RU2767178C1 - System for controlling excitation of synchronous generator in alternating current distribution network - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of electrical engineering, in particular to the synchronous generator excitation systems in the AC distribution network. Device is additionally equipped with a unit for correcting the generator output voltage setting and an adder. At that, generator output voltage setting correction unit comprises: second subtractor unit; unit for generating absolute deviation of reactive power from a given value; three-position regulator; first unit for generating a command "increase generator voltage setting"; second unit for generating a command "reduce generator voltage setting"; pulse-width modulator; integrator.

EFFECT: improvement of static stability of synchronous generator and improvement of its operation reliability.

1 cl, 4 dwg

Description

The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to control synchronous generators in enterprises that generate electrical energy and operate on a powerful network. The device can be used in power supply systems of industrial enterprises, which are characterized by random deviations of the supply voltage (for example, for a 110 kV network), due to frequent changes in its configuration or switching of powerful electrical receivers.

Known excitation controller of a synchronous generator, containing a voltage sensor, an analog-to-digital converter, a fuzzy controller, a digital signal adder, a digital-to-analog converter, a power amplifier, a reactive current sensor, a neural network controller, an averaging unit (see RF patent No. 65317, H02R 9/ thirty).

The disadvantage of the known device is the limited range of regulation of the output voltage of the generator when the voltage of the power network to which the generator is connected, due to the restrictions (underexcitation mode or overexcitation mode) provided for in the regulator. When these limits are reached, the static stability of the generator decreases, as well as the reliability of its operation in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise.

The closest analogue to the claimed invention is a system for regulating the excitation of a synchronous generator in an AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, containing a powerful high-voltage power system, to which, through a step-up transformer, a switchgear bus and current sensors of the stator windings of a synchronous generator, the generator output, winding excitation of which is connected through the excitation current sensor to the output of the thyristor converter, the outputs of the excitation current sensor and the current sensors of the stator windings of the generator are connected respectively to the first and second inputs of the control unit, the output of the generator output voltage sensor is connected to the third input of the specified unit, the inputs of which are connected to the connection point current sensors of the stator windings of the synchronous generator and the bus of the switchgear, consumers of their own needs are connected to these buses, to the fourth input the block and the output of the voltage sensor of a powerful high-voltage power system is connected to the control, the first output of the control unit is connected to the first input of the first subtraction unit, the output of which is connected to the first input of the generator excitation voltage regulator, the output of the latter is connected to the control input of the thyristor converter, the second, third and fourth outputs of the unit controls are connected respectively to the first, second and third inputs of the block of restrictions, the output of which is connected to the second input of the generator excitation voltage regulator, the first output of the block of tasks and settings (A.A. Yurganov, V. A. Kozhevnikov "Excitation control of synchronous generators", St. Petersburg, "Nauka", 1996, p. 66, fig. 4.1).

A disadvantage of the known excitation control system of a synchronous generator is the low static stability of the synchronous generator and the low reliability of its operation in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, due to its limited voltage regulation range.

The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of a device that provides an increase in the static stability of a synchronous generator and an increase in the reliability of its operation.

The technical result is achieved by expanding the range of regulation of the output voltage of the generator. When the excitation control system reaches the limits (underexcitation mode or overexcitation mode), which are given in the technical documentation of the synchronous generator, the generator output voltage setting is changed, this increases the generator reactive power reserve and reduces the excitation current and stator currents of the generator.

The problem is solved by the fact that the system for regulating the excitation of a synchronous generator in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, containing a powerful high-voltage power system, to which, through a step-up transformer, a switchgear bus and current sensors of the stator windings of a synchronous generator, the generator output is connected, the excitation winding which is connected through the excitation current sensor to the output of the thyristor converter, the outputs of the excitation current sensor and the current sensors of the stator windings of the generator are connected respectively to the first and second inputs of the control unit, the output of the generator output voltage sensor is connected to the third input of the specified unit, the inputs of which are connected to the connection point of the sensors current of the stator windings of the synchronous generator and the switchgear bus, consumers of their own needs are connected to these buses, the fourth input of the control unit is connected output of a voltage sensor of a powerful high-voltage power system, the first output of the control unit is connected to the first input of the first subtraction unit, the output of which is connected to the first input of the generator excitation voltage regulator, the output of the latter is connected to the control input of the thyristor converter, the second, third and fourth outputs of the control unit are connected respectively to the first, second and third inputs of the block of restrictions, the output of which is connected to the second input of the generator excitation voltage regulator, to the fourth input of the block of restrictions the first output of the block of tasks and settings is connected, according to the invention , it is equipped with a block for correcting the generator output voltage setting and an adder, the first input which is connected to the second output of the block of tasks and settings, the output of the adder is connected to the second input of the first subtraction block, the generator output voltage setting correction block is equipped with a second subtraction block, the first input of which is connected to the third output m block of tasks and settings, the second input of the second subtraction block is connected to the second output of the control unit, the output of the second subtraction block is connected to the unit for generating the absolute deviation of reactive power from the set value, as well as to the first input of the three-position controller, the second input of which is connected to the fourth output of the block tasks and settings, the first output of the three-position regulator is connected to the first input of the first block for generating the command "increase the generator voltage setpoint", the second output of the three-position regulator is connected to the first input of the second block for generating the command "decrease the generator voltage setpoint", the second inputs of these command generation blocks are connected to the output of the pulse-width modulator, the input of which is connected to the output of the block for generating the absolute deviation of reactive power from the set value, the outputs of the first and second blocks for generating commands are connected, respectively, to the first and second inputs of the integrator, the output of which o is connected to the second input of the adder.

The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

- figure 1 shows a functional diagram of the excitation control system of a synchronous generator in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise;

синхронного генератора от тока возбуждения при постоянной величине его активной мощности. Показаны минимальные и максимальные величины тока возбуждения

,

и реактивной мощности

,

, а также их номинальные величины

,

. Кроме того на фиг.2 показаны величины допустимых отклонений реактивной мощности от номинальной величины

при ее уменьшении

и увеличении

;- figure 2 shows the dependence of reactive power

synchronous generator from the excitation current at a constant value of its active power. Minimum and maximum excitation current values shown

,

and reactive power

,

, as well as their nominal values

,

. In addition, figure 2 shows the values of permissible deviations of reactive power from the nominal value

when it decreases

and increase

;

; порог перехода к уменьшению уставки выходного напряжения генератора

; порог перехода к отмене изменения уставки выходного напряжения генератора

;- figure 3 shows the characteristics of a three-position regulator, which shows three thresholds: the transition threshold to increase the generator output voltage setting

; transition threshold to reduce the generator output voltage setting

; transition threshold to cancel the change in the generator output voltage setting

;

- figure 4 shows graphs explaining the principle of operation of the proposed system for regulating the excitation of a synchronous generator in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise.

The inventive system for regulating the excitation of a synchronous generator in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise (figure 1), contains a powerful high-voltage power system 1, to which, through a step-up transformer 2, a switchgear bus 3 and current sensors of the stator windings 4 of the synchronous generator 5 is connected generator output.

The excitation winding of the generator 6 through the excitation current sensor 7 is connected to the output of the thyristor converter 8. The outputs of the excitation current sensor 7 and the current sensors of the stator windings 4 of the generator are connected respectively to the first and second inputs of the control unit 9. The output of the generator output voltage sensor is connected to the third input of this unit. 10, the inputs of which are connected to the connection point of the current sensors of the stator windings of the synchronous generator 4 and the switchgear bus 3. Auxiliary consumers 11 are connected to these buses. The output of the voltage sensor of the powerful power system 12 of high voltage is connected to the fourth input of the control unit 9.

The first output of the control unit 9 is connected to the first input of the first subtraction unit 13, the output of which is connected to the first input of the generator excitation voltage regulator 14, the output of the latter is connected to the control input of the thyristor converter 8. The second, third and fourth outputs of the control unit 9 are connected respectively to the first, the second and third inputs of the restriction block 15, the output of which is connected to the second input of the generator excitation voltage regulator 14. The first output of the tasks and settings block 16 is connected to the fourth input of the restriction block 15.

The excitation control system of a synchronous generator in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise is additionally equipped with a generator output voltage setpoint correction unit 17 and an adder 18. The first input of the adder 18 is connected to the second output of the task and settings block 16. The output of the adder 18 is connected to the second input of the first subtraction block 13.

The generator output voltage setpoint correction unit 17 is provided with a second subtraction unit 19, the first input of which is connected to the third output of the tasks and settings unit 16, the second input of the second subtraction unit 19 is connected to the second output of the control unit 9. The output of the second subtraction unit 19 is connected to the unit for generating the absolute deviations 20 of reactive power from the set value, as well as with the first input of the three-position controller 21.

The second input of the three-position regulator 21 is connected to the fourth output of the tasks and settings block 16. The first output of the three-position regulator 21 is connected to the first input of the first block for generating the command "increase the generator voltage setting" 22. The second output of the three-position regulator 21 is connected to the first input of the second block for generating the command " reduce the generator voltage setting" 23.

The second inputs of the said blocks generating commands 22 and 23 are connected to the output of the pulse-width modulator 24, the input of which is connected to the output of the block forming the absolute deviation 20 of the reactive power from the set value. The outputs of the first 22 and second 23 command generating units are connected respectively to the first and second inputs of the integrator 25, the output of which is connected to the second input of the adder 18.

вырабатываемой генератором. На второй вход - сигнал текущего значения реактивной мощности

генератора.Let us explain the operation of the block for correcting the setting of the output voltage of the generator 17 (figure 1), which is additionally introduced into the known device and gives it a distinctive feature. At its first input, according to the diagram of active and reactive power of the generator, a signal of the specified (nominal) value of reactive power is received

generated by the generator. On the second input - a signal of the current value of reactive power

generator.

удовлетворяет условию

(фиг.2), то на выходе блока коррекции уставки выходного напряжения генератора 17 отсутствуют сигналы «увеличить или уменьшить уставку напряжения генератора», т.е.

. При этом генератор не переходит в режим недовозбуждения

, т.е. обеспечивается его статическая устойчивость. Кроме того генератор не переходит в режим перевозбуждения

, т.е. не допускается перегрев обмотки возбуждения и обмоток статора, что повышает надежность работы генератора.If the value

satisfies the condition

(figure 2), then at the output of the generator output voltage setting correction unit 17 there are no signals "increase or decrease the generator voltage setting", i.e.

. In this case, the generator does not go into underexcitation mode.

, i.e. ensure its static stability. In addition, the generator does not go into overexcitation mode.

, i.e. overheating of the excitation winding and stator windings is not allowed, which increases the reliability of the generator.

выполняется практически всегда. Кратковременно указанное условие может быть нарушено в интервале времени, когда осуществляется изменение уставки выходного напряжения генератора.Note that in the claimed device the condition

performed almost always. For a short time, this condition may be violated in the time interval when the generator output voltage setting is changed.

или

контур регулирования постоянства напряжения на выходе генератора размыкается, т.е. регулирование выходного напряжения генератора отключается. При этом ток возбуждения генератора будет постоянным и определяется диаграммой активной и реактивной мощностей генератора, например,

или

(фиг.2).In the known systems for controlling the excitation of a synchronous generator, when entering into the indicated restrictions

or

the constant voltage control circuit at the generator output opens, i.e. generator output voltage regulation is disabled. In this case, the excitation current of the generator will be constant and is determined by the diagram of the active and reactive powers of the generator, for example,

or

(figure 2).

контур по поддержанию постоянства выходного напряжения генератора размыкается сразу. При выполнении ограничения

указанный контур - размыкается с определенной выдержкой времени, определяемой временем допустимости режима работы генератора с перегревом обмоток статора и возбуждения. Если в таком режиме произойдет отклонение напряжения в пределах до 15% от номинального, то система автоматического регулирования возбуждения не отреагирует, так как контур регулирования выходного напряжения генератора разомкнут.При снижении напряжения более чем на 15% сработает система форсировки (в данном устройстве эта система не рассматривается).In known systems for controlling the excitation of a synchronous generator, when the restriction is fulfilled

the circuit for maintaining the constant output voltage of the generator opens immediately. When the constraint is met

the specified circuit - opens with a certain time delay, determined by the admissibility time of the generator operation mode with overheating of the stator and excitation windings. If in this mode a voltage deviation occurs within up to 15% of the nominal value, then the automatic excitation control system will not respond, since the generator output voltage control loop is open. being considered).

в широком диапазоне изменения напряжения мощной сети. Это повышает статическую устойчивость синхронного генератора и надежности его работы.Thus, in the inventive system for automatic control of the generator excitation, the correction unit for the generator output voltage setting 17 ensures the fulfillment of the condition

in a wide range of voltage variations of a powerful network. This increases the static stability of the synchronous generator and the reliability of its operation.

Let us briefly describe the purpose and principle of operation of the blocks that are part of the setpoint correction unit 17 (figure 1) of the output voltage of the synchronous generator.

(фиг.2), сравнивая его заданное (номинальное) значение

с текущим значением

.The second subtraction block 19 generates a reactive power deviation signal of the synchronous generator

(figure 2), comparing its specified (nominal) value

with current value

.

, если выходное напряжение генератора больше его заданного значения, т.е.

. Указанное условие может наступить, когда напряжение мощной сети стало больше его номинального значения

. Наличие отклонения реактивной мощности синхронного генератора

обусловлено работой системы автоматического регулирования напряжения возбуждения генератора, которая стремится обеспечить выполнение условия

. Указанное условие достигается благодаря уменьшению тока возбуждения генератора

(фиг.2), что сопровождается уменьшением текущего значения реактивной мощности

и как следствие увеличением отклонения

, которое принимает положительное значение.Generator reactive power deviation will be positive

, if the output voltage of the generator is greater than its specified value, i.e.

. The specified condition may occur when the voltage of a powerful network has become greater than its nominal value.

. Presence of deviation of the reactive power of the synchronous generator

due to the operation of the generator excitation voltage automatic control system, which seeks to ensure the fulfillment of the condition

. This condition is achieved by reducing the excitation current of the generator

(figure 2), which is accompanied by a decrease in the current value of reactive power

and, as a result, an increase in the deviation

, which takes a positive value.

(фиг.2), если выходное напряжение синхронного генератора стало меньше его заданного значения, т.е.

. Указанное условие может наступить, когда напряжение мощной сети стало меньше его номинального значения

. Для выполнения условия

система автоматического регулирования напряжения возбуждения генератора увеличивает ток возбуждения генератора

(фиг.2). В результате увеличивается текущее значение реактивной мощности генератора

, а его отклонение уменьшается

, принимая отрицательное значение.Generator reactive power deviation can also have a negative value

(figure 2), if the output voltage of the synchronous generator has become less than its specified value, i.e.

. The specified condition may occur when the voltage of a powerful network has become less than its nominal value.

. To fulfill the condition

generator excitation voltage automatic regulation system increases the generator excitation current

(figure 2). As a result, the current value of the reactive power of the generator increases

, and its deviation decreases

, taking a negative value.

на его выходе принимает положительное значение

.The unit for generating the absolute deviation of the reactive power of the generator 20 (figure 1) generates its input signal at the output, but without taking into account the sign. As a result of block 20 operation, the negative value of reactive power deviation

takes a positive value at its output.

.

(фиг.2) с его заданным положительным отклонением реактивной мощности

или с нулевым значением отклонения

(фиг.3). По результатам сравнения трехпозиционный регулятор 21 формирует команду

- увеличить напряжение уставки генератора или

- не изменять напряжение уставки генератора.The three-position regulator 21 (figure 1) of the voltage set point of the synchronous generator compares the current value of the positive deviation of the reactive power

(figure 2) with its given positive reactive power deviation

or with zero deviation value

(figure 3). Based on the results of the comparison, the three-position controller 21 generates a command

- increase the generator setpoint voltage or

- do not change the generator setting voltage.

(фиг.2) с его заданным отрицательным отклонением реактивной мощности

или с нулевым значением отклонения

(фиг.3). По результатам сравнения трехпозиционный регулятор 21 формирует команду

- уменьшить напряжение уставки генератора или

- не изменять напряжение уставки генератора.In addition, the three-position controller 21 (figure 1) compares the current value of the negative deviation of the reactive power

(figure 2) with its specified negative reactive power deviation

or with zero deviation value

(figure 3). Based on the results of the comparison, the three-position controller 21 generates a command

- reduce the generator setting voltage or

- do not change the generator setting voltage.

Three-position regulator 21 (figure 1) voltage settings of the synchronous generator operates as follows.

увеличивается, то при выполнении условия

(фиг.3) на первом выходе трехпозиционного регулятора 21 формируется команда

, что означает «надо увеличить напряжение уставки генератора». Указанная команда подается на первый вход первого блока формирования команды «увеличить уставку» 22. Отметим, что команда

сохраняется на первом выходе трехпозиционного регулятора 21 до тех пор, пока отклонение реактивной мощности синхронного генератора

не уменьшится до значения, равного

. При выполнении указанного условия на первом выходе трехпозиционного регулятора 21 будет сформирована команда

, что означает «не изменять напряжение уставки генератора».If the reactive power deviation of the synchronous generator

increases, then under the condition

(figure 3) at the first output of the three-position controller 21, a command is formed

, which means "it is necessary to increase the generator setpoint voltage." The specified command is fed to the first input of the first block for generating the “increase setting” command 22. Note that the command

is stored at the first output of the three-position controller 21 until the deviation of the reactive power of the synchronous generator

will not decrease to a value equal to

. When this condition is met, a command will be generated at the first output of the three-position controller 21

, which means "do not change the generator setpoint voltage".

уменьшается, то при выполнении условия

(фиг.3) на втором выходе трехпозиционного регулятора 21 формируется команда

, что означает «надо уменьшить напряжение уставки генератора». Указанная команда подается на первый вход второго блока формирования команды «уменьшить уставку» 23. Отметим, что команда

сохраняется на втором выходе регулятора 21 до тех пор, пока отклонение реактивной мощности синхронного генератора

не увеличится до значения, равного

. При выполнении указанного условия на втором выходе трехпозиционного регулятора 21 будет сформирована команда

, что означает «не изменять напряжение уставки генератора».If the reactive power deviation of the synchronous generator

decreases, then under the condition

(figure 3) at the second output of the three-position controller 21 is formed command

, which means "it is necessary to reduce the generator setpoint voltage." The specified command is fed to the first input of the second block for generating the “reduce setting” command 23. Note that the command

is stored at the second output of the regulator 21 until the deviation of the reactive power of the synchronous generator

will not increase to a value equal to

. When this condition is met, a command will be generated at the second output of the three-position controller 21

, which means "do not change the generator setpoint voltage".

и

- это означает, что напряжение уставки коррекции не подлежит, и оно остается неизменным. При этом отклонение реактивной мощности синхронного генератора удовлетворяет условию

.If the commands are formed on the first and second outputs of the three-position controller 21, respectively

And

- this means that the setpoint voltage is not subject to correction, and it remains unchanged. In this case, the deviation of the reactive power of the synchronous generator satisfies the condition

.

. Сформированные импульсы подаются на вторые входы первого 22 и второго 23 блоков формирования команд «увеличить уставку» и «уменьшить уставку» соответственно.The pulse-width modulator 24 generates at its output pulses, the width of which is proportional to the deviation value of the reactive power of the generator

. The generated pulses are fed to the second inputs of the first 22 and second 23 blocks for generating commands "increase the setpoint" and "decrease the setpoint", respectively.

первый блок формирования команды «увеличить уставку» 22 (фиг.1) формирует на своем выходе положительные импульсы напряжения, ширина которых пропорциональна отклонению реактивной мощности синхронного генератора

(фиг.2). Указанные импульсы подаются на первый вход интегратора 25. Если на выходе интегратора 25 напряжение было равно нулю, то в результате работы интегратора 25 оно будет увеличиваться, формируя сигнал коррекции уставки напряжения возбуждения генератора положительного знака

(фиг.1). Однако когда вместо команды

на первый вход блок формирования команды 22 поступит команда

, увеличение сигнала коррекции уставки напряжения возбуждения генератора

на выходе интегратора 25 будет прекращено. Таким образом, в результате совместной работы блока формирования команды 22 и интегратора 25 на выходе блока коррекции уставки выходного напряжения синхронного генератора 17 (фиг.1) будет сформирован сигнал

«увеличить уставку».On command

the first block for generating the "increase setting" command 22 (figure 1) generates positive voltage pulses at its output, the width of which is proportional to the deviation of the reactive power of the synchronous generator

(figure 2). The indicated pulses are fed to the first input of the integrator 25. If the voltage at the output of the integrator 25 was zero, then as a result of the operation of the integrator 25 it will increase, forming a signal for correcting the excitation voltage setting of the generator of a positive sign

(figure 1). However, when instead of the command

the command will be sent to the first input of the command generation unit 22

, increase in generator excitation voltage setting correction signal

at the output of the integrator 25 will be terminated. Thus, as a result of the joint operation of the command generation unit 22 and the integrator 25, a signal will be generated at the output of the correction unit for the output voltage setting of the synchronous generator 17 (Fig.1)

"increase setting".

второй блок формирования команды «уменьшить уставку» 23 (фиг.1) формирует на своем выходе отрицательные импульсы напряжения, ширина которых пропорциональна отклонению реактивной мощности синхронного генератора

. Указанные импульсы подаются на второй вход интегратора 25. Если на выходе интегратора 25 напряжение было равно нулю, то в результате работы интегратора 25 оно будет уменьшаться, формируя сигнал коррекции уставки напряжения возбуждения генератора отрицательного знака

. Однако когда вместо команды

на первый вход блок формирования команды 23 поступит команда

, уменьшение сигнала коррекции уставки напряжения возбуждения генератораOn command

the second block for generating the command "reduce the setting" 23 (figure 1) generates negative voltage pulses at its output, the width of which is proportional to the deviation of the reactive power of the synchronous generator

. The indicated pulses are fed to the second input of the integrator 25. If the voltage at the output of the integrator 25 was zero, then as a result of the operation of the integrator 25 it will decrease, forming a signal for correcting the excitation voltage setting of the generator with a negative sign

. However, when instead of the command

the first input of the command generation unit 23 will receive the command

, reduction of generator excitation voltage setting correction signal

на выходе интегратора 25 будет прекращено. Таким образом, в результате совместной работы блока формирования команды 23 и интегратора 25 на выходе блока коррекции уставки выходного напряжения синхронного генератора 17 (фиг.1) будет сформирован сигнал

«уменьшить уставку».

at the output of the integrator 25 will be terminated. Thus, as a result of the joint operation of the command generation unit 23 and the integrator 25, a signal will be generated at the output of the correction unit for the output voltage setting of the synchronous generator 17 (Fig. 1).

"reduce setting".

, пока выполняется команда «увеличить уставку или уменьшить уставку», составляет 2... 6% от его номинального значения

, а время его формирования составляет 1…3 с, что обусловлено инерционностью канала регулирования напряжения возбуждения синхронного генератора 5.Note that the final value of the correction signal

while the command “increase setpoint or decrease setpoint” is executed, is 2...6% of its nominal value

, and the time of its formation is 1 ... 3 s, which is due to the inertia of the channel for regulating the excitation voltage of the synchronous generator 5.

We also note that the claimed excitation control system of a synchronous generator is recommended for the AC distribution network of an industrial enterprise, which is characterized by random deviations in the supply voltage (for example, for a 110 kV network), due to frequent changes in its configuration or switching of powerful electrical receivers.

Let us explain the graphs in Fig.4.

в зависимо- сти от изменения напряжения мощной сети

.Figure 4a shows three graphs of changes in the output voltage of a synchronous generator in relative units

depending on the change in the voltage of the power network

.

не работает.Для указанного режима выходное напряжение генератора изменяется пропорционально изменению напряжения мощной сети

, где k - коэффициент пропорциональности.The first graph of the change in the output voltage of the generator, indicated by the number 26 (Fig.4, a) corresponds to the mode of operation of the generator, in which the automatic control system (maintaining) the output voltage of the generator at a given level

does not work. For the specified mode, the output voltage of the generator changes in proportion to the change in the voltage of the powerful network

, where k is the coefficient of proportionality.

The second graph of the change in the output voltage of the generator, indicated by the number 27 (Fig.4, a) corresponds to the mode of operation of the generator, in which the automatic control system of the generator output voltage works, but with limitations. In this mode, a well-known device, which is taken as a prototype, works.

система автоматического регулирования выходного напряжения генератора 5 обеспечивает выполнение условия

. На фиг.4,а указанному условию соответствует прямая линия с точками

. Если

или

система автоматического регулирования переходит в режим ограничений, при этом контур регулирования выходного напряжения генератора размыкается, т.е. система регулирования не работает, a

. На фиг.4,а видно, что график изменения выходного напряжения генератора, обозначенный цифрой 27 при

подобен графику 26, но расположен выше (прямая линия с точками

и

), а при

- ниже (прямая линия с точками

и

).When the voltage of a powerful network changes in the range

the system of automatic regulation of the output voltage of the generator 5 ensures the fulfillment of the condition

. In figure 4, and the specified condition corresponds to a straight line with dots

. If

or

the automatic control system goes into the limitation mode, while the generator output voltage control loop opens, i.e. the control system does not work, a

. Figure 4a shows that the graph of the change in the output voltage of the generator, indicated by the number 27 when

similar to graph 26, but located higher (straight line with dots

And

), while

- below (straight line with dots

And

).

и

косвенно отражают ограничения для системы автоматического регулирования (поддержания) выходного напряжения генератора 5 на заданном уровне

. Такой прием использован для пояснения принципа работы заявляемого устройства при изменении напряжения мощной сети

от его номинального значения

как в случае увеличения

, так и в случае его уменьшения.Note that the restrictions given here

And

indirectly reflect the limitations for the system of automatic regulation (maintenance) of the output voltage of the generator 5 at a given level

. This technique is used to explain the principle of operation of the proposed device when the voltage of a powerful network changes.

from its nominal value

as in case of increase

, as well as in the case of its decrease.

и

, которым соответствуют ограничения реактивных мощностей

и

.The actual parameters that limit the operation of the automatic control system (maintenance) of the output voltage of the generator 5 at a given level are the parameters for limiting the excitation current of the synchronous generator for its excitation voltage control system. In figure 2, the specified restrictions are the excitation currents

And

, which correspond to the reactive power limits

And

.

(фиг.2), с целью поддержания его статической устойчивости, а также в режим перевозбуждения

, чтобы не допустить перегрева обмоток возбуждения и статора. Ранее отмечалось, что при вхождении в ограничения, контур регулирования (поддержания) постоянства выходного напряжения генератора размыкается (отключается), а ток возбуждения генератора ограничивается на уровне

или

.From the course of electrical machines and power plants, it is known that the excitation control system of a synchronous generator 5 operates within the active and reactive power diagram, which is given in the technical documentation. This diagram does not allow the transition to the generator underexcitation mode

(figure 2), in order to maintain its static stability, as well as in the overexcitation mode

to prevent overheating of the excitation windings and the stator. It was previously noted that when entering the limits, the control circuit (maintaining) of the constant output voltage of the generator opens (turns off), and the generator excitation current is limited at the level

or

.

In view of the foregoing, it follows that at point B (figure 2) a limitation comes into force that does not allow the generator to go into the underexcitation mode in order to maintain its static stability. At point C (figure 2) comes into force limitation, which prevents overheating of the excitation windings and the stator of the generator.

и максимального

ограничений могут иметь другие значения. Здесь они выбраны такими, чтобы пояснить принцип работы заявляемой системы регулирования возбуждения синхронного генератора 5 в распределительной сети переменного тока для ответственных потребителей промышленного предприятия.Note that the values of the minimum

and maximum

restrictions may have other meanings. Here they are chosen to explain the principle of operation of the proposed excitation control system of the synchronous generator 5 in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise.

;

;

;

;

.The third graph of the change in the output voltage of the generator 5, indicated by the number 28 (figure 4,a), corresponds to the mode of operation of the generator for the inventive excitation control system of the synchronous generator. The third graph is represented by five straight lines with points located on them.

;

;

;

;

.

,

. На фиг.4,а этому режиму соответствует точка А. Отличительной особенностью заявляемой системы является то, что при ограничений осуществляется изменение уставки выходного напряжения генератора 5. Например, при

(точка

) начинает работать блок коррекции уставки выходного напряжения генератора 17, который увеличит уставку. Принцип его работы был подробно описан выше. После увеличения уставки выходное напряжение генератора, которое будет поддерживать заявляемая система также будет увеличено до уровня

. На фиг.4,а указанному условию соответствует прямая линия с точками

. Переход на новый уровень выходного напряжения генератора на фиг.4,а показан стрелкой из точки

в точку

. Уровень напряжения

будет поддерживаться системой автоматического регулирования при изменении напряжения мощной сети в диапазоне

.Let the synchronous generator operate in nominal mode

,

. In figure 4a, this mode corresponds to point A. A distinctive feature of the proposed system is that when the restrictions change the setting of the output voltage of the generator 5. For example, when

(dot

) the block for correcting the setting of the output voltage of the generator 17 starts working, which will increase the setting. The principle of its operation has been described in detail above. After increasing the setting, the output voltage of the generator, which will be supported by the inventive system, will also be increased to the level

. In figure 4, and the specified condition corresponds to a straight line with dots

. The transition to a new level of the output voltage of the generator in Fig.4a is shown by an arrow from the point

exactly

. Voltage level

will be supported by the automatic control system when the voltage of the powerful network changes in the range

.

(фиг.4,а), то описанные выше процессы увеличения уставки и увеличения выходного напряжения генератора повторяются. Новый уровень выходного напряжения генератора

(линия с точками

) будет поддерживаться системой автоматического регулирования при изменении напряжения мощной сети в диапазоне

.If the mains voltage continues to increase and reaches the next limit value

(fig.4, a), then the above processes of increasing the setpoint and increasing the output voltage of the generator are repeated. New generator output voltage level

(line with dots

) will be supported by the automatic control system when the voltage of the powerful network changes in the range

.

(фиг.4,а) все выше описанные процессы повторяются. При этом осуществляется увеличение уставки и увеличение выходного напряжения генератора.With a further increase in the voltage of a powerful network, up to the maximum allowable value

(figure 4, a) all the above processes are repeated. In this case, the setpoint is increased and the output voltage of the generator is increased.

(точка

на фиг.4,а) начинает работать блок коррекции уставки выходного напряжения генератора 17, который уменьшит уставку и уменьшит выходное напряжение генератора 5. Рабочая точка выходного напряжения генератора переместится из

в точку

. Новый уровень выходного напряжения генератора

(линия с точками

) будет поддерживаться системой автоматического регулирования при изменении напряжения мощной сети в диапазоне

.Similar processes will take place when the voltage of a powerful network decreases. For example, when

(dot

figure 4,a) starts to work block correcting the setting of the output voltage of the generator 17, which will reduce the setting and reduce the output voltage of the generator 5. The operating point of the generator output voltage will move from

exactly

. New generator output voltage level

(line with dots

) will be supported by the automatic control system when the voltage of the powerful network changes in the range

.

(фиг.4,а), то описанные выше процессы уменьшения уставки и уменьшения выходного напряжения генератора повторяются. Новый уровень выходного напряжения генератора

(линия с точками

) будет поддерживаться системой автоматического регулирования при изменении напряжения мощной сети в диапазоне

.If the mains voltage continues to decrease and reaches the next limit value

(fig.4, a), then the above processes of reducing the setpoint and reducing the output voltage of the generator are repeated. New generator output voltage level

(line with dots

) will be supported by the automatic control system when the voltage of the powerful network changes in the range

.

(фиг.4,а) все выше описанные процессы повторяются. При этом осуществляется уменьшение уставки и уменьшение выходного напряжения генератора 5.With a further decrease in the voltage of a powerful network, up to the minimum allowable value

(figure 4, a) all the above processes are repeated. In this case, the setting is reduced and the output voltage of the generator 5 is reduced.

синхронного генератора для заявляемой системы в зависимости от изменения напряжения мощной сети

для пяти, ранее указанных его диапазонов изменения. Линия

соответствует диапазону изменения напряжения мощной сети

, линия

, …, линия

.Figure 4b shows five lines that display the change in reactive power

synchronous generator for the proposed system, depending on the change in the voltage of a powerful network

for the five previously indicated ranges of change. Line

corresponds to the voltage range of a powerful network

, line

, …, line

.

. Ранее было отмечено, что при выполнении условия

генератор переходит в режим недовозбуждения. На фиг.4,б этому режиму соответствуют точки

,

, …,

. В заявляемой системе регулирования при достижении указанных значений (точек) происходит переход на более высокий уровень уставки и более высокий уровень выходного напряжения генератора, а реактивная мощность генератора вновь устанавливается на уровне номинального значения

. На фиг.4,б это точки

,

, …,

. На фиг.4,б указанный переход обозначен стрелками из точки

в точку

, из точки

в точку

, из точки

в точку

и из точки

в точку

.The minimum value for all five lines of changing the reactive power of the generator corresponds to the value

. It was noted earlier that if the condition

the generator goes into underexcitation mode. In figure 4b this mode corresponds to the points

,

, …,

. In the inventive control system, when the specified values (points) are reached, a transition occurs to a higher setting level and a higher level of the generator output voltage, and the reactive power of the generator is again set at the level of the nominal value

. In figure 4, b these are the points

,

, …,

. In Fig.4, b the specified transition is indicated by arrows from the point

exactly

, from the point

exactly

, from the point

exactly

and from the point

exactly

.

. Ранее было отмечено, что при выполнении условия

генератор 5 переходит в режим перевозбуждения. На фиг.4,б это точки

,

, …,

. При достижении указанных значений (точек) происходит переход на более низкий уровень уставки и более низкий уровень выходного напряжения генератора, а реактивная мощность генератора устанавливается на уровне номинального значения

. На фиг.4,б это точки

,

, …,

. На фиг.4,б указанный переход обозначен стрелками из точки

в точку

, из точки

в точку

, из точки

в точку

, из точки

в точку

.The maximum value for all five lines of changing the reactive power of the generator corresponds to the value

. It was noted earlier that if the condition

generator 5 goes into overexcitation mode. In figure 4, b these are the points

,

, …,

. When the specified values (points) are reached, a transition to a lower setting level and a lower level of the generator output voltage occurs, and the reactive power of the generator is set at the level of the nominal value

. In figure 4, b these are the points

,

, …,

. In Fig.4, b the specified transition is indicated by arrows from the point

exactly

, from the point

exactly

, from the point

exactly

, from the point

exactly

.

для заявляемой системы в зависимости от изменения напряжения мощной сети

для пяти, ранее указанных его диапазонов изменения. Линия

(

) соответствует диапазону изменения напряжения мощной сети

, линия

(

)

, …, линия

(

)

.In Fig.4, in shows five straight lines that display constant values of the voltage settings of the output voltage of the generator 5

for the claimed system, depending on the change in the voltage of the powerful network

for the five previously indicated ranges of change. Line

(

) corresponds to the voltage range of a powerful network

, line

(

)

, …, line

(

)

.

, когда оно на указанных диапазонах изменения достигает граничных значений (точки

,

,

) происходит переход на более высокий уровень уставки. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

.With an increase in the voltage of a powerful network

, when it reaches the boundary values on the indicated ranges of change (points

,

,

) changes to a higher setpoint level. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

.

, когда оно на указанных диапазонах изменения достигает граничных значений (точки

,

,

) происходит переход на более низкий уровень уставки. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

. В точке

(переход из

в точку

) уставка напряжения

изменяется на

.With a decrease in the voltage of a powerful network

, when it reaches the boundary values on the indicated ranges of change (points

,

,

) changes to a lower setpoint level. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

. At the point

(transition from

exactly

) voltage setting

changes to

.

The excitation control system of the synchronous generator operates as follows.

Initially, consider the nominal mode of operation of the generator 5 (figure 1).

соответствует номинальному значению

. На фиг.4,а этому режиму соответствует точка «А». При этом выходное напряжение генератора

(фиг.1) также равно его номинальному значению

(фиг.4.а).Let the consumers of their own needs 11 operate in nominal mode, the voltage of the powerful network

corresponds to the nominal value

. In Fig.4, and this mode corresponds to the point " A ". In this case, the output voltage of the generator

(Fig.1) is also equal to its nominal value

(fig.4.a).

(фиг.2). При этом реактивная мощность генератора также равна его номинальному значению

. На фиг.4,б этому режиму соответствует точка «Е». На зависимости реактивной мощности синхронного генератора

от тока возбуждения (фиг.2) описанному режиму соответствует точка «А».The generator excitation voltage regulator 14 (figure 1) acting on the thyristor converter 8 maintains the generator excitation current at the nominal level

(figure 2). In this case, the reactive power of the generator is also equal to its nominal value

. In figure 4b this mode corresponds to the point " E ". Depending on the reactive power of the synchronous generator

from the excitation current (figure 2) the described mode corresponds to the point " A ".

,

,

и

. Сигнал

(фиг.4.в) задает выходное напряжение генератора для его номинального режима

(фиг.4.а). На фиг.4,в заданное выходное напряжение генератора

сохраняет неизменное значение в диапазоне изменения напряжения мощной сети

. Сигналы

,

и

(фиг.1) совместно с текущим значением реактивной мощности генератора

подаются на блок коррекции уставки напряжения генератора 17. Работа блока 17 была подробно описана выше. Было отмечено, что для номинального режима работы генератора сигнал коррекции уставки напряжения генератора равен нулю, т.е.

.In accordance with the technical documentation of the generator (diagrams of its active and reactive power) and the requirements that are formed by the management of the production and consumption of electrical energy, the block of tasks and settings 16 (figure 1) generates signals:

,

,

And

. Signal

(fig.4.c) sets the output voltage of the generator for its nominal mode

(fig.4.a). In figure 4, in a given output voltage of the generator

maintains a constant value in the range of voltage changes of a powerful network

. Signals

,

And

(Fig.1) together with the current value of the reactive power of the generator

are fed to the generator voltage set point correction block 17. The operation of block 17 has been described in detail above. It was noted that for the nominal mode of operation of the generator, the generator voltage setpoint correction signal is equal to zero, i.e.

.

с датчика тока возбуждения 7,

с датчиков тока статорных обмоток генератора 4,

с датчика выходного напряжения генератора 10 и

с датчика напряжения мощной энергосистемы 12 формирует сигналы

,

, а также сигналы для блока ограничений 15.Control unit 9 (figure 1) after signal processing:

from excitation current sensor 7,

from generator stator winding current sensors 4,

from the generator output voltage sensor 10 and

from the voltage sensor of a powerful power system 12 generates signals

,

, as well as signals for block restrictions 15.

и

для регулятора напряжения возбуждения генератора 14.Block restrictions 15 under the action of the signals of the control unit 9 and the signals of the block of tasks and settings 16 generates restrictions

And

for generator excitation voltage regulator 14.

It should be noted that a characteristic feature of a large industrial enterprise, especially a metallurgical one, is the presence and constant increase of its own generation. (Improving the efficiency of controlling the modes of power plants of an industrial power center by predicting static and dynamic stability when the network configuration changes. Gazizova O.V., Kondrashova Yu.N., Malafeev A.V. Electrical systems and complexes. 2016. No. 3 (32). S.27-38). Thus, at PJSC MMK, more than 60% of the total electricity consumption is covered by its own factory power plants. The main stimulating factors are unreasonably high tariffs for electricity from the external energy system, as well as the availability of secondary energy resources in the form of coke oven and blast-furnace gas. With a low power of generators of 30-50 MW of factory power plants that have worked for more than one decade, the cost of own electricity is 2-2.5 times lower than purchased. Given this motivation, the actual load of generators in terms of active power far exceeds the nominal values, and vice versa, the output of reactive power remains at a minimum level. This approach significantly reduces the stability of generators, especially during mains voltage drops. Statistics show that in case of disturbances in the external power supply, the stability margin of factory power plants is insufficient and generators often turn off.

Existing automatic excitation control systems, as a rule, are tuned to maintain voltage or reactive power at the point of connection, which does not always contribute to ensuring sufficient dynamic and static stability of relatively low power synchronous generators when working together with a powerful power system. In the proposed system for regulating the excitation of a synchronous generator, the generator output voltage setting is changed, which expands the range of regulation of its output voltage. This significantly increases the static stability of the generators and makes it possible to avoid excitation and stator current overload, i.e. improves the reliability of the generator.

Consider the mode of operation of the inventive excitation control system of the synchronous generator 5 (figure 1) with random deviations in the voltage of the supply network 1, for example, for a 110 kV network, due to frequent changes in its configuration or switching of powerful electrical receivers.

(фиг.1) под действием внешних воздействий медленно увеличивается, и приближается к значению

. На фиг.4,а этому режиму соответствует точка «

». Ранее было отмечено, что в этой точке регулятор напряжения возбуждения генератора 14 (фиг.1) достигает ограничение - «режим недовозбуждения».Let the voltage of a powerful network

(figure 1) under the influence of external influences slowly increases, and approaches the value

. In figure 4, and this mode corresponds to the point "

". It was previously noted that at this point the excitation voltage regulator of the generator 14 (figure 1) reaches the limit - "underexcitation mode".

сопровождается увеличением напряжения на выходе генератора

, которое в блоке 13 (фиг.1) сравнивается с заданным значением

. Выше было отмечено, что для рассматриваемого диапазона изменения напряжения мощной сети

сигнал коррекции

, а напряжение уставки генератора равно

(фиг.4,в).Increasing the voltage of a powerful network

accompanied by an increase in voltage at the output of the generator

, which in block 13 (figure 1) is compared with a given value

. It was noted above that for the considered range of voltage changes in a powerful network

correction signal

, and the generator setting voltage is

(figure 4, c).

(фиг.4,а) регулятор напряжения возбуждения генератора 14 (фиг.1), воздействуя на тиристорный преобразователь 8, снижает напряжение возбуждения генератора и как следствие снижает ток обмотки возбуждения генератора 6, приближая его к значению

(фиг.2). При этом реактивная мощность генератора

и ее отклонение

от номинального значения

приближаются соответственно к значениям

и

. На фиг.2 этому режиму соответствует точка «

», а на фиг.4,б - точка «

». Выше было отмечено, что в этой точке регулятор напряжения возбуждения генератора 14 достигает ограничение - «режим недовозбуждения».To keep the generator output voltage at a given level

(Fig.4, a) the excitation voltage regulator of the generator 14 (Fig.1), acting on the thyristor converter 8, reduces the excitation voltage of the generator and, as a result, reduces the current of the excitation winding of the generator 6, bringing it closer to the value

(figure 2). In this case, the reactive power of the generator

and her rejection

from the nominal value

approach respectively the values

And

. In figure 2, this mode corresponds to the point "

", and figure 4, b - point "

". It was noted above that at this point the excitation voltage regulator of the generator 14 reaches the limit - "underexcitation mode".

до уровня

. На фиг.4,в изменение уставки напряжения изображено стрелкой из точки «

» точку «

». Увеличение уставки выходного напряжения генератора сопровождается увеличением выходного напряжения генератора до уровня

(фиг.4,а), переход из точки «

» в точку «

». Указанный уровень напряжения будет поддерживаться заявляемой системой регулирования возбуждения синхронного генератора в диапазоне изменения напряжения мощной сети

.When the specified limit is reached, the generator voltage setpoint correction unit 17 starts working, which increases the generator output voltage setting from the level

to level

. In figure 4, the change in the voltage setting is shown by an arrow from the point "

» dot «

". An increase in the generator output voltage setting is accompanied by an increase in the generator output voltage to the level

(Fig.4, a), the transition from the point "

" exactly "

". The specified voltage level will be maintained by the proposed system for regulating the excitation of a synchronous generator in the range of voltage changes in a powerful network

.

сопровождается увеличением тока обмотки возбуждения 6 генератора, приближая его к номинальному значению

(фиг.2). Одновременно осуществляется изменение реактивной мощности от

до его номинального значения

. На фиг.4,б это изменение изображено переходом из точки «

» в точку «

».Note that increasing the generator output voltage setting to the level

accompanied by an increase in the current of the excitation winding 6 of the generator, bringing it closer to the nominal value

(figure 2). At the same time, the reactive power is changed from

up to its nominal value

. In figure 4b this change is shown by the transition from the point "

" exactly "

".

до значения

регулятор напряжения возбуждения генератора 14 (фиг.1) первый раз достигает ограничения - «режим недовозбуждения». При этом ток обмотки возбуждения 6, приближается к значению

(фиг.2), реактивная мощность генератора

и ее отклонение

приближаются соответственно к значениям

и

. При достижении указанных ограничений (первый раз) в заявляемой системе регулирования возбуждения синхронного генератора начинает работать блок коррекции уставки напряжения генератора 17. Ранее его работа была подробно описана. После работы блока коррекции 17 уставка выходного напряжения генератора увеличивается до уровня

, а выходное напряжение генератора поддерживается на уровне

в диапазоне изменения напряжения мощной сети

(фиг.4,а). Отметим, что после перехода на новые уровни напряжения

и

ток возбуждения

(фиг.2), а реактивная мощность генератора

. Это повышает запас реактивной мощности генератора, а следовательно повышается его статическую устойчивость.Thus, with an increase in the voltage of a powerful network

up to value

the excitation voltage regulator of the generator 14 (figure 1) for the first time reaches the limit - "underexcitation mode". In this case, the current of the excitation winding 6 approaches the value

(fig.2), reactive power of the generator

and her rejection

approach respectively the values

And

. When these limits are reached (for the first time), in the proposed system for regulating the excitation of a synchronous generator, the generator voltage setpoint correction unit 17 starts working. Previously, its operation was described in detail. After the operation of the correction block 17, the generator output voltage setting is increased to the level

, and the output voltage of the generator is maintained at the level

in the range of voltage changes of a powerful network

(Fig.4,a). Note that after the transition to new voltage levels

And

excitation current

(figure 2), and the reactive power of the generator

. This increases the reactive power reserve of the generator, and consequently increases its static stability.

(фиг.1) под действием внешних воздействий и далее продолжает медленно увеличиваться, то при достижении

следующего (второй раз) ограничения

фиг.4 («режим недовозбуждения»), описанный выше процесс повторяется. При этом уставка выходного напряжения генератора увеличивается до уровня

, а выходное напряжение генератора будет поддерживаться на уровне

в диапазоне изменения напряжения мощной сети

(фиг.4). Как и ранее после перехода (второй раз) на новые уровни напряжения повышается запас реактивной мощности генератора, а следовательно повышается его статическую устойчивость.If the mains voltage

(figure 1) under the influence of external influences and then continues to slowly increase, then upon reaching

next (second time) constraint

4 ("under-excitation mode"), the above process is repeated. In this case, the generator output voltage setting is increased to the level

, and the output voltage of the generator will be maintained at the level

in the range of voltage changes of a powerful network

(figure 4). As before, after the transition (second time) to new voltage levels, the reactive power reserve of the generator increases, and therefore its static stability increases.

(фиг.4,а) все выше описанные процессы повторяются, т.е. увеличивается уставка

и выходное напряжение генератора

, которое заявляемая система регулирования возбуждения синхронного генератора поддерживает постоянным. При этом повышается запас реактивной мощности генератора, а также повышается его статическая устойчивость.With a further increase in the voltage of a powerful network, up to the maximum allowable value

(fig.4, a) all the above described processes are repeated, i.e. setpoint increases

and generator output voltage

, which the claimed excitation control system of the synchronous generator maintains constant. This increases the reactive power reserve of the generator, and also increases its static stability.

(фиг.1) под действием внешних воздействий медленно уменьшается, и приближается к значению

. На фиг.4,а этому режиму соответствует точка «

». Ранее было отмечено, что в этой точке регулятор напряжения возбуждения генератора 14 (фиг.1) достигает ограничения - «режим перевозбуждения».Similar processes will take place when the voltage of a powerful network decreases. Let the voltage of a powerful network

(figure 1) under the influence of external influences slowly decreases and approaches the value

. In figure 4, and this mode corresponds to the point "

". It was previously noted that at this point the excitation voltage regulator of the generator 14 (figure 1) reaches the limit - "overexcitation mode".

сопровождается уменьшением напряжения на выходе генератора

, которое в блоке 13 (фиг.1) сравнивается с заданным значением

. Выше было отмечено, что для рассматриваемого диапазона изменения напряжения мощной сети

сигнал коррекции

, а напряжение уставки генератора равно

(фиг.4,в).Reducing the voltage of a powerful network

accompanied by a decrease in voltage at the output of the generator

, which in block 13 (figure 1) is compared with a given value

. It was noted above that for the considered range of voltage changes in a powerful network

correction signal

, and the generator setting voltage is

(figure 4, c).

(фиг.4,а) регулятор напряжения возбуждения генератора 14 (фиг.1) воздействуя на тиристорный преобразователь 8 повышает напряжение возбуждения генератора и как следствие повышает ток обмотки возбуждения 6, приближая его к значению

(фиг.2). При этом реактивная мощность генератора

и ее отклонение

от номинального значения

приближаются соответственно к значениям

и

. На фиг.2 этому режиму соответствует точка «

», а на фиг.4,б - точка «

». Выше было отмечено, что в этой точке регулятор напряжения возбуждения генератора 14 достигает ограничения - «режим перевозбуждения».To keep the output voltage at a given level

(Fig.4,a) the excitation voltage regulator of the generator 14 (Fig.1) acting on the thyristor converter 8 increases the excitation voltage of the generator and as a result increases the current of the excitation winding 6, bringing it closer to the value

(figure 2). In this case, the reactive power of the generator

and her rejection

from the nominal value

approach respectively the values

And

. In figure 2, this mode corresponds to the point "

", and figure 4, b - point "

". It was noted above that at this point the excitation voltage regulator of the generator 14 reaches the limit - "overexcitation mode".

до уровня

. На фиг.4,в изменение уставки напряжения изображено стрелкой из точки «

» точку «

». Уменьшение уставки выходного напряжения генератора сопровождается уменьшением выходного напряжения генератора до уровня

(фиг.4,а), переход из точки «

» в точку «

». Указанный уровень напряжения будет поддерживаться заявляемой системой регулирования возбуждения синхронного генератора в диапазоне изменения напряжения мощной сети

.When the specified limit is reached, the generator voltage setpoint correction unit 17 starts working, which reduces the generator output voltage setpoint from the level

to level

. In figure 4, the change in the voltage setting is shown by an arrow from the point "

» dot «

". Reducing the generator output voltage setting is accompanied by a decrease in the generator output voltage to the level

(Fig.4, a), the transition from the point "

" exactly "

". The specified voltage level will be maintained by the proposed system for regulating the excitation of a synchronous generator in the range of voltage changes in a powerful network

.

сопровождается уменьшением тока обмотки возбуждения 6 генератора, приближая его к номинальному значению

(фиг.2). Одновременно осуществляется изменение реактивной мощности от

до его номинального значения

. На фиг.4,б это изменение изображено переходом из точки «

» в точку «

».Note that reducing the generator output voltage setting to the level

accompanied by a decrease in the current of the excitation winding 6 of the generator, bringing it closer to the nominal value

(figure 2). At the same time, the reactive power is changed from

up to its nominal value

. In figure 4b this change is shown by the transition from the point "

" exactly "

".

до значению

регулятор напряжения возбуждения генератора 14 (фиг.1) первый раз достигает ограничение - «режим перевозбуждение». При этом ток обмотки возбуждения 6, приближается к значению

(фиг.2), реактивная мощность генератора

и ее отклонение

приближаются соответственно к значениям

и

. При достижении указанных ограничений (первый раз) в заявляемой системе регулирования возбуждения синхронного генератора начинает работать блок коррекции уставки напряжения генератора 17. Ранее его работа была подробно описана. После работы блока коррекции 17 уставка выходного напряжения генератора уменьшается до уровня

, а выходное напряжение генератора поддерживается на уровне

в диапазоне изменения напряжения мощной сети

(фиг.4,а). Отметим, что после перехода на новые уровни напряжения

и

ток возбуждения

(фиг.2), а реактивная мощность генератора

. Это снижает ток возбуждения и статорные токи генератора, а следовательно повышается надежность его работы, так как исключаются перегревы статорных обмоток и обмотки возбуждения генератора.Thus, with a decrease in the voltage of a powerful network

up to value

generator excitation voltage regulator 14 (figure 1) for the first time reaches the limit - "overexcitation mode". In this case, the current of the excitation winding 6 approaches the value

(fig.2), reactive power of the generator

and her rejection

approach respectively the values

And

. When these limits are reached (for the first time), in the proposed system for regulating the excitation of a synchronous generator, the generator voltage setpoint correction unit 17 starts working. Previously, its operation was described in detail. After the operation of the correction block 17, the generator output voltage setting is reduced to the level

, and the output voltage of the generator is maintained at the level

in the range of voltage changes of a powerful network

(Fig.4,a). Note that after the transition to new voltage levels

And

excitation current

(figure 2), and the reactive power of the generator

. This reduces the excitation current and stator currents of the generator, and consequently increases the reliability of its operation, since overheating of the stator windings and the excitation winding of the generator is excluded.

(фиг.1) под действием внешних воздействий и далее продолжает медленно уменьшаться, то при достижении

следующего (второй раз) ограничения

фиг.4 («режим перевозбуждения»), описанный выше процесс повторяется. При этом уставка выходного напряжения генератора уменьшается до уровня

, а выходное напряжение генератора будет поддерживаться на уровне

в диапазоне изменения напряжения мощной сети

(фиг.4). Как и ранее после перехода (второй раз) на новые уровни напряжения снижается ток возбуждения и статорные токи генератора, а следовательно повышается надежность его работы.If the mains voltage

(figure 1) under the influence of external influences and then continues to slowly decrease, then upon reaching

next (second time) constraint

4 ("overexcitation mode"), the above process is repeated. In this case, the generator output voltage setting is reduced to the level

, and the output voltage of the generator will be maintained at the level

in the range of voltage changes of a powerful network

(figure 4). As before, after the transition (second time) to new voltage levels, the excitation current and stator currents of the generator decrease, and therefore the reliability of its operation increases.

(фиг.4,а) все выше описанные процессы повторяются, т.е. уменьшается уставка

и выходное напряжение генератора

, которое заявляемая система регулирования возбуждения синхронного генератора поддерживает постоянным. При этом снижается ток возбуждения и статорные токи генератора, а следовательно повышается надежность его работы, так как не допускается перегрев ротора и перегрузки статора.With a further decrease in the voltage of a powerful network, up to the minimum allowable value

(fig.4, a) all the above described processes are repeated, i.e. setpoint decreases

and generator output voltage

, which the claimed excitation control system of the synchronous generator maintains constant. This reduces the excitation current and stator currents of the generator, and consequently increases the reliability of its operation, since overheating of the rotor and overload of the stator is not allowed.

Thus, the claimed excitation control system of a synchronous generator in the AC distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise increases the static stability of the synchronous generator when the excitation control system reaches a limitation of the "underexcitation mode" type. By increasing the generator output voltage setting, the reactive power reserve of the generator is increased (restored).

In addition, the claimed device improves the reliability of the synchronous generator when the excitation control system reaches the limitation of the "overexcitation mode" type. By reducing the generator output voltage setting, the excitation current is reduced, and the stator currents of the generator are also reduced, which prevents the rotor from overheating and the stator overload.

We also note that in the claimed device, the range of regulation of the generator output voltage is significantly expanded from the minimum allowable level to the maximum allowable level, while increasing the static stability of the synchronous generator, and also increasing the reliability of its operation.

Claims (1)

A system for regulating the excitation of a synchronous generator in an alternating current distribution network for responsible consumers of an industrial enterprise, containing a powerful high-voltage power system, to which the output of a synchronous generator is connected through a step-up transformer, a switchgear bus and current sensors of the stator windings of the synchronous generator, the excitation winding of which is connected through the excitation current sensor connected to the output of the thyristor converter, the outputs of the excitation current sensor and the generator stator winding current sensors are connected to the first and second inputs of the control unit, respectively, the output of the generator output voltage sensor is connected to the third input of the specified unit, the inputs of which are connected to the connection point of the stator winding current sensors of the synchronous generator and switchgear busbars, auxiliary consumers are connected to the indicated busbars, the output of the voltage sensor m is connected to the fourth input of the control unit power high voltage power system, the first output of the control unit is connected to the first input of the first subtraction unit, the output of which is connected to the first input of the generator excitation voltage regulator, the output of the latter is connected to the control input of the thyristor converter, the second, third and fourth outputs of the control unit are connected respectively to the first, the second and third inputs of the restriction block, the output of which is connected to the second input of the generator excitation voltage regulator, the first output of the tasks and settings block is connected to the fourth input of the restriction block, characterized in that it is equipped with a generator output voltage setpoint correction unit and an adder, the first input of which is connected with the second output of the block of tasks and settings, the output of the adder is connected to the second input of the first block of subtraction, the block for correcting the setting of the output voltage of the generator is equipped with a second subtraction block, the first input of which is connected to the third output of the block of tasks and settings, in the second input of the second subtractor is connected to the second output of the control unit, the output of the second subtractor is connected to the unit for generating the absolute deviation of reactive power from the set value, as well as to the first input of the three-position controller, the second input of which is connected to the fourth output of the tasks and settings block, the first output of the three-position controller is connected to the first input of the first block for generating the command "increase the generator voltage setpoint", the second output of the three-position regulator is connected to the first input of the second block for generating the command "to reduce the generator voltage setpoint", the second inputs of these command generation blocks are connected to the output of the pulse-width modulator, the input of which is connected to the output of the block for generating the absolute deviation of reactive power from the set value, the outputs of the first and second blocks for generating commands are connected respectively to the first and second inputs of the integrator, the output of which is connected to the second input adder.

Images