CC BY
4УДК 620.9 Орлов В.А., Болдырев И.А.
Орлов В.А.
Филиал в г. Волжском Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Волжский, Россия)
Научный руководитель: Болдырев И.А.
Филиал в г. Волжском Национальный исследовательский университет «МЭИ» (г. Волжский, Россия)
МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ЧАСТОТОЙ И АКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ ТУРБОГЕНЕРАТОРА
Аннотация: в работе представлено описание принципа работы модели турбогенератора, математическое описание объекта регулирования, а также система автоматического регулирования частоты и активной мощности и проведен анализ результатов проведенного моделирования.
Ключевые слова: регулирование, частота, активная мощность, частотный преобразователь, генератор.
При рассмотрении турбогенераторной установки как объекта исследования, были выявлены параметры, которые характеризуют функционирование технологического процесса, такие параметры как: частота, активная и реактивная мощность. В качестве исследуемой системы будет рассматриваться имитационный стенд «ГалСен».
Исходя из вышеперечисленных параметров технические средства автоматизации стенда «ГалСен» следующие:
- плата сбора данныхPCI-6024E,
- частотный преобразователь Altivar-312,
- трансформаторы тока ТП-114-Л198,
- трансформаторы напряжения ТПК-125-Л537,
- тахогенератор RE.0110, предназначенный для измерения частоты вращения вала.
Для построения системы регулирования будет использоваться программа SimInTech, а для расчетов - среда программирования Python. Структурная схема комплекса показана на рисунке 1.
Г
пса
О - икс лтдояДш наелтш
О - лАкТ '1'
Рисунок 1. Схема структурная регулирования.
Исследование предложенной системы управления ветрогенератором.
Регулятор воздействует на канал управления через переключатель, после которого сигнал следует на сумматор. В этот сумматор так же добавлен канал регулирования мощности. Поначалу канал регулирования мощности не работает, так как первые 20 секунд задание равно нулю. Сделано это для того, чтобы дать время генератору разогнаться. За сумматором следует блок, играющий роль ограничителя, чтобы сигнал, поступающий в плату и за тем на частотный преобразователь, не выходил за пределы от 0 до 10 Вольт.
Система разгоняет генератор и при достижении заданного значения начинается отслеживание фаз напряжений сети и фаз напряжений на шинах генератора. При помощи блока фильтр автоматической подстройки частоты на
выходе, которого формируется частота измеряемого сигнала и фаза вычисляем фазу напряжения системы и фазу напряжения на шинах генератора. Эти две фазы сравниваются между собой, берутся по модулю и сравниваются с уставкой 0,01 радиана. Как только фаза по модулю станет меньше чем 0,01, срабатывает логическое условие запуска синхронизации.
Поскольку совпадение по фазам может произойти на любой частоте, то вторым условием синхронизации является то, что система уже набрала частоту больше 1495 оборотов.
В момент синхронизации происходят следующие действия:
- дискретный сигнал с триггера включает генераторный выключатель
- выключается регулятор частоты вращения
- текущие значение РЧВ фиксируется через блок запоминания значений, чтобы затем складываться с сигналом регулятора мощности
Основным элементом, вычисляющим активную мощность, является блок вычисления мощности однофазной цепи, на который подаются сигналы напряжения на шинах генератора и ток генератора. Далее вычисленные активная и реактивная мощности проходят через блоки, умножающие их на коэффициент трансформации трансформаторов тока и напряжения. Активная мощность, так как от нее сильно зависит способность системы к регулированию, пропускается через цифровой фильтр и возвращается по обратной связи к блоку сравнения с заданием. После сравнения через множитель сигнал поступает на ПИ-регулятор. Множитель необходим для того чтобы сигнал рассогласования был равен нулю, пока генераторный выключатель не включен не включен и соответственно ПИ-регулятор в это время не активен. С ПИ-регулятора сигнал складывается с тем, что пришло с ПИ-регулятора РЧВ, потом через ограничитель в плату сбора данных.
На рисунке 2 представлена схема САРЧМ турбогенератора, представленная в виде программы написанной в 81штТесЬ.
г — 1= — — —
Юс — И-- 66.6667 -щ- _»ь
£ _3 1,0 V :*н р] Г^ГЯТ1" * Р.<) * ГШ£ — к к
Г * >
]к= № :■ Ш* N1 1 ■ чьи ы
[ ► V ... —— — - -ни А, ■ж 2 1 I +пп
: —»ЕГ (т
. рц. : I |й - < 2:
ь РЫ : I - -т
Рисунок 2. Система автоматического регулирования частоты и мощности.
Результаты моделирования разрабатываемой системы автоматического регулирования частоты и активной мощности.
В результате моделирования были получены данные и обработаны в виде графиков.
График
у** 1.......
* «г« 1
г, 1 6 я 3 0
Г Р — О — РгеГ ~|
Рисунок 3. Зависимость активной и реактивной мощности от задания.
Как мы видим, на данном графике в 13 секунд произошла синхронизация генератора с сетью. Первые 20 секунд задание равно нулю, генератор оказывается перевозбужден, потому что активную мощность мы не отдаем, а ток
с запасом на последующее регулирование уже задан. Поскольку средняя мощность стенда равна 80 Ватт, то при таком же задании реактивная мощность близка к нулю. Если мы дальше увеличиваем мощность до 120 Ватт, то наблюдается дефицит реактивной мощности в районе 15 Вольт-ампер реактивных. И в момент времени 40 секунд уменьшается задание до 50 Ватт.
График
0 5 1 0 15 20 25 30 35 40 45 50
Время 1 с
Рисунок 4. Данные по частоте вращения и управляющему напряжению на частотном преобразователе.
График
1143 1143Б 1344 13445 13ДЕ :3.4Ей 11.46 11А6Б 1147 13475 1141 13.415 1341 114К 135 13БОЕ 1131 13.515 1352 11.535 11.53 11535 1154 11Е4Б 11Е5 135Е5 1355 ЦБК
Бремр1:
Рисунок 5. Напряжение на шинах генератора и в системе.
Данный график развернут и показан в момент синхронизации генератора с сетью в момент времени 13,5 секунд
Заключение.
На основе рассмотренной в работе модели турбогенераторной установки смоделирован процесс управления частотой и активной мощности турбогенератора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Вольников М.И., Селезнева С.В., Кузьмин В.А. "Применение синергетического метода синтеза для повышения качества управления турбогенераторами" Вестник Саратовского государственного технического университета, vol. 1, no. 2с (64), 2012, pp. 152-156.
Orlov V.A., Boldyrev I.A.
Orlov V.A.
National Research University "MEI" (Volzhsky, Russia)
Scientific advisor: Boldyrev I.A.
National Research University "MEI" (Volzhsky, Russia)
MODEL OF TURBOGENERATOR FREQUENCY AND ACTIVE POWER CONTROL SYSTEM
Abstract: the paper presents a description of the principle of operation of the turbogenerator model, a mathematical description of the control object, as well as an automatic frequency and active power control system, and analyzes the results of the simulation.
Keywords: regulation, frequency, active power, frequency converter, generator.
