Групповое управление возбуждением генераторов

Групповое управление – это централизованное управление группой аг­регатов как единым целым. Групповое регулирование упрощает уча­стие электростанций в общесистемном регулировании.

Одним из устройств группового регулирования электростанции явля­ется групповое управление возбуждением (ГУВ) синхронных генерато­ров, осуществляющее коррекцию их режима по напряжению и реактив­ной мощ­ности. Устройства ГУВ основаны на использовании методов, рассмотрен­ных в п.3.2. Наибольшее распространение получил метод до­левого статизма.

В соответствии с ПУЭ устройствами ГУВ должны быть оснащены электростанции с четырьмя генераторами и более. Устройства ГУВ ус­пешно эксплуатируются на многих ГЭС, многоагрегатных с однотип­ными агрега­тами, и ведется их разработка для крупных блочных ТЭС с использованием микропроцессорной элементной базы.

Основными элементами устройства ГУВ являются:

· индивидуальные АРВ (тема 2);

· центральное задающее устройство – ЦЗУ;

· устройство автоматического распределения реактивной мощно­сти – УРРМ.

ЦЗУ формирует задающее воздействие на изменение возбуждения всех генераторов группы. Оно может быть выполнено в двух вариантах

1. ЦРН – центральный регулятор напряжения, непосредственно дейст­вующий на усилители индивидуальных АРВ с отключенными изме­ритель­ными цепями.

2. ЦУУ – центральное установочное устройство, изменяющее ус­тавки ин­дивидуальных АРВ, т.е. выполняющее роль вторичного регуля­тора.

Применяется ЦУУ на всех электростанциях с АРВ сильного дейст­вия, так как применение ЦРН требует применения дополнительного кас­када уси­ления, что затрудняет обеспечение необходимых скоростей регу­лирования.

УРРМобеспечивает (в распространенных устройствах ГУВ) уравни­ва­ние параметра, характеризующего реактивную нагрузку генератора (пара­метра распределения).

В качестве параметров распределения используются:

1. – относительная реактивная мощность генератора.

Равенство незначительно отличается от оптимального распределе­ния, обеспечивающего минимум потерь активной мощности, даже при раз­личии типов генераторов, схем их присоединения к сборным шинам и ак­тивных нагрузок.

2. или – относительные напряже­ние и ток обмотки возбуждения (ротора). Эти параметры целесообразно приме­нять на электростанциях, генераторы которых неодинаково загру­жены ак­тивной мощностью (например, часть генераторов ГЭС работает в режиме синхрон­ного компенсатора). При этом исключается «запирание» резерва реактивной мощности электростанции в максимум нагрузки.

Действительно, если автоматически обеспечивать равенство реактив­ных нагрузок СГ и СК (при одинаковой номинальной мощности), т.е. , то при работе на общие шины , и ограничение макси­мального тока ротора СГ индивидуальным АРВ приводит к ограниче­нию устройством уравнивания на уровне, меньшем номи­нального.

Уравнивание напряжений предпочтительнее, поскольку при этом обес­пе­чивается бо́льшая устойчивость и скорость процесса автоматиче­ского распределения реактивной нагрузки из-за отсутствия в контуре рас­пределе­ния инерционного звена – обмотки ротора.

Распределение по току ротора применяется для генераторов с АРВ сильного действия. В этом случае распределение получается достаточно устойчивым вследствие малой инерционности системы регулирования воз­буждения, а датчики тока ротора значительно проще и надежней дат­чиков достаточно высокого напряжения ротора.

3. Реальный резерв реактивной мощности, соответствующий теку­щему значению активной мощности, по диаграмме допустимых нагрузок в режи­мах перевозбуждения и недовозбуждения турбогенераторов.

В УРРМ в качестве схемыуравнивания параметра распределения мо­гут использоваться «многолучевая звезда» и «многоугольник».

Схема многолучевой звезды для уравнивания реактивных мощностей приведена на рис. 3.5.

В многолучевую звезду с помощью шин уравнивания ШУ1 и ШУ2 (узлы) объединены измерительные органы-датчики реактивной мощности ИМР (или другого параметра распределения) и усилители автоматиче­ских регуляторов возбуждения АРВ (исполнительные устройства) генера­торов , входящих в группу.

Определим с помощью схемы замещения (рис. 3.5,б) регулирующее воздействие на любой АРВ, т.е. величину .

На схеме замещения:

– ЭДС ИМР;

– внутреннее сопротивление ИМР и входное сопротивление усили­теля АРВ; R, R_у (ИМР – источник напряжения); – напряжение ме­жду ШУ1 и ШУ2.

Рис. 3.5. Схема многолучевой звезды для уравнивания

реактивных мощностей

По второму закону Кирхгофа

,

откуда

.

По первому закону Кирхгофа , следовательно, и , т.е. напряжение между ШУ1 и ШУ2 равно среднему значе­нию ЭДС всех датчиков. Подставив это выражение в формулу для , полу­чим:

, (3.10)

где пропорционален коэффициенту долевого статизма;

– доля участия генератора в покрытии суммарной реактив­ной нагрузки электростанции.

Если датчик параметра распределения имеет большое внутреннее со­противление по сравнению с сопротивлением исполнительного устрой­ства (источник тока), целесообразно применять схему многоугольника (рис. 3.6).

На схеме замещения (рис. 3.6,б):

– ток ИМР_ℓ при закороченном выходе;

g, g_у – внутренняя проводимость ИМР и входная проводимость уси­ли­теля АРВ; g g_у (ИМР – источник тока);

– уравнительный ток.

Регулирующим воздействием является ток:

.

По второму закону Кирхгофа для контура, проходящего через все ,

,

следовательно,

и ;

, (3.11)

где

Рис. 3.6. Схема многоугольника для уравнивания

реактивных нагрузок

Регулирование прекратиться, когда

Применение устройства автоматического распределения УРРМ не­обхо­димо независимо от наличия группового управления в тех случаях, когда требуется настроить приведенные к общим шинам внешние харак­теристики генераторов с АРВ астатически или с отрицательным статиз­мом.

Возможно построение устройства ГУВ без УРРМ, если регуляторы на­строены с положительным статизмом (3–4%).

В качестве примера рассмотрим схему ГУВ с централизованным из­менением уставок индивидуальных АРВ сильного действия и уравни­ва­нием по току ротора (рис. 3.7).

Изменение уставок индивидуальных АРВ осуществляется одновре­мен­ным изменением с помощью потенциал-регуляторов ПР напряжений, под­водимых к измерительным цепям регуляторов. Роторы ПР связаны между собой и двигателем центрального установочного устройства ЦУУ жесткой механической или сельсинной связью.

Управляющее воздействие от ЦУУ имеет вид

.

В установившемся режиме , т.е. регулирова­ние напряжения на шинах ЭС осуществляется «встречно».

Рис. 3.7. Схема ГУВ с централизованным изменением уставок индивидуальных АРВ и уравниваем по току ротора

В схему уравнивания включены потенциометры П1, П2 и др. и допол­нительные обмотки управления выходными усилителями АРВ сильного действия. Напряжения на потенциометрах пропорциональны токам роторов. Регулировкой потенциометров можно изменить долю уча­стия каждого гене­ратора в распределении. Датчики тока ротора – транс­форматоры постоян­ного тока ТПТ – установлены в цепях обмоток рото­ров, подключенных к тиристорным возбудителям ВТ.

Контакты реле KL1, KL2 и др. отключают цепи уравнивания от об­щей схемы при отключении соответствующего генератора от сборных шин СШ ЭС.

Микропроцессорное устройство ГУВ на базе регулирующего мик­ро­процессорного контроллера «ремиконт» отличается от аналоговых ГУВ более высокими технико-экономическими показателями.

Ремиконты представляют собой микропроцессорные устройства управ­ления, архитектура которых оптимизирована для решения задач ав­томати­ческого регулирования технологических процессов. Для програм­мирования ремиконтов не требуются программисты. Оно сводится к вы­бору стандарт­ных алгоритмов и набору связей между ними на основе принципиальной схемы системы регулирования. Основные алгоритмы ремиконта: ПИД-регу­лятор, регулятор импульсный, интегрирующий за­датчик, программный за­датчик, слежение, кусочно-линейная функция, суммирование, умножение и др.

Микропроцессорное устройство ГУВ обеспечивает выполнение сле­дующих функций:

· автоматическое поддержание заданного уровня напряжения на ши­нах электростанции и его изменение по заданному графику;

· связь с АСУ ТП электростанции или с системой регулирования верх­него уровня;

· распределение реактивной мощности между генераторами с уче­том их текущих активных мощностей и реальных резервов реак­тивных мощностей в соответствии с диаграммами допустимых на­грузок в режимах перевозбуждения и недовозбуждения;

· автоматическая коррекция режимной диаграммы генератора по дискретному сигналу, фиксирующему факт выхода из строя вентиля возбудителя;

· контроль с целью защиты от неисправностей датчиков, исполни­тель­ных устройств и др.