Спосіб управління синхронним генератором

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використаний при створенні автономних або віддалених електроенергетичних систем (EEC). На теперішній час в автономних, наприклад, суднових, EEC при управлінні синхронними генераторами (СГ) системи генерування електроенергії виконуються наступні операції з пульта дистанційного керування (ПДК) або з місцевого поста управління, програмне або вручну: приготування до роботи, прийом (зняття) навантаження, зупин, визначення режиму роботи СГ за станом мережі (автономний або паралельний) і, відповідно до цього, включення автоматичного регулятора напруги (АРН) або автоматичного регулятора коефіцієнта потужності (cosj ) і додаткових пристроїв розподілу реактивного навантаження між СГ. За прототип прийнята система автоматизованого централізованого управління судновою EEC типу «Ижора-М» [1]. У основу побудови цієї системи покладені наступні принципи: - кожний генераторний агрегат (ГА) подається самостійною функціональною групою; - режим роботи функціональної групи задається оператором вручну і далі підтримується автоматично; - автоматизуються швидкопротікаючі процеси, які не можуть бути виконані людиною, і операції, які не виключають можливості помилок обслуговуючого персоналу, а також операції пуску і зупину резервного дизельгенератора; - операції, пов'язані з введенням EEC в дію, заданиям режимів її роботи, управлінням структурою і виведенням з дії виконуються оператором ПДК. Таким чином, принципи побудови, склад і структура системи управління EEC типу «Ижора-М» передбачають наявність численних зв'язків між функціональними групами і між ГА і ПДК. Для забезпечення вимог існуючих документів по якості напруги суднові системи автоматичного регулювання напруги ГА є визначальними в управлінні EEC, що стримує розвиток управління EEC як в напрямі підвищення якості регулювання параметрів СГ, так і в напрямі децентралізованого управління СГ [2]. В цілому існуючі системи управління автономних EEC мають наступні недоліки: - для управління режимами EEC потрібен оператор і ПДК; - мають численні зв'язки між ГА, між СГ і автоматичними вимикачами системи генерування електроенергії і між СГ і ПДК; - система управління EEC підпорядкована автоматичному регулюванню параметрів режиму СГ, що стримує розвиток принципів управління елементами EEC і системи управління в цілому. У основу винаходу поставлене завдання удосконалення способу управління синхронним генератором (СГ) шляхом заміни автоматичного регулювання напруги в автономному режимі і коефіцієнта потужності в режимах паралельної роботи синхронного генератора, що дозволяє реалізувати експлуатаційні режими роботи СГ з параметричним стабілізатором напруги (ПСН) [3]. При цьому управління значеннями напруги і коефіцієнта потужності синхронного генератора здійснюють шляхом визначення режиму роботи СГ на місцевому посту за взаємною зміною параметрів режиму СГ, передачею управління параметрів відповідному блоку і зміною установленого опору ПСН за допомогою контролера, що забезпечує наступні переваги [3]: 1. Зовнішня характеристика СГ стає лінією, на відміну від зовнішньої характеристики існуючих СГ, яка являє собою смугу; 2. Статичні відхилення напруги і коефіцієнта потужності в експлуатаційних режимах роботи СГ є односторонніми і можуть бути доведеними системою управління до нуля; 3. Відсутнє перерегулювання напруги СГ при накиді навантаження; 4. Відсутні коливальні режими і низькочастотна амплітудна модуляція напруги СГ; 5. Запропонований спосіб значно простіший в реалізації, порівняно з іншими способами управління напругою СГ, що використовуються на практиці і дозволяє реалізувати «сильне» регулювання напругою СГ, що значно підвищує динамічні показники СГ [4]; 6. Відсутність операції виміру напруги СГ і, отже, зони нечутливості вимірювального елемента за напругою, а також інших нелінійностей, що з'являються при посиленні, перетворенні і передачі сигналу управління в існуючих регуляторах, дозволяє забезпечити розподіл реактивного навантаження при паралельній роботі СГ без зрівняльних з'єднань [5]. Реалізація способу управління СГ, що пропонується, може бути здійснена застосуванням в схемі управління СГ мікропроцесора, а у схемі ПСН контролера, що змінює величину установленого опору за командами мікропроцесора (див. фіг. 1), які забезпечують виконання необхідних операцій: - визначення режиму роботи СГ на місцевому посту; - передачу управління блоку управління напругою або блоку управління коефіцієнтом потужності. - зміна установленого опору ПСН. При зниженні напруги СГ на величину більш допустимого значення 0,25% Ш контролер перемиканням відпайок збільшує установлений опір ПСН на заздалегідь розраховану величину і СГ переходить на наступну зовнішню характеристику. Напруга СГ відновлюється до номінального значення (див. фіг. 2). При збільшенні напруги СГ на величину більш допустимого значення 0,25% Ш контролер зменшує установлений опір ПСН на заздалегідь розраховану величину і СГ переходить на наступну зовнішню характеристику. Напруга СГ відновлюється до номінального значення. Аналогічно здійснюється управління коефіцієнтом потужності СГ в режимах паралельної роботи (див. фіг. 3) з виконанням операцій вимірювання коефіцієнта потужності і зміни установленого опору ПСН. Теоретичний аналіз способу управління СГ, що заявляється, показує, що він має наступні переваги в порівнянні з існуючими способами управління СГ: 1. Управління СГ EEC стає автоматичним; 2. Поліпшуються якісні показники електроенергії, що виробляється СГ з ПСН; 3. Відсутні численні зв'язки між СГ, між СГ і ПДУ; 4. Управління EEC не підпорядковано регулюванню параметрів СГ, що створює умови для розвитку систем управління як СГ, так і EEC загалом. Суть винаходу пояснюється кресленнями: на фіг. 1 зображена схема управління СГ, на фіг. 2 - управління напругою СГ в автономному режимі роботи, на фіг. 3 - управління коефіцієнтом потужності СГ в режимах паралельної роботи. На фіг. 1 додатково позначено: первинний двигун СГ - ПД; параметричний стабілізатор напруги з контролером ПСН і К; автомат СГ - А г ; напруга живлення обмотки збудження (ОЗ) СГ - Ufm ; мікропроцесор системи управління МП; напруга СГ – Uг ; напруга мережі - Uс ; період і ширина імпульсів, що подаються на ОЗ - Т и , t и ; струм збудження СГ - l f ; блок розрахунку параметрів режиму - БРПР; блок пуску, прийому (зняття) навантаження і зупину - БПО; блок визначення режиму роботи - БВРР; блок управління напругою - БУН; блок управління коефіцієнтом потужності (cosj ) - БУКП. МП системи управління СГ забезпечує: - пуск, синхронізацію і прийом навантаження СГ за сигналом про перевантаження працюючого СГ, який передається по силовій мережі; - розрахунок параметрів режиму СГ; - визначення режиму роботи СГ; - управління напругою СГ в автономному режимі роботи; - управління коефіцієнтом потужності СГ в режимах паралельної роботи; - зняття навантаження і припину СГ при зниженні навантаження нижче заданої уставки по потужності. У автономному режимі робота коефіцієнт потужності СГ визначається навантаженням і не залежить від рівня збудження СГ, а напруга є функцією струму збудження. БВРР за взаємною зміною параметрів режиму, l f , Uг и cos j визначає, що СГ в цьому випадку працює в автономному режимі і передає функцію управління БУН. На фіг. 2 зображене сімейство зовнішніх характеристик СГ 1-10, що забезпечуються ПСН і К, і точки переходу з однієї характеристики на іншу при відхиленні напруги на допустиму величину 0,25 % Uн . На фіг. 2 та 3 додатково позначено: номінальна напруга - Uн ; реактивне навантаження СГ - Qг . У режимах паралельної роботи коефіцієнт потужності СГ є функцією рівня збудження, а напруга EEC визначається сумарним рівнем збудження паралельно працюючих СГ з урахуванням співвідношення їх потужностей. БВРР за взаємною зміні параметрів режиму l f , Uг и cos j визначає, що СГ в цьому випадку працює в режимі паралельної роботи і передає функцію управління БУКП. На фіг. 3 зображене сімейство зовнішніх характеристик СГ 1-10, що забезпечуються ПСН і К, і точки переходу з однієї характеристики на іншу при відхиленні від заданого значення cos j і, отже, реактивного навантаження СГ. Для наочності процесу управління на фіг. 3 зображений варіант паралельної роботи СГ в складі EEC при номінальному навантаженні і зміні напруги мережі на 0,01 о.е. Теоретичний аналіз способу управління СГ, що заявляється, показує, що він має наступні переваги в порівнянні з існуючими: 1. Управління СГ EEC стає автоматичним; 2. Відсутні численні зв'язки між СГ і між СГ і ПДУ; 3. Управління EEC не підлягає регулюванню параметрів СГ, що створює умови для розвитку систем управління. Джерела інформації: 1. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы./ А.П.Баранов.- М.: Транспорт, 1988. - 328 с. 2. Константинов В.Н. Системы и устройства автоматизации судовых электроэнергетических установок./ В.Н. Константинов.- Л.: Судостроение, 1988.3. О. Олейников, О. Шоцький Спосіб параметричної стабілізації напруги синхронного генератора./ Заява № 2003065055 від 2. 06. 2003, рішення від 21. 10. 2003, вих. № 38117.4. О. Олейников, О. Шоцький Безщітковий синхронний генератор. Заява № 2003087819 від 19. 08. 2003, рішення від 30.10.2003, вих. № 39390.