модернизация системы возбуждения Г72

статизм внешних характеристик генератора по реактивному току в пределах от 0 до 3% при номинальном коэффициенте мощности;
контроль и сигнализацию при неисправностях и аварийных параметрах генератора и приводного двигателя;
защиту генератора от перенапряжений, потери возбуждения, короткого замыкания в роторе и обратного потока мощности;
плавное ручное изменение уровня автоматического регулируемого напряжения в пределах 100% (+5% -10%) от номинального напряжения генератора при всех нагрузках от холостого хода до номинальной;
поддержание напряжения при изменении нагрузки от 0 до 100% с погрешностью 5% от средне регулируемого значения.
Электроагрегат СГД2М-17-44-16 способен надёжно работать при внешних условиях, которые приведены в табл. 2.2.

 
Таблица 2.2 – Внешние условия, обеспечивающие надежную работу генератора СГД2М-17-44-16
№ п/п Параметр Значение
1 Давление окружающего воздуха, кПа (мм.рт.ст.), не менее 79,5 (596)
2 Температура окружающего воздуха, К (°С), в пределах 281…323 (8…50)
3 Температура наружного воздуха, К (°С), в пределах 233…313 (-40…+50)
4 Разрежение на впуске, кПа (мм.вод.ст.), не более 1,5 (147)
5 Противодавление на выпуске, кПа (мм.вод.ст.), не более 3,0 (300)
6 Относительная влажность воздуха, %, не более 98
7 Температура воды внешнего контура на входе в охладитель наддувочного воздуха, К (°С), до 306 (+33)

Система возбуждения генератора состоит из следующих функциональных систем:
силовая схема;
автоматические регуляторы;
защиты;
система управления.
Силовая часть системы возбуждения выполнена по схеме параллельного самовозбуждения с одним тиристорным преобразователем.
Схема выпрямления тиристорного преобразователя – нереверсивный трехфазный мост. Защита тиристоров от коммутационных перенапряжений осуществляется RC-цепочками, от внешних перенапряжений – варисторами. Защита при внутреннем коротком замыкании осуществляется герконовыми датчиками, воздействующими на отключение по независимому расцепителю входного автоматического выключателя. Защита тиристорного преобразователя и ротора от перенапряжений осуществляется тиристорным разрядником.
Управление тиристорным преобразователем, защита и сигнализация, автоматическое регулирование возбуждения осуществляется системой управления.
Автоматический регулятор возбуждения системы управления обеспечивает поддержание напряжения на выходе генератора с заданной точностью при изменении нагрузки в статических и переходных режимах. Функционально регулятор представляет собой систему подчиненного регулирования, в которой выходной сигнал одного контура регулирования является входным для последующего и включает в себя устройство ограничения задания напряжения генератора в пределах от 0,8 до 1,1 Uн, задатчик интенсивности, регуляторы напряжения и тока возбуждения генератора. Регуляторы тока и напряжения генератора – пропорционально-интегральные.
Все задачи системы управления (СУ) выполняются программно-аппаратным способом. Выходными сигналами системы управления являются, регулируемые по фазе, управляющие импульсы тиристорного преобразователя.
Кроме этого системой управления выполняются: индикация режимов работы и причин аварийных отключений, а также формирование сигналов устройств.
Выходные сигналы формируются в функции внешних заданий и величин выходных параметров системы возбуждения.
СУ представляет собой набор устройств и печатных плат – основных и периферийных. К основным печатным платам относятся – плата управления, плата выходных каскадов и пультовой терминал с дисплеем. К периферийным платам относятся датчик выходного тока и датчик выходного напряжения, плата дискретного ввода, датчики входного тока и др.
Плата управления является вычислительным устройством. В ней размещены все основные устройства вычислительной системы – ПЗУ, ППЗУ, ОЗУ, микро-ЭВМ. Программно-аппаратные средства платы обеспечивают также связь с пультовым терминалом и ПЭВМ верхнего уровня по интерфейсной связи. С измерительным и коммутационным комплексами генератора связь платы управления осуществляется через периферийные платы. В запоминающих устройствах платы управления размещаются рабочие и сервисные программы системы возбуждения и наладочные «уставки» системы управления.
Управляющие импульсы преобразователя главных цепей формируются непосредственно в плате управления. В плате выходных каскадов производится их усиление и распределение по тиристорам.
В плате также формируются сигналы, отключающие выключатели при авариях.
Плата дискретного ввода обеспечивает связь СУ с аппаратами силовой части изделия и клеммниками цепей.
В системе возбуждения реализованы следующие каналы защит и ограничений:
ограничение тока возбуждения;
контроль наличия тока возбуждения;
контроль и ограничение реактивной мощности генератора;
защита генератора от превышения напряжения статора выше 1,2Uн;
защита генератора от насыщения магнитной системы при снижении частоты напряжения генератора;
защита тиристорных преобразователей при внешнем и внутреннем коротких замыканиях;
защита тиристорного преобразователя и ротора генератора от перенапряжений;
контроль изоляции цепей ротора;
форсировка возбуждения генератора при снижении напряжения генератора ниже 0,8Uн.
В структурах АРВ сильного действия (АРВ-СД) [23], которые традиционно используются для выполнения регулировки синхронных генераторов, выделяются в виде основных блоков: автоматические регуляторы напряжения (АРН), которые реализуют пропорционально-дифференциальный (ПД) закон регулирования, системные стабилизаторы (СС) с входным сигналом по отклонению частот напряжения Δfu, производных частот напряжения f'u и производной тока возбуждения i'f (рис. 2.2). Сигналы по отклонению частот напряжения представляют собой линейные комбинации стабилизирующих сигналов по производной угла нагрузок и дестабилизирующих сигналов по производной э.д.с. синхронного генератора, с целью компенсации которого обычно применяют отрицательную обратную связь по производной тока возбуждения [18, 24].

Рисунок 2.2 – Общий вид структурной схемы управления возбуждением синхронного генератора

К основным управляющим блокам, которые входят в состав АРВ для синхронного генератора СГД2М-17-44-16 и, которые приведены на рис. 2.3 относятся: блоки напряжения (БН), формирующие сигналы отклонения напряжения статора и его производной (ДН); блоки токов (БТ), вырабатывающие сигналы токов статора, ротора и их производной; блоки частот и защит (БЧЗ), которые формируют сигналы по частотам и их производных частот (ДЧ); блоки усиления (БУ), которые суммируют, усиливают сигналы регулирования и стабилизации и формируют выходной сигнал АРВ, а также осуществляющий гальваническую развязку между цепями АРВ и системами управления тиристорным преобразователем.

Рисунок 2.3 – Общий вид упрощенной структурной схемы АРВ возбуждения синхронного генератора СГД2М-17-44-16

Модель состоит из совокупности передаточных функций, узлов и блоков АРВ, которые отражают динамические свойства регулятора в интервале частот колебаний 0,2…5,0 Гц. Для физических входов АРВ характерны периодические сигналы, поступающие от измерительных трансформаторов тока и напряжения, которые пропорциональны напряжению UГ и току статора iГ, току ротора if и суммарному току генераторов IΣ. Измерительными преобразователями формируются сигналы на основании входной информации, которые при малых значениях отклонений могут быть интерпретированы в виде изменения напряжения ΔUГ, частоты напряжения Δfu, тока Δif и напряжения ΔUfd ротора.

 
3 Разработка математической модернизированной модели системы возбуждения

На основе приведенной модели запишем передаточные функции АРВ.
Изменение напряжения ΔUГ поступает на вход блока напряжения (БН), имеющего передаточную функцию [25]:

W_БН (p)=1/(1+pT) [K_БН/(1+0.11p)],[B/B],

где K_БН=20 В/е.н.
Передаточная функция дифференциатора канала напряжения (ДН):

W_ДН (p)=0.03p/(1+0.03p)^2 ,[B/(B/c)].

Передаточная функция блока частоты (БЧЗ):

W_БЧЗ (p)=0.536p/(1+0.037p)(1+2.244p)(1+0.0047p) ,[B/(рад/c)].

Передаточная функция дифференциатора канала частоты (ДЧ):

W_БЧЗ (p)=0.4p/(1+0.02p)(1+0.2p) ,[B/(В/c)].

Передаточная функция канала регулирования по производной тока ротора (БТ):

W_БЧЗ (p)=0.282p/(1+0.012p)(1+0.024p)(1+0.094p) ,[B/(e.t.p/c)].

Передаточная функция канала жесткой обратной связи:

W_жос (p)=(0.313p(1+0,033p))/(1+0.0044p)(1+0.002p) ,[B/(e.в)].

Сигналы отклонения и производной напряжения, отклонения и производной частоты напряжения и производной тока ротора суммируются в блоке усиления (БУ), имеющем передаточную функцию:

W_БУ (p)=K_БУ/(1+0.002p)(1+0.005p) ,[B/B],

Для статических систем возбуждения коэффициент блока усиления K_БУ равен 50 В/В.
В результате на выходе АРВ формируется сигнал:

∆U_АРВ=W_БУ (p)(W_БН (p) K_БН ∆U_г [K_u+K_1u W_ДН (p)]+K_1if W_БТ (p)∆I_f-
-W_БЧЗ (p)[K_0f+K_1f W_ДЧ (p)]∆F_u+W_жос (p)∆U_f),

где K_u, K_1u – коэффициенты усиления регулятора возбуждения по отклонению и первой производной напряжения машины;
K_1if – коэффициент усиления регулятора возбуждения по отклонению и первой производной тока возбуждения машины;
K_0f, K_1f – коэффициенты усиления регулятора возбуждения по отклонению и первой производной частоты.
Эти весовые коэффициенты зависят от переключателей коэффициентов усиления каналов регулирования. Величина коэффициента K_u всегда постоянна, не зависит от положения переключателей и равна 0,13.
Если выразить коэффициенты усиления в именованных единицах:
(K_0u [е.в.н./е.н. ], K_1u [е.в.н./c], K_1if [е.т.в./с], K_f [е.в.н./Гц]), учесть все знаки в тракте регулирования и коэффициент усиления возбудителя, то обобщенное упрощенное уравнение регулирования запишется в виде [25]:

K_f=K_0f=K_1f,
∆U_f [е.в.н.]=-(K_0u+pK_1u )∆U[е.н.]-p/(1+0.137p) K_1if ∆I_f [е.т.в.]+
+2K_f ∆f_u [Гц].

Отечественные системы возбуждения проектируются таким образом, что отрицательное отклонение U_АРВ вызывает увеличение напряжения ротора.
Для обеспечения стабильных динамических характеристик синхронного генератора с системой возбуждения в различных режимных условиях наиболее целесообразно введение в систему возбуждения адаптивных регуляторов на основе систем с моделями и безынерционными алгоритмами.
Построение адаптивного управления техническими системами, как правило, основано на двух главных подходах: адаптивное управление по схеме с эталонной моделью (АСЭМ) и по схеме с настраиваемой моделью (АСНМ). Для технического объекта, который обладает ограниченной неопределенностью, чаще используют адаптивную систему типа АСНМ [14, 15, 16, 22], представленной на рис 3.1.