CC BY
79
УДК 621.314
П.В. Коваленко, В.В. Коваленко, С.Ф. Степанов
СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ГЕНЕРАТОРОВ РАЗЛИЧНОЙ МОЩНОСТИ НА ОБЩУЮ ШИНУ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Предлагается модель обеспечения синхронного управления выпрямителями в комплексе трех параллельно работающих генераторов различной мощности, структурная схема управления, размещение датчиков опорных величин для осуществления оценки и получения управляющего сигнала.
Параллельно работающие генераторы, структурная схема управления P.V. Kovalenko, V.V. Kovalenko, S.F. Stepanov
SYSTEM OF SYNCHRONOUS CONTROL OF ELECTRIC POWER DEVELOPMENT IN PARALLEL WORKING GENERATORS OF VARIOUS POWERS
The model of ensuring synchronous control by rectifiers in a complex of three in parallel working generators of various powers, the block diagram of management, placement of sensors of basic sizes for implementation of an assessment and receiving an operating signal is offered.
Parallel working generators, the block diagram of control
Подключение генераторов автономных систем электроснабжения к сети промышленной частоты осуществляется через промежуточное звено, которым обычно является преобразователь частоты на полупроводниковых элементах. На рис. 1 изображена структурная схема электрогенерирующего комплекса, состоящего из трех генераторов G1-G3 с различными мощностью и скоростью вращения вала ротора и преобразователя частоты, состоящий из трех выпрямителей В1-В3 и одного инвертора Их. Каждый генератор имеет свое выпрямительное устройство В1-В3. Суммирование мощности генераторов осуществляется на общей шине постоянного тока.
Рис. 1. Структурная схема электрогенерирующего комплекса с датчиками тока и напряжения
Ввиду того, что нагрузка носит изменяющийся во времени характер, необходимо обеспечить одинаковые условия работы генераторов по загрузке во всех режимах работы. При отсутствии возможности регулирования мощности на уровне генерации (например, при использовании в качестве генераторов синхронных машин на постоянных магнитах) изменение величины генерируемого тока возможно на уровне выпрямления и инвертирования. В таком случае в целях осуществления регулирования передаваемой мощности и обеспечения требуемой величины напряжения необходимо иметь управляемые выпрямители на тиристорах, позволяющие осуществлять необходимую коррекцию выходных параметров автономной электростанции на уровне преобразователя частоты. При этом необходимо обеспечить заданное значение выходного напряжения электрогенерирующего комплекса при соответствующем распределении нагрузки между параллельно работающими генераторами различной мощности. Для этих целей разработана схема формирования управляющих сигналов выпрямителями в комплексе трех параллельно работающих генераторов различной мощности. Структурная схема представлена на рис.2..
П 1вэ
I
уст.СЗ
□-
-ххЛ
_гь
I
уст.С2
О
Г~1 ІВ2
ДІЛ
V
—Г"1—^ к тиристорам В2
%ст.СГ
Кі
АІв
БУВ!
-П_ к тиристорам В]
Рис. 2. Структура управления выпрямителями по току нагрузки
Каждый выпрямитель имеет индивидуальный блок управления (БУВ), входной сигнал которого формируется по определенному алгоритму.
Управляющие воздействия на выходные величины выпрямителей Вь В2, В3 осуществляется посредством сигнала обратной связи, в качестве которого используется величина тока нагрузки, получаемая с выхода датчика тока, который установлен на выходе инвертора. Сигнал с датчика тока ДТН передается на блок деления, где он делится на сигнал соответствующий номинальному току генерируемого электроустановкой: выходной сигнал блока
деления пропорционален отношению тока нагрузки к номинальному току (коэффициент загрузки). Сигнал с блока деления поступает на умножители, в которых формируются сигналы, кратные величине номинального тока генератора на коэффициент загрузки. Для получения информации о величине выработанного тока каждым генератором 1Вь 1В2, 1В3 в выходные цепи выпрямителей подключены датчики тока ДТ1 - ДТ3. Сигналы с умножителей поступают на блоки сравнения, в которых определяется отклонение величины вырабатываемого тока генераторов от требуемого по условиям нагрузки. С выхода каждого блока сравнения на блок управления выпрямителей поступает сигнал о величине отклонения тока нагрузки от номинального. В свою очередь, блоки управления выпрямителями формируют импульсы управления, которые передаются на управляемые электроды тиристоров и отпирая их в нужные моменты времени. Процесс формирования управляющих сигнала одинаков для всех трех генераторов, процентное распределение величины генерируемой мощности каждым генератором сохраняется при любой величине нагрузки (например, при номинальной мощности генераторов - 60, 30, 10 кВт это соотношение 6:3:1. При необходимости обеспечить нагрузку в 50 кВт генераторы будут загружены на 30, 15 и 5 кВт соответственно). Таким образом, коэффициент загрузки всех генераторов одинаков и при изменении генерируемой мощности изменяется синхронно для всех генераторов пропорционально своей номинальной мощности.
Однако в случае отсутствия нагрузки на выводах инвертора коэффициент загрузки будет равен нулю, и тем самым блоки управления выпрямителями не будут формировать сигнал на отпирание тиристоров и, следовательно, на выходе выпрямителей величины тока и напряжения обратятся в ноль. Последнее недопустимо для интегрирования электроустановки в действующую сеть с заданными параметрами напряжения и частоты. Поэтому необходимо обеспечить на выходе инвертора требуемую величину напряжения во всех режимах, в том числе и на холостом ходу. Для этих целей предлагается к блоку управления выпрямителя 1 подключить канал стабилизации выходного напряжения, структурная схема которого изображена на рис. 3.
Рис. 3. Структурная схема канала стабилизации выходного напряжения инвертора
иуст - величина опорного напряжения, которая формируется задатчиком.
При снижении нагрузки система управления выпрямителями будет снижать величину тока и напряжения по рассмотренной выше схеме (рис. 2). Информация о величине напряжения на выходе инвертора поступает от датчика напряжения ДН на блок сравнения, в котором она сравнивается с величиной опорного напряжения иуст. Сигнал с блока сравнения поступает через регулятор на блок управления выпрямителем 1, который формирует управляющий сигнал, необходимый для поддержания напряжения на необходимом уровне, независимо от величины нагрузки. В регуляторе сигнал рассогласования величины напряжения усиливается для повышения чувствительности блока управления. В качестве регуляторов по соотношению удобства управления, простоты конструкции и выходных характеристик наиболее приемлемым является ПИ-регулятор, обеспечивающий нулевую статическую ошибку регулирования (исключается отклонение регулирования) и имеющий малую чувствительность к шумам в канале измерения, а также простой в настройке параметров (всего 2 - коэффициент усиления и время интегрирования). Если система не испытывает внешних возмущений, регулируемая величина стабилизируется на заданном значении: пропорциональная составляющая равна нулю, а интегральная составляющая полностью обеспечит выходной сигнал.
Итоговая структура модели электрогенерирующего комплекса из трех параллельно работающих генераторов различной мощности с размещением датчиков опорных величин
от ДН
ВЫХ
для осуществления оценки и получения управляющих сигналов изображена на рис. 4. Данная структура служит основой для построения и анализа математической модели в программном комплексе MatLab с пакетом приложений Simulink.
Взг
с3 (^\Л
Рис. 4. Структурная схема формирования управляющих сигналов выпрямителей
Предлагаемый подход формирования управляющих воздействий может быть реализован в электрогенерирующих комплексах с любым количеством генераторов различной мощности и скоростей вращения роторов. При этом для стабилизации напряжения достаточно управления одного из выпрямителей по величине вырабатываемого напряжения, подключенных к наиболее мощному генератору. Управление остальными выпрямителями будет осуществляться синхронно пропорционально номинальной мощности подключенных к ним генераторов. Таким образом, не требуется дополнительных запусков и остановов генераторов при изменении нагрузки и создания дополнительных устройств коммутации и системы управления коммутацией силовых цепей.
Вывод
Разработана оригинальная модель управления выпрямителями в комплексе трех генераторов различной мощности, работающих параллельно на общую шину постоянного тока, которая может быть использована для дальнейших исследований переходных процессов сложных электротехнических комплексов в различных режимах и при иных заданных параметрах в программном комплексе MatLab с пакетом приложений Simulink.
ЛИТЕРАТУРА
1. Левин А.В. Автономные системы электроснабжения / А.В. Левин, Н.Н. Лаптев // Энергетика. - 2003. - № 1(9). - С. 12 -14.
2. Степанов, С.Ф. Автономные источники электропитания локальных систем электроснабжения / С.Ф. Степанов, В.В. Курдя, И.И. Артюхова // Анализ, синтез и управление в сложных системах: сб. науч. тр. - Саратов: СГТУ, 2006. - С.16 - 23.
3. Артюхов И.И. Автономная система электроснабжения с перестраиваемой структурой / И.И. Артюхов, С.Ф. Степанов, А.В. Коротков, Н.В. Погодин // Проблемы электроэнергетики: межвуз. науч. сб. - Саратов: СГТУ, 2004. - С.9 - 14.
Коваленко Павел Валерьевич -
магистр техники и технологии по направлению «Электроэнергетика» Саратовского государственного технического университета имени Г агарина Ю. А.
Pavel V. Kovalenko -
Master of technical and technology in the direction "Power industry"
Gagarin Saratov State Technical University
Коваленко Василина Васильевна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Vasilina V. Kovalenko -
Ph. D., Associate Professor
Department of Power Supply of Industrial
Enterprises,
Gagarin Saratov State Technical University
Степанов Сергей Федорович -
доктор технических наук, профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Саратовского государственного технического университета имени Г агарина Ю.А.
Sergey F. Stepanov -
Dr. Sc., Professor
Department of Power Supply of Industrial Enterprises,
Gagarin Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 14.05.12, принята к опубликованию 13.06.12
