режима  АСР 

устойчиво работает и при использовании только ра-

бочего  канала  напряжения,  однако  в  ситуации  ре-

монтного режима АСР является неустойчивой.

При использовании цифровых моделей энерго-

систем, содержащих синхронные генераторы, воз-

можно  наблюдать  все  необходимые  параметры, 

в  частности  определять  разные  частоты:  частоту 

вращения  вала  генератора 

fr

(

t

);  частоты  напряже-

ния на шинах генератора 

fg

(

t

) и станции 

fs

(

t

). На ри-

сунке 3 показаны информационные характеристики 

этих частот для некоторых из рассмотренных схем-

но-режимных ситуаций, выбраны наи-

более  разнообразные:  1  —  рабочий 

режим;  4  —  самый  тяжелый  ремонт-

ный режим; 3 и 6 также соответствуют 

ремонтным  режимам  с  отключением 

разных линий. По спектральным плот-

ностям сигналов видно, что приведен-

ные  режимы  разнообразны  и  отлича-

ются друг от друга.

На  рисунке  4  в  одинаковом  мас-

штабе показаны области устойчивости 

АСР  в  плоскости  коэффициентов 

K

0

f

 

и 

K

1

f

 (коэффициенты каналов внешней 

стабилизации)  для  разных  входных 

сигналов каналов внешней стабилиза-

ции при отключенных (а) и включенных 

каналах внутренней стабилизации (б). 

Видно,  что  каналы  внутренней  ста-

билизации  оказывают  существенное 

влияние  на  размер  областей  устой-

чивости.  Стоит  отметить  поворот  об-

ласти  устойчивости  при  входном  сиг-

нале  каналов  внешней  стабилизации 

dfr

dfs

,  это 

обусловлено  соответствующими  фазовыми  сдви-

гами  указанных  сигналов  во  временной  области 

(рисунок 3). Данный поворот области у