Пример реализации стабилизации выходного напряжения и

частоты для синхронного генератора.

Аннотация: Рассматривается способ реализации повышения

энергоэффективности управления для синхронного генератора в составе

малой гидроэлектростанции с помощью использования системы управления

балластной нагрузкой, которая будет поддерживать загруженность

генератора на постоянную номинальную мощность.

Ключевые слова: Синхронный генератор, стабилизация напряжения и

частоты, балластная нагрузка.

Балахонов Егор Андреевич

Студент, Ульяновского государственного

технического университета, Россия, г. Ульяновск

Петрова Марина Валерьевна

Канд. технических наук, доцент

Ульяновского государственного технического

университета, Россия, г. Ульяновск

An example of the implementation of output voltage and frequency

stabilization for a synchronous generator.

Annotation: A method is being considered to implement an increase in

control energy efficiency for a synchronous generator in a small hydroelectric

power plant by using a ballast load control system that will maintain the load of the

generator at a constant rated power.

Keywords: Synchronous generator, voltage and frequency stabilization,

ballast load.

Balahonov Egor Andreevich

Student, Ulyanovsk State

Technical University, Ulyanovsk, Russia

Petrova Marina Valeryevna

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

Ulyanovsk State Technical University, Ulyanovsk, Russia

Одним из способов повышения эффективности синхронного генератора

является оптимизация системы управления. Установка современных систем

управления,

которые

обеспечивают

оптимальную

работу

генератора

в

зависимости

от

нагрузки.

В

данном

случае

будет

рассмотрен

способ

стабилизации напряжения и частоты синхронного генератора в составе малой

гидроэлектростанции,

с

помощью

системы

автоматического

управления

балластной нагрузки. Её структурная схема:

В которой:



ПЛК (программируемый логический контроллер) промышленного образца

состоит из:

- Модуль источника питания нужен для обеспечения нужным напряжением и

электрической мощностью всей системы. К ней относятся модули ввода-

вывода, процессор, аналоговые и дискретные модули.

- Модуль процессора нужен для того, чтобы интерпретировать, анализировать

входные сигналы в соответствии с программой, хранящейся в его памяти, а

также

выполнять

управляющие

действия,

передавая

сигналы

на

выходы

контроллера.

- Модуль аналогового ввода нужен для измерения и получения аналоговых

сигналов. Он преобразует физические параметры в электрические сигналы для

дальнейшей

обработки

и

управления.

В

данном

примере

он

получает

аналоговый

сигнал

о

мощности

вырабатываемой

на

генераторе,

а

после

преобразует его для дальнейших вычислений.

- Модуль дискретного вывода нужен для того, чтобы управлять дискретными

устройствами,

такими

как

реле,

соленоиды,

электромагнитные

клапаны,

светодиоды и другие. Он обеспечивает передачу сигнала для включения или

выключения этих устройств, позволяя контролировать различные процессы и

операции. В данном случае с помощью него будут отправляться сигналы

состояния в СУГ, а также на нагрузочный модуль для подключения нужных

ступеней.

-

Модуль

дискретного

ввода

нужен

для

приёма

и

анализа

дискретных

сигналов. ШАУБ (Шкаф автоматического управления балластной нагрузкой)

будет принимать сигналы состояния от РУ, НМ и ТП для координации работы.

- Модуль счёта импульсов нужен для измерения скорости вращения вала

двигателя (турбины генератора).



Блок питания нужен для преобразования напряжения переменного тока в

напряжение постоянного тока, тем самым подаёт питание на ПЛК.



Панель оператора нужна для управления ШАУБ в ручном режиме, а также

для

отображения

параметров

о

мощности

на

генераторе,

о

мощности

выделяемой на нагрузочном модуле и количестве подключенных ступеней.



Система

управления

генератором

нужна

для

управления

гидроэлектростанцией в целом. С ШАУБ связана только для получения

сигналов состояния работы.



Распределительное устройство нужно для распределения электроэнергии

от

одной

или

двух

линий

электроснабжения

между

несколькими

потребителями, в данном случае потребителями выступают нагрузочный

модуль

и

трансформаторная

подстанция

(от

которой

поступает

электроэнергии

в

какой-либо

населенный

пункт

или

к

другому

виду

нагрузки).



Нагрузочный

модуль

содержит

блоки

контакторов

и

резисторы

со

ступенчатым способом подключения. Подключение ступеней возможно с

разным номиналом мощности.



Трансформаторная подстанция

нужна для передачи электроэнергии на

ЛЭП (линии электропередачи), а также подстанция оснащена особыми

изоляторами и предохраняющими устройствами, что создаёт безопасные

условия эксплуатации оборудования, сетей и работы людей.



Датчик

частоты

вращения

нужен

для

измерения

количества

оборотов

турбины генератора.

Принцип работы:

ПЛК

постоянно

получает

данные

о

мощности

выделяемой

на

генераторе, после чего происходит анализ того, сколько мощности нужно

подать, чтобы «догрузить» генератор до номинальных значений.

Принцип анализа заключается в том, чтобы в контроллере были заданы

номинальные значения мощности генератора, после чего из них вычесть

значение мощности, выдаваемой генератором, и из разности оценить сколько

и какие ступени можно подключить. Примерная формула:

𝑃

ном

−

𝑃

выд

𝐴

=

𝑋

Где

𝑃

ном

– номинальная мощность генератора,

𝑃

выд

– мощность, выдаваемая генератором,

А – мощность нужной ступени,

Х – количество ступеней.

Ступени могут быть любой мощности (100, 50, 25, 10 кВт), главное,

чтобы они были разной мощности, для удобства регулирования. Например,

номинальная мощность генератора 1000 кВт, тогда стоит сделать 9 ступеней в

100 кВт, одну в 50 кВт и две в 25 кВт. Тогда будет возможность нагружать

генератор до 1000 кВт с возможность регулирования в 25 кВт.

И главная задача ПЛК является в поддержании мощности, выдаваемой

генератором,

равной

номинальному

значению,

указанному

в

паспорте

устройства. И в случае изменения мощности подключать или отключать

нужные ступени.

Кроме

того,

ШАУБ

принимает

сигналы

о

состоянии

смежного

оборудования

(РУ

или

ТП),

что

поможет

предотвратить

холостой

ход

генератора в случае аварийных ситуаций, а также предоставит безопасность

подачи электроэнергии в сеть.

Вдобавок

плюсом

снятия

с

генератора

постоянно

номинальной

мощности заключается в том, что оборудование может стабильно работать

длительное время без перерывов и перегрева самого генератора.

Литература:

1.

Аксаров

А.Б.

Совершенствование

методики

и

средств

настройки

автоматических

регуляторов

возбуждения

синхронных

генераторов

электрических

станций

в

условиях

развития

современных

электроэнергетических систем – Диссертация, Томск, 2023.

2.

Григораш

О.В.,

Корзенков

П.Г.,

Попучиева

М.А.

Стабилизаторы

напряжения

синхронных

генераторов

-

Научный

журнал

КубГАУ,

№110(06), 2015.

3.

Харитонов

С.А.,

Коробков

Д.В.,

Макаров

Д.В.,

Гарганеев

А.Г.

Стабилизация напряжения - Доклады ТУСУРа, № 1 (25), часть 1, июнь

2012.