Regulátor buzení musí umožňovat spolehlivé a přesné měření
Většina elektrické energie je vyráběna pomocí synchronních alternátorů. Jakost a spolehlivost dodávky je významně ovlivňována regulátorem buzení alternátoru. Buzení ovlivňuje nejen napětí a velikost jalového výkonu, ale též může v přechodových stavech tlumit systémové kmity.
Moderní číslicový regulátor je tvořen kompaktní jednotkou, která v sobě sdružuje analogové obvody, programovatelná pole, mikroprocesory, komunikace, vstupně výstupní obvody a fázové řízení tyristorů. Příkladem inovativního regulátoru, který používá nové perspektivní obvody, je kompaktní regulátor buzení AVR Z110A firmy ZAT a.s. Jeho algoritmy jsou vyvíjené v univerzálním prostředí ZAT IDE, které slouží i ke konfiguraci ostatních produktů firmy. Firmware i aplikační software regulátoru je snadno modifikovatelný a je tedy možné vyhovět speciálním požadavkům zákazníka. Použití moderní součástkové základny, zvláště pak programovatelného logického pole, umožňuje vysoké frekvence vzorkování harmonických signálů, které se projeví ve vysoké přesnosti měření a jeho odolnosti vůči rušení.
HW regulátoru a firmware
Regulátor buzení je řešen jako jednodeskový modul. Na desce plošných spojů jsou integrovány logické a spojité vstupy a výstupy, fázové řízení tyristorů, programovatelná pole, dva jednočipové mikropočítače architektury ARM a komunikační adaptéry CAN, USB, RS232 a Ethernet. Deska regulátoru opatřená konektory a svorkovnicemi je umístěna v plechové skříňce, která je uzpůsobená pro umístění do rozvaděče (viz obr. 1). Všechny spojité vstupy a výstupy jsou galvanicky oddělené. Běh uživatelských modulů zajišťuje exekutiva reálného času s rozlišením 1ms. Exekutiva umožňuje spouštět úlohy v pevné periodě i úlohy asynchronní. Debugger, který běží na servisním PC propojeným přes USB, umožňuje zobrazení a modifikaci proměnných a jejich zobrazování v grafech. Speciální firmware regulátoru buzení zajišťuje složitá měření efektivních hodnot a výkonů, filtraci signálů a řízení tyristorového můstku. Přesunutí této části algoritmů na logické pole značně ulevilo požadavkům na výkon procesorů a umožnilo provádět výpočty efektivních hodnot a výkonů z jemně vzorkovaných signálů. Stávající řešení umožňuje použít vzorkovací frekvenci 200 kHz. Společně s využitím 16bitových převodníků dosahuje měření vysoké přesnosti.
Bloky pro regulaci a uživatelský modul
Vlastní algoritmus regulátoru buzení je vytvořen logickým automatem, který je naprogramován v uživatelském modulu. Automat zajišťuje správné spouštění a propojení jednotlivých bloků regulátoru. Základním blokem je selektorový regulátor, který zajišťuje P (I) regulaci budicího proudu, P regulaci statorového napětí při regulaci naprázdno nebo PI regulaci statorového napětí přifázovaného generátoru. Do sčítacího bloku jsou kromě měřené hodnoty statorového napětí přičítány výstupy dalších bloků. Jde o tzv. statiku, stabilizační derivační člen, omezovače a systémový stabilizátor. Statika modifikuje regulační odchylku podle velikosti dodávaného jalového výkonu. Omezovače buď se zpožděním, nebo okamžitě zabraňují provozu stroje mimo pracovní oblast generátoru. Hlídač meze podbuzení reaguje okamžitě a jeho zásah se přičítá, což způsobí přibuzení. Zásah hlídače je navíc závislý na velikosti svorkového napětí generátoru. Bez zpoždění působí též omezovač statorového napětí, ten naopak snižuje buzení. Omezovače statorového a rotorového proudu působí se zpožděním v závislosti na velikosti proudu, od určité úrovně přetížení je jejich zásah okamžitý. Systémový stabilizátor tlumí kývání rotoru, ke kterému dochází při přechodových dějích v rozvodné soustavě. V regulátoru jsou implementovány bloky systémového stabilizátoru PSS2A i PSS3B.
Zvláštním blokem, který obsahuje jak logické, tak i spojité řízení, je fázovač a synchronizátor. Synchronizátor zajišťuje srovnání frekvence generátoru na frekvenci sítě pomocí povelů do řídicího systému turbíny. Srovnání otáček se neprovádí zcela přesně, ale na volitelnou hodnotu skluzu. Fázovač vysílá s předstihem povel na generátorový vypínač tak, aby k přifázování došlo při nulovém rozdílu fáze. Pro přifázování je tedy nutná shoda dvou zařízení - fázovače a kontrolního obvodu. Proto byl v ZATu vyvinut i samostatný kontrolní obvod, který nezávisle měří a blokuje povel k fázování.
Regulátor buzení je pomocí komunikace spojen s monitorovacím panelovým počítačem, který je umístěn obvykle na dveřích budicí soupravy. Počítač umožňuje obsluze sledovat a ovládat důležité veličiny generátoru (viz. obr 2).
Přínosy inovace
Všechny funkce a možnosti aplikací vyvinuté pro regulátor ZAT AVR Z110A jsou kompatibilní s novou řadou řídicích systémů ZAT SandRA Z100. Jde o speciální aplikaci ŘS, která rozšiřuje možnosti nasazení systémů ZAT. Pro uživatele přináší možnost použití ŘS pro různé technologie od jednoho výrobce v rámci jednotné instrumentace a vývojové, konstrukční a výrobní základny jednoho dodavatele a výrobce zároveň. HW i SW regulátoru buzení byl vyvinut za podpory grantu MPO ČR 2A-3TP1/023. Vlastnosti nového kontroléru plně splňují všechny požadavky kladené na řízení synchronních generátorů libovolných výrobců a výkonů. Hodí se tedy pro rekonstrukce starších budicích souprav i pro nové aplikace budicích souprav vyžadující nejmodernější a nejpřesnější řízení energetických bloků.
Možnosti uplatnění
Primární použití kontroléru AVR Z110A je k regulaci napětí generátorů. Dále pak umožňuje regulaci jalového výkonu a regulaci účiníku. Vzhledem k integrovanému fázovému řízení a širokým možnostem měření je možné jeho využití pro libovolnou aplikaci, která jako akční člen používá řízený tyristorový můstek. Příkladem mohou být aplikace, kde je potřeba zdroj stejnosměrného proudu, např. zdroj proudu pro SS motor nebo pro plazmatron.
669
.gif)
