WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 


Pages:   || 2 |

«РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЦИФРОАНАЛОГОВОГО СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ...»

-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

На правах рукописи

ТИМОЩЕНКО Константин Павлович

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ЦИФРОАНАЛОГОВОГО СТЕНДА ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМ

ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель – доктор технических наук, профессор А.А.Юрганов Санкт-Петербург –

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1 Пути повышения качества наладки оборудования систем возбуждения

1.1 Классификация систем возбуждения синхронных машин.

1.2 Основные аспекты проблемы повышения качества.

1.3 Обзор диагностическо-наладочных комплексов

1.4 Выводы к главе 1.

Глава 2 Разработка концепции проверки систем управления возбуждением

2.1 Требования к энергосистеме, позволяющей выполнить необходимый перечень проверок.

2.2 Модель «трехмашинной» энергосистемы

2.3 Модель «машина-линия-шины бесконечной мощности»

2.4 Выводы к главе 2

Глава 3 Сравнение возможностей многомашинной схемы и схемы «машина-линия-шины бесконечной мощности» (экспериментальные исследования)

3.1 Методика проведения экспериментов, программа испытаний.

3.2 Результаты проведения экспериментов в «трехмашинной» схеме............. 3.3 Результаты проведения опытов в схеме машина – шины бесконечной мощности

3.4 Выводы к главе 3

Глава 4 Цифровые регуляторы возбуждения. Проблемы реализации и идентификации

4.1 Неудачные требования к первичной обработке и оцифровке входных аналоговых сигналов U, I и, как следствие, получения частоты f.

4.2 Неудачное преобразование передаточных функций в двоичную форму…….

4.3 Неудачный алгоритм безударного перехода.

4.4 Некорректное применение программно-аппаратных модулей для выявления переменных состояния объекта (в частности отклонения частоты и её первой производной по времени).

4.5 Выводы к главе 4

Глава 5 Цифроаналоговый стенд для проверки систем управления возбуждением

5.1 Обзор параметров требующих улучшения

5.2 Требования к разрабатываемому цифроаналоговому стенду для проверки систем управления возбуждением.

5.3 Описание цифроаналогового стенда для проверки систем возбуждения. 5.4 Программное обеспечение «Диана – 4».

5.5 Выводы к главе 5

Глава 6 Разработка методики испытания оборудования с использованием цифроаналогового стенда для проверки систем возбуждения

6.1 Виды проверок осуществляемых во время жизненного цикла изделия……

6.2 Проверки, выполняемые в режиме холостого хода

6.3 Начальное возбуждение

6.4 Проверка работы сигналов «БОЛЬШЕ/МЕНЬШЕ»

6.5 Переходы с одного канала регулирования на другой

6.6 Подгонка напряжения при синхронизации с сетью

6.7 Вход в сеть, набор активной мощности

6.8 Выбор настройки по каналам регулирования и стабилизации (толчки по напряжению возбуждения и короткие замыкания)

6.9 Проверка работы функции реле форсировки

6.10 Проверка работы ОМВ в статических и динамических режимах.............. 6.11 Переходы между режимами регулирования

6.12 Разгрузка по реактивной мощности

6.13 Проверка работы системы блокировки системного стабилизатора.......... 6.14 Проверка работы защит генератора

6.15

Защита МТЗ и ОТ.

6.16 Защита СЧ

6.17 Защита ПН

6.18 Защита ПР

6.19 Выводы к главе 6

Заключение

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Актуальность работы Надежность работы электротехнических комплексов, содержащих мощные генераторы, и качество вырабатываемой ими электроэнергии в большой степени зависят от надежности функционирования систем возбуждения и их автоматических регуляторов.

В настоящее время идет массовый перевод средств управления и регулирования с аналоговой на цифровую аппаратную базу. Это относится и к системам возбуждения генераторов электротехнических комплексов.

Для проведения оценки эффективности систем управления возбуждением и обеспечиваемого ими качества регулирования производят ее тестирование в конкретных условиях будущей работы оборудования. Математическое описание регуляторов возбуждения представляется в виде передаточных функций, состоящих из стандартных звеньев в s - форме. Практика показала, что работа реальных цифровых устройств, представленных таким образом зачастую отличается от работы математических моделей. Стенда для проведения такого вида проверок не существует. Проверки систем возбуждения частично проводятся на электродинамической модели, частично же не проводятся вообще.

Зафиксированные в энергосистемах России качания генераторов и даже системные аварии, как правило, обусловлены отсутствием методики полнофункциональной проверки систем возбуждения.

Таким образом, разработка и внедрение новых решений, алгоритмов и программ, позволяющих повысить эффективность проведения проверок и снизить трудозатраты на их выполнение, являются весьма актуальными.

Степень разработанности Проверке соответствия характеристик реальной аппаратуры и выбору её настройки всегда уделялось большое внимание. Исследование же этих проблем поначалу проводилось на чисто эмпирической основе в виде натурных испытаний. Затем были созданы физические модели энергосистем (М.П.Костенко и В.А.Веников, Н.Н.Щедрин). С развитием вычислительной техники появились аналоговые и аналого-физические испытательные стенды (Я.Н.Лугинский и Г.Н.Рощин). Многочисленные исследования в этом направлении были выполнены рядом организаций (ВЭИ, НИИПТ, ВНИИЭлектромаш, ЦПКТБКЭМ и др.) под руководством Г.Р.Герценберга, С.А.Совалова, И.А.Глебова. Однако созданные на их основе устройства (из-за больших габаритов, сложности обслуживания и высокой цены) не нашли широкого практического применения.

Автоматизированных стендов позволяющих обеспечить необходимую глубину проверок систем возбуждения на сегодняшний день не существует и, соответственно, обеспечение эффективного и безопасного функционирования электротехнических комплексов в широком диапазоне внешних дестабилизирующих воздействий электрических факторов остается пока проблематичным.

Цель диссертационной работы Научное обоснование структур и параметров математических моделей энергосистем, позволяющих автоматизировать проверку и испытание систем возбуждения электротехнических комплексов на автоматизированном цифроаналоговом стенде и, как следствие, повышение надежности комплексов генерирования электрической энергии.

Идея работы Математическое моделирование энергосистем позволяет сократить как временные, так и материальные затраты на проведение экспериментальных и наладочных работ при сохранении их качества.

Научная новизна Разработаны алгоритмы и программное обеспечение, позволяющие повысить точность воспроизведения заданных характеристик оборудования систем возбуждения, при уменьшении трудозатрат на выполнение экспериментальных работ.

Разработаны требования к программной и аппаратной части регуляторов возбуждения позволяющие обеспечить заявленную степень достоверности результатов преобразования аналоговой формы представления передаточных функций регуляторов возбуждения при их цифровой реализации.

Основные задачи исследования электротехнических комплексов.

2. Обосновать и определить структуры и параметры математических моделей электротехнических комплексов, синтезированные с учетом критерия минимального использования вычислительных мощностей для решения систем дифференциальных уравнений, описывающих работу электротехнических комплексов с учетом и без учета внутригруппового движения;

3. Разработать алгоритмы и программное обеспечение, позволяющее моделировать режимы работы систем генерирования электрической энергии электротехнических комплексов;

4. Разработать концепцию алгоритмического и программного обеспечения автоматизированного цифроаналогового стенда для испытаний систем возбуждения электротехнических комплексов, позволяющую реализовать различные математические модели;

5. Исследовать причины несоответствия заявленных передаточных функций в s-плоскости, возбуждения. По результатам исследования сформировать требования к аппаратной и программной части цифровых регуляторов возбуждения.

Практическая ценность работы 1. По результатам моделирования энергосистем с «трехмашинной» и «одномашинной» схемой создан автоматизированный цифроаналоговый стенд, позволяющий повысить качество проверок систем возбуждения при сокращении затраченного на их проведение времени. Тем самым обеспечивается более эффективное и безопасное функционирование этих систем в широком диапазоне внешних воздействий (различного рода электрических возмущений) 2. Разработанные требования к программной и аппаратной части цифровых регуляторов возбуждения позволят дополнить нормативно-технические документы, регламентирующие разработку систем управления возбуждением.

Методы исследований В работе использовались методы теории электрических машин, теории автоматического управления в системах электроснабжения, численные методы решения дифференциальных уравнений, методы математического, физического и компьютерного моделирования систем генерирования электрической энергии и электроснабжения.

Защищаемые научные положения:

энергосистем, основанная на анализе системных аварий в исследуемых энергообъединениях, включающая в себя обоснование схем с тяжелыми режимами работы генераторов и разработку концепции построения автоматизированного стенда, в целях повышения точности воспроизведения заданных характеристик оборудования систем возбуждения при уменьшении трудозатрат на выполнение экспериментальных работ.

2 Разработанные на основе многокритериального анализа причин несоответствия заявленных характеристик передаточных функций sплоскости полученным при валидации регуляторов возбуждения требования к их программной и аппаратной части позволяют обеспечить заявленную степень достоверности результатов преобразования аналоговой формы представления регуляторов возбуждения при их цифровой реализации.

Степень достоверности научных положений, выводов и рекомендаций, изложенных в диссертации, подтверждена результатами расчетов, выполненных с помощью персонального компьютера, сходимостью результатов математического моделирования, экспериментов на физических моделях и испытаний на реальных электротехнических комплексах.

Реализация результатов работы.

На основе проведенных исследований, разработанных алгоритмов и программного обеспечения математических моделей электротехнических комплексов, реализующих обоснованные структуры электротехнических комплексов, создан автоматизированный стенд, внедренный на предприятии, производящем системы возбуждения и в энергогенерирующих компаниях. Он используется на всех стадиях жизненного цикла оборудования (при производстве, при пусконалодочных и межремонтных испытаниях систем возбуждения генераторов на ряде тепловых, гидравлических, атомных электростанций, а также систем возбуждения двигателей на предприятиях). Это подтверждается актами внедрения.

Личный вклад автора Определение и постановка задачи повышения надежности работы электротехнических комплексов. Определение и обоснование структуры схем электроснабжения для проведения испытаний регуляторов возбуждения.

Исследование переходных процессов в синтезированных схемах электроснабжения и сравнение их результатов с результатами экспериментов на физической модели и натуре (валидация). Разработка алгоритмов программ моделирования систем возбуждения различных типов, алгоритма функционирования и конструкции наладочного стенда. По итогам сравнения математические модели «одномашинной схемы электроснабжения» и автоматизированном стенде. Показана эффективность использования автоматизированного стенда и методики проверки систем возбуждения при проведении плановопредупредительных работ на гидрогенерирующих и атомных станциях.

Апробация работы.

Международных научно-технических конференциях «Современные системы возбуждения вращающихся электрических машин и устойчивость электроэнергетических систем» (Санкт-Петербург, 2007 и 2010 гг.), на Международном симпозиуме «Фундаментальные и прикладные проблемы науки»

(Москва, 2012 г.), на научных семинарах научно-производственного предприятия ЗАО «НПП «Русэлпром-Электромаш» (Санкт-Петербург, 2007 и 2013 гг.).

Получено Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ Публикации По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Четыре издания, в которых автор имеет публикации, рекомендованы ВАК Минобрнауки России.

Получены свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ №2011612532 от 28.03.2011.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 98 наименований. Общий объем работы составляет 141 страницу, включая 45 рисунков и 24 таблицы.

Глава 1 Пути повышения качества наладки оборудования систем 1.1 Классификация систем возбуждения синхронных машин.

Синхронные машины можно подразделить на три большие группы. Это: а) генераторы, б) двигатели, с) синхронные компенсаторы.

По сей день на всех электрических станциях в качестве источников переменного тока используются синхронные генераторы. Их мощность колеблется от нескольких киловатт для автономных установок до 1000-1200 МВт для мощных электростанций. Синхронные двигатели также находят широкое применение. Они изготовляются серийно мощностью от нескольких десятков кВт до десятков МВт и более на различные частоты вращения.

По сравнению с асинхронными двигателями синхронные двигатели не только преобразуют электрическую энергию в механическую, но и могут генерировать реактивную мощность. Иногда синхронные двигатели, работающие без нагрузки на валу, используются в качестве источников и потребителей реактивной мощности (при этом изменяется cos сети). Такие синхронные машины называют синхронными компенсаторами.

В настоящее время основным источником электроэнергии являются генераторы тепловых, атомных и гидравлических электростанций, преобразующие механическую энергию в электрическую. Однако и в ближайшие десятилетия генераторы останутся основным источником электрической энергии.

Необходимость выработки качественной электрической энергии продиктована сильно развивающимся рынком потребления. В настоящее время сложно представить свою жизнь без электрических приборов. С каждым годом их становится все больше и больше. Это связано с тотальной автоматизацией как производственных функций так и бытовых. Сегодня в каждой квартире можно насчитать десятки работающих от эклектической сети приборов.

Увеличивающаяся потребность в дополнительной энергии заставляет организовывать новые электростанции и объединять их в огромные сети. Встает острая проблема сетевой устойчивости и качества электрической энергии, а это напрямую связано с работой систем возбуждения синхронных генераторов.

усовершенствованием их возбудительных систем.

классифицировать по трем группам:

аналоговые;

цифро-аналоговые;

микропроцессорная техника стала доступна для массовых разработок, в СВ она стала применятся для обслуживания автоматики. Регуляторы возбуждения в силу сложности реализации законов регулирования оставались аналоговыми. Только, когда появились мощные вычислительные машины, регуляторы стали полностью цифровыми.

Очевидно, что в настоящее время в связи с колоссальным развитием вычислительной техники на рынке присутствуют только цифровые СВ.

Обобщая сказанное можно представить классификацию систем возбуждения эксплуатируемых на территории Российской Федерации в виде схемы приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1.1 - Классификация систем возбуждения На данный момент разработка, наладка и эксплуатация сталкивается с очень разнообразной номенклатурой СВ, со своими особенностями и проблемами.

Рассмотрим составные части СВ.

Состав силового оборудования:

Тиристорный преобразователь, как правило, состоит из нескольких ветвей параллельно включенных тиристорных мостов. Существующая проблема деления токов в нем в настоящее время решается комбинированным методом. Реакторами, включенными, в каждое тристорное плечо и индивидуальным сдвигом угла управления каждого тиристора.

Цепи ввода силового питания. Разъединители и трансформаторы тока.

Цепь аварийного гашения поля ротора.

Цепи снабберов и защитные цепи тиристоров.

Состав системы управления:

Автоматический регулятор напряжения (АРВ). Представлен ПИД регулятором с набором режимов и ограничителей с системным стабилизатором.

Представляет собой сложное микропроцессорное устройство с огромным количеством настраиваемых параметров.

Система управления возбуждением (СУВ). Система логики и автоматики, занимается отработкой технологических режимов обслуживания синхронной машины. Система выполнена на микропроцессорной базе со специализированным программным обеспечением.

Система управления тиристорами (СУТ).

Система защит генератора (СЗ). Данная система предназначена для обеспечения надежности функционирования электротехнических комплексов при возникновении аварийных ситуаций.

Системы АРВ, СЗ и СУТ некоторые производители организуют на базе одного микропроцессора, другие же используют несколько микропроцессоров, объединенных в разветвленную информационную сеть. Эта стратегия зависит от политики производителя и ряда обстоятельств (например, производители СВ покупают АРВ и СЗ у стороннего производителя, а СУВ организуют на программируемом логическом контроллере).

Система мониторинга и диагностики. Функция этой системы - сбор и обработка технологических параметров, которые являются исходными данными для систем СУВ и СЗ.

Система мониторинга тиристоров. Функционирование этой системы обеспечивает непрерывный мониторинг параметров тиристорных преобразователей (напряжение управления, прямое падение напряжения на тиристоре и температура тиристора).

Система учета ресурса сложного коммутационного оборудования и систем защит реализованных на варисторах.

На сегодняшний момент все основные элементы имеют 100% горячий резерв.

Система управления возбуждением включает в себя две одинаковые системы, связанные резервными каналами связи, работающие в 100% горячем резерве. При отказе одной из систем управление силовым преобразователем не прерывается – исправный блок перехватывает управление у неисправного.

Дороговизна силовых преобразователей обусловила появление альтернативных методов резервирования силовой части СВ, например, метода nрезервирования. В этом случае система рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить все параметры функционирования СВ при работе n-1 ветвей силового преобразователя.

Регулирование возбуждения осуществляется автоматическим регулятором возбуждения сильного действия посредством изменения угла управления тиристорных преобразователей.

Гашение поля в обмотке возбуждения в нормальном режиме осуществляется включением инверторного режима, а в аварийных режимах - за счет работы автомата гашения поля.

Защита тиристорных преобразователей и обмотки ротора от перенапряжений осуществляется посредством применения тиристорных разрядников многократного действия.

Блок защит системы возбуждения и обмотки ротора включает в себя защиты от превышения током ротора предельного значения (отсечка тока), от перегрузки ротора по току, от потери возбуждения, от замыканий между шинами ротора и от замыкания на землю. Наряду с этим ведется контроль изоляции обмотки возбуждения. В этот же блок входит защита от повышения напряжения статора.

Поскольку система возбуждения выполнена двухканальной и каждый канал содержит тиристорный преобразователь (ПТ) с системой управления (СУТ) и автоматический регулятор возбуждения (АРВ) сильного действия, то в работе находится один из каналов возбуждения, обеспечивая все режимы работы генератора, а другой находится в резерве со снятыми импульсами управления. В случае каких-либо нарушений в работающем канале происходит автоматический ввод в работу резервного канала, затем съем импульсов управления с поврежденного канала и отключение его коммутационной аппаратурой из схемы преобразовательной установки для осмотра и устранения возникших неисправностей персоналом электротехнической лаборатории электроцеха.

СУВ осуществляет автоматизированное управление аппаратурой системы возбуждения, обеспечивая функции технологического управления режимами турбогенератора, контроля оборудования системы возбуждения, информационные функции и т.д. Вся информация отображается на местном пульте и заносится в «дневник» с указанием последовательности событий и в обобщенном виде передается на табло щита управления.

Известно, что системы возбуждения совместно с аппаратурой регулирования возбуждения и управления имеют важнейшее значение в обеспечении устойчивой работы генераторов энергосистемы в переходных режимах и наиболее эффективным средством повышения статической и динамической устойчивости их является сочетание быстродействующего возбуждения с выбранными законами автоматического регулирования возбуждения. Поэтому более 45 лет назад были начаты исследовательские, опытно-конструкторские работы, а также промышленный выпуск быстродействующих систем возбуждения различного типа и аппаратуры автоматического регулирования возбуждения. По мере создания и освоения промышленностью новых образцов сильноточной выпрямительной техники и слаботочной электронной техники за последние 30- лет произошла смена двух поколений элементной базы силового оборудования и аппаратуры управления и регулирования возбуждения. Коллекторную машину постоянного тока сменили генератор переменного тока или трансформатор с ионным, а затем с полупроводниковым выпрямителем. Магнитные усилители, электронные лампы, первые типы полупроводников и операционных усилителей заменили широким применением транзисторов, полупроводников, аналоговых и цифровых микросхем средней степени интеграции. В настоящее время почти завершен переход к цифровым системам управления и регулирования, позволившим резко расширить информационные возможности, организовать хранение информации, создать системы контроля и диагностики, а также реально осуществить построение систем регулирования с переменной структурой.

Современная система возбуждения с аппаратурой управления и регулирования должна интегрироваться в АСУТП электростанцией.

На сегодняшний день в эксплуатации находится значительное количество генераторов на тепловых и гидроэлектростанциях с быстродействующими системами возбуждения, в которых силовая часть может еще удовлетворительно работать. В качестве регуляторов возбуждения генераторов используются разработанные более 25 лет назад морально и физически устаревшие регуляторы типа АРВ-СД, АРВ-СДП не приспособленные к работе в системе АСУТП станции по приему и передаче стандартных сигналов автоматики. Современные регуляторы возбуждения имеют более широкие функциональные возможности, в 30 раз меньший вес и потребляемую мощность. Они приспособлены к работе в АСУТП станции.

В связи с тем, что за последние годы в России практически прекратилось строительство новых электростанций и ввод в эксплуатацию новых генераторов, вопросы модернизации находящегося в эксплуатации оборудования (повышения его технического уровня и надежности работы) приобрели очень большое значение.

История развития ионных и тиристорных систем возбуждения показывает, что на протяжении 55-60 лет происходило упрощение их схем и конструкций. Эти упрощения состоят в следующем: 1) переход от многофазных схем к трехфазным мостовым схемам; 2) применение систем самовозбуждения наиболее простого вида без последовательных вольтодобавочных трансформаторов; 3) постепенный отказ от систем независимого возбуждения; 4) использование воздушного охлаждения вентилей (вместо водяного); 5) уменьшение потолочного напряжения в мощных гидрогенераторах, в результате чего отпадает необходимость применения двухгрупповых схем преобразования.

В расчетах возбудительных систем допустимо исходить из того, что ни в каком переходном режиме преобразователь, собранный по трехфазной мостовой схеме, не переходит в режим вынужденной работы вентилей группами по три, а остается в режиме попеременной работы двух и трех вентилей, которому соответствует линейная внешняя характеристика.

На данный момент электроника шагнула сильно вперед. Появилась элементная база позволяющая реализовать функции диагностики и управления системой возбуждения, о которых раньше приходилось только мечтать.

Современные системы содержат в себе быстродействующие регуляторы с очень богатой системой самодиагностики и функциональной диагностики состояний системы. Контроллер способен диагностировать неисправность как канала самого регулятора, так и канала регулирования целиком. Все составные части системы опутаны сетью обратных связей. Система управления представляет собой скоростную вычислительную сеть нового поколения. Множество микроконтроллеров объединены резервированными скоростными отказоустойчивыми каналами связи. Каждый контроллер решает свою локальную задачу (контроллеры ввода-вывода дискретной информации, контроллеры измерения токов в цепях тиристорных преобразователей, контроллеры производящие мониторинг работы тиристоров, контроллеры измеряющие температуру в критических участках и всевозможные коммуникационные модули, объединяющие всю систему воедино и обеспечивающие связь с АСУТП станции).

Для статических систем разработано решение с параллельно работающими тиристорными преобразователями. Каждый шкаф содержит мостовую схему, состоящую из 6-ти тиристоров. Такие шкафы способны работать в параллельной схеме включения, увеличивая, тем самым, рабочий ток системы. Выравнивание токов через параллельно включенные ветви тиристорных преобразователей осуществляется с помощью токовыравнивающих индуктивностей и коррекцией угла открытия тиристоров. Угол может быть изменен на определенную величину при испытаниях (статическое выравнивание) и корректироваться во время нормальной эксплуатации в зависимости от измеренных величин токов через тиристорные ключи и их текущей температуры. В шкафах тиристорных преобразователей реализована система измерения токов, протекающих через каждую ветвь. Ток, полученный от трансформаторов тока, обрабатывается контроллером. Алгоритм учитывает исчезновение тока в смежном вентиле и в параллельной ветви. Реализована система мониторинга тиристорных микроконтроллера, которая измеряет величину падения напряжения на тиристоре, величину и профиль импульса управления, напряжение снабберных цепей и температуру охладителя. Такая информация позволяет следить за деградацией тиристоров, анализируя накопленные АСУ долговременные тренды. Вся полученная информация поступает в регулятор. В регуляторе реализованы два варианта системного стабилизатора по току ротора, частоте и ее производной и аналог PSS 2.0B. Высокая производительность используемого процессора позволяет делать преобразование Фурье с большим количеством звеньев в реальном масштабе времени, что позволяет организовать качественную защиту синхронной машины. Так же реализованы более точные тепловые модели электрической машины и силовых приборов. Разработано программное обеспечение для управления СВ с помощью панели оператора, представляющей собой 17 – 19 экран с сенсорным управлением. Дружественный интерфейс с оператором позволяет наглядно показать все параметры работы синхронной возбуждения, а так же просмотреть осциллограммы и дневники аварийных специализированного коммуникационного контроллера. Данный контроллер поддерживает полтора десятка широко распространённых стандартов протоколов связи с АСУТП.

Современная СВ выполняет следующие функции.

Системные: 1) поддержание напряжения с высокой точностью и заданным статизмом в точке регулирования; 2) обеспечение устойчивости регулирования, включая работу в зоне искусственной устойчивости с внешним фазовым углом, приближающимся к 90°; 3) интенсивное демпфирование малых колебаний и больших послеаварийных качаний; 4) обеспечение высокого уровня динамической устойчивости за счет форсирования и быстродействия возбуждения.

Технологические: 1) программное начальное возбуждение при пуске; 2) подгонка напряжения генератора к напряжению сети при точной синхронизации и самосинхронизации; 3) дистанционное воздействие со стороны более высокого уровня АСУ на уставку АРВ по напряжению; 4) распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами; 4) отслеживание резервным регулятором возбуждения текущего значения напряжения основного регулятора для обеспечения безударных переходов.

Защитные: 1) ограничение перегрузок машины по токам ротора и статора (величины и длительности протекания); 2) предотвращение нагрева генератора в торцевой зоне (при работе в режиме недовозбуждения) путем ограничения потребляемой реактивной мощности с учетом величины активной мощности; 3) пропорциональное уменьшение напряжения статора при сильном снижении частоты; 4) автоматическая разгрузка по выдаче реактивной мощности при повреждении вентилей преобразователя; 5) ограничение максимального тока ротора при выходе отдельных вентилей преобразователя из строя; 6) ограничение максимального напряжения ротора в бесщеточных системах возбуждения.

Мониторинговые: 1) отслеживание старения вентелей; 2) подсчет ресурса защитных элементов.

Функции самоконтроля и диагностики включают контроль отдельных элементов регулятора.

В.В. Кичаев, А.А. Юрганов и М.Л. Богачков (ВНИИэлекгромаш) предложили новую структуру системы автоматического регулирования возбуждения.

Регулятор имеет три канала регулирования возбуждения: по напряжению генератора, по ограничению минимального возбуждения и по регулированию тока возбуждения. Канал регулирования по напряжению обеспечивает ПИД регулирование. Канал ограничителя минимального возбуждения обеспечивает максимально допустимую (по условиям статической устойчивости) реактивную мощность с учетом величины активной мощности. Канал регулирования по току возбуждения работает в режимах перегрузки, пусках и др. Выбор канала выполняет микропроцессорный селектор. При этом переход генератора из режима регулирования напряжения в другие режимы в зависимости от условий работы генератора в энергосистеме происходит безударно.

До появления цифровой микроконтроллерной техники основными блоками АРН являлись измерительный и операционный. Измерительный блок формировал аналоговые сигналы, пропорциональные напряжению обмотки статора и реактивной составляющей тока статора. Эти сигналы передавались в операционный блок, где формировался сигнал управления возбуждением в соответствии с принятым законом регулирования. Для бесщеточных систем возбуждения АРН содержал еще два блока: датчик тока ротора и блок обратной связи. В связи с отсутствием измерения тока ротора он определялся расчетным путем на основе диаграммы Потье в блоке ротора. Исходные величины для расчета получали измерением напряжений токов трех фаз статорной обмотки.

Блок обратной связи формировал аналоговый сигнал (пропорциональный току возбуждения возбудителя) для реализации жесткой обратной связи, наличие которой приводило к повышению быстродействия бесщеточной системы возбуждения.

Разработчики, персонал электростанций и диспетчерских служб должны выбирать настройки АРВ с учетом особенностей работы больших и сложных энергосистем и энергообъединений. Применяемые для этого программы требуют огромного объема информации о параметрах генераторов, систем регулирования, нагрузок и сети. Объем доступной и достоверной информации весьма ограничен.

В результате полученные путем трудоемких расчетов данные могут оказаться недостаточно достоверными.

Современная цифровая система возбуждения представляет собой программноаппаратный комплекс, требующий сложной процедуры наладки на всех стадиях его жизненного цикла: изготовление и наладка опытного образца; изготовление и наладка серийного образца; пуско-наладочные работы на объекте; плановопредупредительные работы на объекте во время эксплуатации.

1.2 Основные аспекты проблемы повышения качества.

Проведенный анализ системных аварий показал, что современные методы проверки не обеспечивают необходимой глубины анализа работы оборудования систем возбуждения. Отмечены случаи, когда при сравнении заявленных производителем характеристик с регламентируемыми выяснялось несоответствие заявленных характеристик существующей нормативной документации (НД).

Зачастую эти регуляторы не реализуют ряда функций обязательных по российским стандартам. Появилась необходимость разработать концепцию построения и автоматизированный стенд для проверки систем возбуждения электротехнических комплексов, включающий в себя математические модели, позволяющие проводить проверки достаточной глубины и детальности.

Основными установками любого производства является стремление сделать свою продукцию дешевле и качественнее. Качество продукции можно повышать, как административными мерами, так и улучшая техническое оснащение стендов.

Чем лучше технически оснащен стенд – тем более тщательной и углубленной (по метрологическим и алгоритмическим характеристикам) становится проверка изделия. Отсюда вытекает необходимость в развитии стендового оборудования.

Наряду с серийно выпускаемыми приборами (для проверки систем автоматик) существует необходимость в специализированном оборудовании для проверки алгоритмов управления и регулирования СВ. Такого вида оборудование является уникальным и, как правило, выпускается самими фирмами производителями оборудования или по их непосредственному заказу.

Применение автоматизированного стенда, заменяющего реальный электротехнический комплекс или его физическую модель, позволит произвести тщательную проверку систем управления возбуждением как в процессе производства, так и во время планово-предупредительных ремонтов. Это позволит исключить случаи ввода в работу некачественного оборудования и приведет к существенной экономии условного топлива во время пусковых испытаний электротехнических комплексов.

электротехнических комплексов необходимо осуществлять проверку систем возбуждения достаточной глубины на всех стадиях жизненного цикла систем возбуждения. Определим круг решаемых вопросов, связанных с созданием цифроаналогового стенда для проверки СВ.

математических моделей электротехнических комплексов, синтезированные с учетом критерия минимального использования вычислительных мощностей для электротехнических комплексов с учетом и без учета внутригуппового движения позволяющее производить математическое моделирование режимов работы систем генерирования электрической энергии в схеме «машина-линия-шины бесконечной мощности» и «трехмашиной» энергосистеме.

Необходимо разработать концепцию построения автоматизированного электротехнических комплексов генерирования электрической энергии, позволяющую реализовывать модели «одномашинной», «трехмашинной»

энергосистем.

Системы проверки систем регулирования возбуждения можно разделить на два класса.

Первый – это системы для проведения исследовательских работ в области устойчивости одного агрегата, группы или целой системы. Данный вид моделей характеризуется подробными математическими описаниями всех важных звеньев исследуемого объекта. Такие математические описания требуют колоссальных вычислительных возможностей. Разработаны специализированные расчетные программные пакеты такие как MathLab, MathCAD (математические пакеты общего назначения) и Eurostag (специализированный пакет для расчета электрических сетей). Основным недостатком применения таких пакетов невозможность их непосредственного использования для проверки оборудования.

Второй – это ONLine симуляторы. На заре компьютерной техники возможны были только расчеты не в реальном времени. С развитием вычислительной техники начали проявляться приборы именно этого класса. Такие комплексы представляют собой прибор, в котором описывающие объект уравнения решаются в реальном времени. Такой вариант наиболее адекватен для проверки работоспособности системы возбуждения. Рассмотрим историческое развитие таких систем.

1.3 Обзор диагностическо-наладочных комплексов Двухканальный анализатор устойчивости ДАУ-1.

Одной из первых систем этого класса был разработанный ЦНИЭЛ ПЭО «Донбассэнерго» и ВНИИЭ двухканальный анализатор устойчивости (ДАУ).

Схемотехнически он был разработан на операционных усилителях, т.к.

микропроцессоры в то время на практике применялись крайне редко. Такой анализатор был предназначен для определения областей устойчивости системы регулирования возбуждения в координатах коэффициентов усиления основных и неосновных каналов регулирования, а также для поиска неисправностей при отключенной от генератора системе возбуждения.

Этот комплекс рекомендовался к применению в электротехнике при турбогенераторов. ДАУ-1 являлся имитатором синхронного генератора и возбудителя. Для образования контура регулирования выходы ДАУ- определенным образом подключались к соответствующим входам каналов регулирования системы возбуждения.

ДАУ-1 содержал два канала (с соответствующими блоками коррекции) для реализации передаточных функций по основным и неосновным каналам регулирования синхронных генераторов. Схемы каналов и блок питания были выполнены с использованием интегральных микросхем отечественного производства.

Вспомогательный блок ДАУ-I содержал схему формирования возмущения;

систему формирования сигнала, пропорционального производной частоты на шинах электростанции; и схему самопроверки.

Схема формирования возмущения помимо дискретного сигнала могла формировать и непрерывный, плавно изменяющийся, необходимый, например, для снятия сквозных амплитудно-частотной и фазо-частотной характеристик АРВ перед определением областей устойчивости.

характеристики в контрольных точках его каналов. Схема формирования сигнала позволяла проверять в АРВ уставку реле, реагирующего на скорость изменения дифференциальную R-С цепь с изменяемой величиной сопротивления и постоянной величиной емкости, к выводам которой подключалась проверяемая схема АРВ.

Естественно, точность такой модели была невелика и систему автоматики с ее помощью проверить было невозможно. ДАУ представлял собой уникальный прибор, не нашедший применения в дальнейшем.

Разработка крупнейшей мировой компании ABB. Впервые система упоминалась в 1996 году в одной из статей журнала и называлась «Трехфазный набор для тестирования». [98] Особенности комплекса:

трансформатора, шины, автоматического выключателя второй линии;

моделирование трехфазных напряжений и токов трехфазной системы, токовый выход 50В, 20А;

программное обеспечение под MSWindows;

статический или динамический выходной сигнал с изменением фазы;

величина частоты и dI/dt может быть задана и сигнал генерируется с высокой точностью;

универсальное подключение к испытуемому оборудованию;

программируемые цифровые выходы;

точное измерение времени;

есть возможность задавать сигнал произвольной формы;

последовательный интерфейс для связи с периферийными устройствами.

Вся система состояла из двух переносных блоков. Испытательная установка типа XS92b была разработана для проверки функциональности всех видов защит релейной автоматики и как вспомогательное средство для регистрации рабочих характеристик и характеристик размыкателей.

В него входил 16-битный микропроцессор, который позволял проводить динамические и статические испытания в широких диапазонах, выбирая при этом ток, напряжение, фазу, угол и полное сопротивление как параметры.

Параметры (ток, напряжение или полное сопротивление) устанавливались через специальную программу. Поскольку испытательные величины сначала рассчитываются и затем преобразовываются в аналоговые сигналы через ЦАП, на них не влияют паразитные сигналы (например, гармоники), содержащиеся в сигнале (напряжении) источника питания.

Пользователь мог записать тестовые последовательности для испытания в блок памяти. Для стандартного испытания это позволяло сэкономить время.

Человеко-машинный интерфейс запускался под MS-Windows на ПК или через ручной терминал (по выбору).

Данный комплекс был предназначен скорее для проверки релейной автоматики. Системы возбуждения могут быть проверены только в статическом режиме на целостность аналоговых трактов. Так же можно произвести калибровку датчиков каналов нормализации и усиления. Однако проверка динамических режимов регулирования на таком комплексе невозможна.

Компьютерный стенд для проверки и настройки автоматических регуляторов систем возбуждения генераторов.

Создатели этого стенда – Довганюк И.Я. (инж.), Лабунец И.А. (доктор техн.

наук), Плотникова Т. В., Сокур П. В. (кандидаты техн. наук) на базе филиала ОАО «НТЦ электроэнергетики» (ВНИИЭ). [26] Согласно плану реализации технических мероприятий по нормализации уровней напряжения в сетях 110 – 500 кВ Мосэнерго было принято решение по установке в энергосистеме нового, перспективного оборудования – асинхронизированных турбогенераторов (АСТГ) и компенсаторов (АСК).

В 2003 г. введён и успешно эксплуатируется на блоке № 8 ТЭЦ-22 Мосэнерго АСТГ типа ТЗФА-110 мощностью 110 МВт.

В 2007 г. в составе ПГУ-450 блока № 3 ТЭЦ-27 Мосэнерго с его помощью введён в эксплуатацию АСТГ типа ТЗФАУ-160 мощностью 160 МВт.

Основная ориентация комплекса на проверку систем возбуждения асинхронизированных машин разработка алгоритмов управления и Уровень развития компьютерной техники и математического обеспечения позволял создать математическую (компьютерную) модель системы возбуждения и, таким образом, упростить и удешевить комплекс работ по разработке, наладке и проверке реальных АРВ и систем возбуждения в целом. При этом (по утверждению разработчиков) отпадала необходимость создания физических моделей объектов исследований.

электромеханических систем (регулируемый электропривод различной структуры, генераторы с системами возбуждения, системы генерирования с возобновляемыми источниками энергии и др.) во ВНИИЭ был разработан компьютерный стенд с использованием программного обеспечения MatlabSimulink.

В состав приложений Matlab входил пакет расширения «Real-Time Workshop», который позволял создавать программы, работающие в реальном времени. Этот пакет обеспечивает для программ системы Matlab-Simulink подбор необходимых библиотек и программных модулей с последующей компиляцией для образования файлов, работающих в режиме обмена информацией с внешними системами и устройствами, функционирующими в режиме реального времени.

Компьютерный стенд позволял решать задачи, связанные с разработкой АРВ систем возбуждения асинхронизированных машин:

в «модельном» измерении времени, когда компьютерная модель не сопрягается с внешними устройствами;

в «реальном» измерении времени при создании АРВ, а также для наладки системы возбуждения и её отдельных узлов (например, узлов АРВ, блока защит, силовой части системы возбуждения и др.).

В состав стенда входят:

ПК модель (ПКМ) - персональный компьютер, в котором реализованы модель асинхронизированного турбогенератора с основными его системами и модель энергосистемы, работающие в режиме «реального» времени;

ПУ — пульт управления, имитирующий главный щит управления станции (ГЩУ);

концентратор – блок, обеспечивающий взаимосвязь всех узлов компьютерного стенда и натурного образца АРВ-2МА;

ПК сервисный (ПКС) - сервисный персональный компьютер, который обеспечивает визуальный контроль (с возможностью записи) процесса работы турбогенератора в энергосистеме и контроля натурного образца системы регулирования с помощью 32-канального цифрового осциллографа. Он содержит исходный файл модели компьютерного стенда и позволяет оперативно (в случае необходимости) скорректировать программное обеспечение.

Сервисный ПК соединен через порт RS-232 с ПКМ. Это позволяет производить загрузку исполняемого файла в ПКМ. Посредством сервисного программного обеспечения можно изменять параметры моделируемой системы, работающей в режиме «реального» времени (изменение режима работы турбогенератора, создание аварийных ситуаций в энергосистеме, в системе возбуждения и др.).

моделирования генератора линии и нагрузки, но, к сожалению, при всех ее достоинствах она имеет один недостаток — это всего лишь лабораторная установка по исполнению и по применению.

SMTS-RT 6000 – симулятор синхронной машины реального времени фирмы ABB. [95] Устройство представляет собой симулятор генератора/двигателя, турбины/нагрузки и линии. Симулятор подключается к автоматическому регулятору напряжения или непосредственно к системе возбуждения, организуя «замкнутый контур» для анализа статического и динамического поведения.

SMTS-RT 6000 способен сэкономить время и стоимость на тестировании, и он может служить средством тренировки персонала.

Симуляция может производиться для любых машин и нагрузок для статических и динамических состояний сети. SMTS-RT 6000 содержит точную модель электрической машины, снабженную упрощенной моделью турбины с регулятором.

Машина подключена к линии бесконечной мощности через расцепитель и повышающий трансформатор. Симулятор включает модели генератора и двигателя и их режимы. Реализованы модели статического и бесщеточного возбудителей различного типа и модели гашения поля на линейное и нелинейное сопротивление.

SMTS-RT 6000 использует аппаратную платформу UNITROL® 6000. В качестве программного обеспечения используется пакет SMTS.

Соединение регулятора и симулятора осуществляется по безопасному оптическому скоростному интерфейсу 10 Mbit.

UNITROL 6000 AVR/SES system использует систему передачи аналоговых сигналов в симулятор посредством интерфейса с передачей симулированных сигналов через цифровой интерфейс. Такой вариант позволяет обеспечить тестирование всех стадий обработки сигнала (фильтрация и т. д.).

SMTS-RT 6000 позволяет анализировать и верифицировать настройки и производительность AVR/SES ограничителей и системного стабилизатора. Так же позволяет симулировать следующие виды возмущений на линии:

сброс нагрузки;

трехфазное замыкание за повышающим трансформатором;

гашение поля;

неуспешная синхронизация;

различные виды изменения нагрузки.

Основные особенности:

дружественный человеко-машинный интерфейс;

быстрая и простая установка;

все данные симуляции могут быть записаны и представлены в виде графиков;

каждый эксперимент может быть записан как конфигурационный файл;

можно создавать последовательности событий и для этого не нужно знать программирование.

SMTS-RT 6000 представитель современных комплексов тестирования систем возбуждения. Комплекс позволяет произвести все необходимые проверки для того, чтобы убедится в правильности работы АРВ. Недостатками этой системы для российского рынка можно назвать отсутствие генерации аналоговых сигналов. В Европе для этого служат другие приборы — комплексы для проверки систем релейной автоматики, ограниченность математической модели «машиналиния-шины бесконечной мощности» и закрытость платформы (только для проверки UNITROL).

Наладочно-диагностический комплекс Диана 3. [8] [9] Прибор разработан ЗАО «НПП «РУСЭЛПРОМ-ЭЛЕКТРОМАШ» в году.

Прибор предназначен для проверки изготавливаемых на предприятии СВ, как головных образцов, так и серийных изделий.

Он конструктивно состоит из самого прибора и персонального компьютера (ноутбук). Внешний вид изображен на рисунке 1.2, структурная схема – на рисунке 1.3.

Рисунок 1.2 - Диагностический наладочный комплекс «Диана 3»

Устройство проверки систем возбуждения «Диана-3» имеет габаритные размеры 550х496х294 мм.

Прибор содержит высокопроизводительный сигнальный процессор Analog Devices, в котором реализована модель «машина-линия-шины бесконечной мощности», 4 усилителя напряжения и 4 усилителя тока.

Рисунок 1.3 - Структурная схема диагностического наладочного комплекса Величины токов и напряжений НДК были выбраны с ориентацией на параметры вторичных обмоток измерительных трансформаторов напряжения и тока СВ.

Прибор позволяет проверить работоспособность аналогового тракта СВ в «разомкнутом контуре». Эта функция аналогична большинству приборов подобного класса.

Отличительной особенностью является возможность работы прибора в «замкнутом контуре» регулирования. Для этого режима в процессоре прибора реализована модель генератора работающего на шины бесконечной мощности. В этом режиме прибор позволяет обеспечить проверку шкафа управления ШУ системы возбуждения во всех эксплуатационных режимах работы генератора, а именно:

программное начальное возбуждение;

холостой ход;

подгонку напряжения генератора к напряжению сети с точностью 0.5% при включении в сеть методом точной синхронизации;

поддержание напряжения генератора в соответствии с заданной уставкой при работе в энергосистеме;

работу в объединенной энергосистеме при отклонениях напряжения генератора 7.5% от номинального и частоты 3% от номинального значения частоты с нагрузками от холостого хода до номинальной, а также с перегрузками, соответствующими стандарту МЭК IEC634-1 (11 издание);

форсировку возбуждения с заданной кратностью по напряжению и току при нарушениях в энергосистеме, вызывающих снижение напряжения на шинах станции;

развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих увеличение напряжения на шинах станции;

гашение поля при действии защит с отключением устройства гашения поля;

отключение от сети оператором или автоматически, в том числе, под действием защит.

Наладочно-диагностический комплекс «ДИАНА» обеспечивает проверку качества реализации всех технологических и защитных функций системы управления возбуждением (СУВ) в соответствии с руководством по эксплуатации РЭ.

Схема подключения приведена на рисунке 1.4.

CAN к АНАЛОГОВЫЕ

ДИСКРЕТЫ

КОСУР ВЫХОДЫ

МСДЕ МСДЕ

685621.008 685621. Рисунок 1.4 - Структурная схема подключения «Диана 3» к системе Интерфейс управления прибором реализован для операционной системы Windows XP и более старших.

Проверка в «разомкнутой схеме» регулирования выполняется с целью настройки и корректировки подсистемы измерения режимных параметров АРВ.

На рисунке 1.5 приведено окно программы управления комплексом.

В этом режиме можно задать конкретные значения напряжений и токов и углы сдвига между генерируемыми значениями. Проверить правильность настройки каналов измерения СВ.

Проверка в «замкнутой схеме» регулирования выполняется с целью проверки системы возбуждения на соответствие её настройки требованиям руководства по эксплуатации в условиях, по возможности, максимально приближённых к работе генератора в реальной энергосистеме. Проверяется качество реализации системных, защитных, технологических функций и переходов из одного рабочего состояния в другое.

На экран виртуального осциллографа выводятся в любых сочетаниях переменных режима, перечисленных в столбце справа от экрана. По умолчанию на осциллограф выводятся Uг, If и Рг в относительных единицах. За базисную мощность принята номинальная полная мощность генератора.

С помощью окон ввода параметров можно задавать параметры мощности генератора, эквивалентное сопротивление Xвн, параметры толчка и короткого замыкания.

С помощью ключей можно управлять режимами работы СВ. Результаты будут отображаться лампочками сигнализации.

На вкладке «параметры» можно задавать параметры модели (генератора, турбины, линии, возбудителя).

НДК «ДИАНА-3» позволяет воспроизводить практически все возможные режимы работы генератора в сети.

Подводя итог, можно сказать, что полноценных мобильных устройств для наладки СВ на современном рынке всего 2. Это «Диана 3» и «SMTS-RT 6000».

Причем «Диана 3» изначально разрабатывалась, как прибор для наладки СВ не только производства ЗАО «НПП «РУСЭЛПРОМ-ЭЛЕКТРОМАШ», но и других производителей, в отличие от прибора фирмы ABB.

Ниже приведена сравнительная таблица с основными характеристиками комплексов (Таблица 1.1).

Таблица 1.1 – Характеристики наладочных комплексов

SMTSНТЦ

Модель генератора в энергосистеме Модель двигателя в энергосистеме Модель синхронного Модель энергосистемы состоящей из синхронных машин Возможность непосредственно с СВ Возможность использования с СВ стороннего производства мобильность Анализ таблицы показал, что наиболее функционально полным устройством для наладки СВ можно считать диагностическо-наладочный комплекс «Диана 3».

Однако и этот комплекс не обладает всем необходимым набором функций (многочастотные схемы, двигатели, работа на изолированную нагрузку), поэтому в настоящее время назрела необходимость разработки нового цифроаналогового стенда для проверки систем возбуждения.

Рассмотрена классификация систем возбуждения и их составных частей.

Рассмотрены основные аспекты повышения качества работы электротехнических комплексов. Определены пути решения проблемы и поставлены основные задачи исследований и разработок диссертационной работы.

Проведен обзор существующих систем и их сравнительный анализ.

Сформулированы основные недостатки.

Рассмотренные в данной главе вопросы позволяют сделать заключение, что в сложившейся на данный момент ситуации, актуальны задачи по повышению надежности работы электротехнических комплексов, которые могут быть решены применением эффективных методов наладки оборудования систем возбуждения электротехнических комплексов.

Глава 2 Разработка концепции проверки систем управления цифроаналогового стенда и эффективной методики проверки систем возбуждения электротехнических комплексов.

возбуждения является математическая модель электротехнического комплекса.

2.1 Требования к энергосистеме, позволяющей выполнить необходимый С 2009 года системный оператор ввел процедуру обязательной сертификации регуляторов возбуждения сильного действия синхронных машин, применяемых в единой энергетической системе.

Методика проведения испытаний представлена на интернет ресурсе системного оператора единой энергетической системы РФ. Данная методика насчитывает 80 опытов, проводимых в 6 различных модельных схемах энергосистемы. Схемы являются довольно точными моделями энергосистем, в которых наблюдались тяжелые режимы работы генераторов. В этих схемах и производится проверка работоспособности регуляторов возбуждения [61].

Пройдя такую сертификацию, изготовитель оборудования должен иметь инструмент, позволяющий эмитировать режимы энергосистемы, в которых проводится проверка.

Проведя анализ перечня опытов методики сертификации, был сделан вывод, что далеко не все опыты можно проводить в модельной схеме «машина-линияшины бесконечной мощности». Основным недостатком этой схемы можно считать отсутствие учета внутрисистемных качаний, которые влияют на статическую устойчивость, а так же отсутствие изменения частоты при новом балансе активной мощности системы. Эти недостатки привели к необходимости создания математической модели многомашинной энергосистемы.

Разработанный подход станет универсальным для построения математической модели энергосистемы. Необходимо создать модели синхронной машины, возбудителя, турбины, системы возбуждения, трансформатора, линии электропередач, нагрузки и короткозамыкателя в координатах машины.

Объединяя эти модели в энергосистему в соответствии с законами Кирхгофа, можно получить модели энергосистемы любой сложности. Сложность модели будет зависеть лишь вычислительных возможностей компьютера.

проведения проверок, включенных в НД и методику сертификации) является «трехмашинная» модель энергосистемы.

Технические требования к регулятору систем возбуждения диктуют нам типовой перечень проверок:

• программное начальное возбуждение;

• проверки, выполняемые в режиме холостого хода;

• подгонка напряжения генератора к напряжению сети с точностью 0.5% при включении в сеть методом точной синхронизации;

• поддержание напряжения генератора в соответствии с заданной уставкой при работе в энергосистеме;

• работа в объединенной энергосистеме при отклонениях напряжения генератора 7.5% от номинального и частоты 3% от номинального значения частоты с нагрузками от холостого хода до номинальной, а также с перегрузками, соответствующими стандарту МЭК IEC634-1 (11 издание);

• перегрузки, перегревы и форсировка возбуждения с заданной кратностью по напряжению и току при нарушениях в энергосистеме, вызывающих снижение напряжения на шинах станции;

• развозбуждение при нарушениях в энергосистеме, вызывающих увеличение напряжения на шинах станции (статика и динамика в режиме ОМВ);

• гашение поля при действии защит с отключением устройства гашения поля;

отключение от сети оператором или автоматически, в том числе, под • проверка качества реализации всех технологических и защитных функций системы управления возбуждением (СУВ);

• переходные процессы при коротких замыканиях в сети и выбор настроек До 2009 года этот перечень проверок, проводимых в «замкнутом контуре», был исчерпывающим.

Для проверки можно было использовать «одномашинную» модель энергосистемы - «машина-линия-шины бесконечной мощности».

Каждая проверка связана с изменением одного из параметров математической модели электротехнического комплекса (Uг, Хвн, Pт).

Все опыты легко реализуемы и нет никаких сложностей с их постановкой в модели машина-линия-шины бесконечной мощности.

Перечень проверок, которые можно осуществить только в многомашинной схеме энергосистемы:

проверка работоспособности системы блокировки системного стабилизатора при отключении нагрузки в приемной стороне;

проверка работоспособности системы блокировки системного стабилизатора при отключении генератора в приемной стороне;

проверка работоспособности системы блокировки системного стабилизатора при отключении одной из линий электропередачи.

Для сравнения математических моделей будем использовать результаты моделирования следующих опытов:

отключение нагрузки в приемной стороне;

отключение генератора в приемной стороне;

отключение линии электропередачи;

короткое замыкание.

Перечень опытов включает, как сложные для реализации в «одномашинной»

модели опыты, так и типовые.

Схема модели для проведения обозначенных выше опытов состоит из трех электрических машин, соединенных треугольником. Отключаемая нагрузка обозначена как Н21. Отключаемая линия обозначена как Л1122, отключаемый генератор как Г2. Схема изображена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Схема трёхмашинной схемы: Г1,2,3 – генераторы (синхронные машины); TУ1,2,3 – турбины; Н1,20,21,3 – нагрузки; АРВ – автоматический регулятор возбуждения; РТ – регулятор турбины.

Для моделирования приведенной схемы энергосистемы в диссертации используется объектный язык моделирования Modelica.

Обоснование выбора языка моделирования. Исследование статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем (ЭЭС) традиционно проводятся с использованием хорошо известных программных средств таких, как ПОИСК, EMTP, Eurostag и т.п. Данные системы основаны на высокоэффективных вычислительных методах и имеют в своем составе крупные библиотеки моделей элементов ЭЭС. Однако эти библиотеки являются закрытыми для изучения и редактирования. Поэтому мы не можем ни посмотреть подробно саму модель элемента, ни ее отредактировать. Очевидно, что для цели создания программноаппаратного комплекса такие пакеты нам не подходят.

Современные крупные энергообъединения моделируются системами алгебро-дифференциальных уравнений высокого порядка. Моделирование электрических цепей набором алгебраических уравнений в среде Simulink приводит в ряде случаев к появлению так называемых алгебраических циклов, что влечет за собой вычислительную неустойчивость методов интегрирования. Кроме того, Simulink-моделирование требует точного задания входных и выходных переменных блоков – элементов ЭЭС. От описанных выше недостатков полностью свободны объектно-ориентированные языки моделирования динамических систем некаузального типа, такие как ASCEND, Modelica, Omola, Smile, VHDL-AMS и т.п. В частности, язык VHDL-AMS является стандартом IEEE на моделирование электронных схем. Однако, наиболее общим из них, рассчитанным на применение в широком диапазоне современных задач, является язык Данный язык поддерживает объектно-ориентированное моделирование физических систем, используя концепции наследования и повторного использования компонентов, характерные для традиционных языков программирования, таких как С++. Классы языка Modelica определяют в конечном счете системы алгебро-дифференциальных уравнений высокого порядка, причем алгебраические циклы исключаются посредством произведения символьных подстановок до выполнения компиляции.

За последние 20 лет разработан значительный объем программного обеспечения для моделирования динамических систем, большинство из которых является универсальными. На основе универсальных языков появляются уже прикладные пакет/библиотеки, предназначенные для конкретной отрасли.

В качестве пакета моделирования был выбран пакет OpenModelica по причине его простоты использования и присутствия в нем возможности генерации кода на языке программирования «C++».

Модель разбита на компоненты:

- model ExcitationRegulatorREM - модель регулятора АРВ РЭМ;

- model ShortCircuitShunt – модель шунта короткого замыкания;

- model HVLine – модель высоковольтной линии передач;

- model SyncronousMachine – модель синхронной машины;

- transformator - трансфоматор;

- turbine – модель турбины + регулятор турбины;

- exiter – возбудитель;

- model Constant_Conductivity_Load – модель нагрузки (N2).

Сгруппированная модель:

- model Generator_with_ARV_REM трансформатор + АРВ РЭМ.

Модель АРВ представлена пропорционально-интегральным (ПИ) законом регулирования. Модели ПИ регулятора достаточно для понимания характера протекания процессов.

Модель синхронной машины.

В нее включена модель синхронной машины, турбины с регулятором и модель трансформатора.

Синхронная машина (СМ) описывается системой уравнений Парка-Горева [16], записанной с использованием относительных единиц взаимного типа, а также с учетом общепринятых допущений; в данном случае применена система «xad». Уравнения переходных процессов синхронной машины, имеющей на роторе (кроме обмотки возбуждения n демпферных контуров в продольной оси и m контуров в поперечной [7]) в развернутом виде могут быть представлены следующим образом:

где d, q – потокосцепления статора в продольной и поперечной осях;

f – потокосцепление обмотки возбуждения;

1d…nd, 1q…mq – потокосцепления n продольных и m поперечных демпферных контуров;

id, iq – токи статора в продольной и поперечной осях;

if – ток в обмотке возбуждения;

i1d…ind, i1q…imq – токи n продольных и m поперечных демпферных контуров;

ra – активное сопротивление статорного контура;

rf – активное сопротивление контура возбуждения;

r1d…rnd, r1q…rmq – активные сопротивления n продольных и m поперечных демпферных контуров;

ud, uq – напряжение статора в продольной и поперечных осях;

uf – напряжение контура возбуждения;

MT – механический момент, воздействующий на вал ротора;

TJ – механическая инерционная постоянная агрегата;

s – скольжение ротора;

– угол между поперечной осью ротора и вектором напряжения системы бесконечной мощности;

c - синхронная частота;

p - оператор дифференцирования, р = d/dt.

автоматического регулятора частоты вращения (АРЧВ) и в общем случае зависит от скорости.

Связь между потокосцеплениями и токами контуров в продольной и поперечной осях задается системами линейных алгебраических уравнений следующим образом:

Уравнения любой синхронной машины в системе записываются в ее координатной системы генератора отправной станции (в сложной системе это заранее заданный генератор, например, Г1) с некоторой угловой скоростью. Для каждой машины такая система координат является индивидуальной. Для согласования токов и напряжений между системой произвольной синхронной машины и системой генератора отправной станции (являющейся, по сути, преобразования, получаемые из рисунка 2.2 на основе известных из аналитической геометрии соотношений.

Рис. 2.2. Преобразование переменных в координатных системах, движущихся с Прямое преобразование для напряжений (из сети в произвольную СМ):

Обратное преобразование для токов (из СМ в сеть):

Модель турбины представлена моделью системы «золотник–сервомотор– обратная связь» для паровых турбин без промежуточного перегрева пара. Она обычно строится по следующим основным уравнениям:

где – относительное открытие окон золотника; – относительное перемещение поршня сервомотора; c – постоянная времени сервомотора; – коэффициент статизма; МТ – механический момент турбины [7].

В этих уравнениях = 0 соответствует положению сервомотора при холостом ходе агрегата, а = 1 – его положению при номинальной нагрузке и номинальных параметрах пара. Величина c определяется как время перемещения сервомотора от 0 до 1 при полном открытии окон золотника ( = 1).

Возбудитель в своем простейшем варианте представляется эквивалентным апериодическим усилительным звеном с передаточной функцией вида где коэффициент усиления ОКР KОКР=10 ед.возб.ном./ед.ст.напр. Постоянная времени канала TОКР=0.005 с.

При исследовании процессов, протекающих при конечных возмущениях, необходимо дополнительно учитывать следующие ограничения напряжения на обмотке возбуждения:

где Er max=2Er ном – напряжение возбуждения при форсировке, Er min=-Er ном – напряжение возбуждения при развозбуждении.

Модель высоковольтной линии электропередачи.

При моделировании линии электропередач используем П-образную схему замещения без учета активной проводимости на землю.

Рисунок 2.3 - Модель высоковольтной линии электропередачи Система дифференциальных уравнений в форме Коши в системе координат 0-q-d выглядит следующим образом:

Модель трансформатора аналогична модели линии, где учитывается только реактивная проводимость.

Модель нагрузки. Динамические характеристики электрической схемы, обусловленные синхронной и асинхронной нагрузками, учитываются по уравнениям эквивалентных синхронного и асинхронного двигателей. Обычно можно пренебречь переходными процессами в статорных цепях и цепях ротора для асинхронного двигателя, в результате чего учет асинхронного двигателя сводится к определению токов и напряжений, исходя из известной схемы замещения, и решению уравнения движения ротора с учетом закона изменения тормозного момента в переходном режиме.

При записи уравнений электрической системы в осях 0-q-d и моделировании с использованием баланса токов в узловых точках напряжения и токи нагрузки должны быть выражены в виде соответствующих проекций на эти оси. Исходя из того, что направление вещественной оси комплексной плоскости совпадает с направлением оси q, получаем следующее выражение, связывающее ток нагрузки Iн=Iqн+jIdн через шунт постоянной проводимости Yн=gн+jbн с напряжением в узле U=Uq+jUd:

Разделив вещественные и мнимые части данного уравнения, можно получить выражения либо для составляющих токов нагрузки либо для составляющих напряжений где Yн g н bн ; bн – активная составляющая нагрузки; gн – реактивная Результирующая модель, состоящая из ее отдельных компонентов, представлена дифференциальными уравнениями углов и описания узлов в соответствии с первым законом Кирхгофа для токов в осях d и q и равенства напряжений в узле. Моделям посвящено огромное количество трудов и методических пособий.

2.3 Модель «машина-линия-шины бесконечной мощности»

В своей монографии А.А.Юрганов и В.А.Кожевников предложили простой относительной простоты вычислений позволил сделать симуляторы, работающие в реальном масштабе времени. При разработке такого метода особое внимание было обращено на то, что при исследовании устойчивости электростанций, примыкающих к энергосистеме, выборе и наладке систем регулирования возбуждения определяющим в подавляющем большинстве случаев является общее одночастотное движение исследуемых агрегатов относительно мощных энергообъединений. Это позволяет допустить возможность замещения всего энергообъединения шинами неизменного по фазе напряжения Uс, расположенными в центре электрических качаний. А замещение сложной схемы электрических соединений — одной линией с сопротивлением Х ВН. Для наблюдателя, находящегося на шинах станции, любые изменения режима, нагрузок и связей во внешней сети воспринимаются как изменения установившегося значения модуля напряжения Uc, неизменного по фазе.

Трудность состоит в определении параметра Х вн эквивалентной схемы. Зная его величину, всегда можно рассчитать неизменное для данного режима значение Uc на основе местной информации.

Упрощенная блок-схема модели «машина-линия-шины бесконечной мощности» представлена на рисунке 2. Рисунок 2.4 - Блок-схема модели «машина-линия-шины бесконечной мощности»

Модель синхронного генератора, работающего в энергосистеме представлена уравнениями Парка-Горева для схемы «машина-линия-шины». Связь генератора с энергосистемой, осуществляется через Xвн - внешнее эквивалентное сопротивление.

где - полный угол электропередачи, = + вн, Eq – ЭДС за поперечной реактивностью машины, id, iq – продольный и поперечный токи статора, Tdo – постоянная времени в продольной оси – холостого хода, MT - мощность турбины.

Для реализации модели с помощью программного пакета была использована линеаризованная система уравнений.

Для осуществления эквивалентного перехода от «трехмашинной» модели к «одномашинной» необходимо вычислить три параметра: напряжение генератора Uг, напряжение сети Uc и внешнее эквивалентное сопротивление Хвн.

В соответствии с методикой [69] мы можем вычислить Хвн, решив квадратное уравнение. Искомой величиной будет положительный корень.

где I1, I2 – токи генератора, Q1, Q2 – реактивные мощности генератора, U1, U2 – Для этого необходимо провести два опыта. Изменив уставку регулятора возбуждения на исследуемом генераторе зафиксировать ток, напряжение и реактивную мощность генератора.

После определения Xвн, режим работы станции можно задавать двумя способами.

Задавая значения Р, UГ, и UС, вычисляют реактивную мощность Q. Способ применяется при прикидочных диспетчерских расчетах.

Задавая Р, Q и UГ, вычисляют модуль напряжения на экививалентных шинах по следующему соотношению.

где Uc – напряжение сети (на шинах бесконечной мощности).

электротехнического комплекса, учитывающая внутрисистемное движение.

электротехнического комплекса, не учитывающая внутрисистемное движение.

Глава 3 Сравнение возможностей многомашинной схемы и схемы «машина-линия-шины бесконечной мощности» (экспериментальные Методика проведения экспериментов, программа испытаний.

энергообъединений были созданы две математические модели. Одна на основе «трехмашинной» схемы, вторая (ее эквивалент) схема «машина-линия-шины бесконечной мощности».

Сравнение математических моделей производилось в статических и в динамических режимах.

Сравнение статических режимов производилось по реактивной мощности, задав в параметрах модели Uг, Uс, Pг и Xвн.

Сравнение динамических режимов производилось по двум критериям (величина перерегулирования и длительность переходного процесса.).

Для сравнения переходных процессов были проведены следующие опыты:

сброс активной мощности в приемной стороне;

отключение генератора в приемной стороне;

отключение линии электропередачи;

короткое замыкание за трансформатором исследуемого генератора.

Сравнение производилось с использованием электрических величин, входящих в передаточную функцию регулятора возбуждения (Uг, f). От их правильного поведения зависит качество демпфирования переходного процесса.

Результаты проведения экспериментов в «трехмашинной» схеме.

«Трехмашинная» модель энергосистемы была синтезирована из многомашинной схемы, используемой системным оператором при аттестации регуляторов на соответствие стандарту СО ЕЭС [61].

Типовая схема приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Типовая схема для проведения опыта «отключение нагрузки в Параметры электрических машин и трансформаторов представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Электрические параметры компонентов модели Величины напряжений в узлах, мощности, генерируемые и потребляемые, приведены на схеме для удобства восприятия.

В соответствии с планом испытаний производится отключение нагрузки Pн=4700 МВт.

Эквивалентное преобразование тестовой схемы в «трехмашинную» схему.

Произведем объединение энергосистемы в узле 3 с энергосистемой в узле 4.

Представим приведенную схему в виде трехмашинной схемы с максимально близким режимом. Генераторы Г1 и Г2 оставим те же. Вместо генератора Г будем использовать генератор в 10 раз больший по мощности.

Произведем пересчет абсолютных значений параметров системы в относительные единицы. За базис возьмем генератор Г1, его полную мощность и напряжение на его шинах.

Sбаз=2500 МВт Zбаз=Uбаз2/Sбаз=90. Произведем пересчет параметров генераторов, линий и узлов и сведем полученные результаты в таблицу 3.2.

В таблице 3.3 приведены параметры модели исходной схемы.

На рисунке 3.2 приведена преобразованная «трехмашинная» схема.

Таблица 3.2 - Параметры модели величина абсолютные единицы относит единицы Таблица 3.3 - Электрические параметры генераторов модели На всех генераторах Г1, Г2, Г3 работают ПИ регуляторы с коэффициентами Кпu=15 Ки= Уставки регуляторов Uust1=1 Uust1=1.03 Uust1=1. Рисунок 3.2 -Схема трёхмашинной энергосистемы: Г1,2,3 – генераторы (синхронные машины); T1,2,3 – турбины;Н1,20,21,3 – нагрузки; АРВ автоматический регулятор возбуждения; РТ – регулятор турбины.

Опыт «отключение генератора в приемной стороне».

Опыт будем производить отключая генератор Г2.

Момент отключения задается программно в настройках модели генератора.

Установим значение параметра момента отключения 200с.

Проверим баланс активных мощностей модели в до аварийном и послеаварийном режимах. Результаты сведены в таблицу 3.4.

Таблица 3.4 - Баланс активных мощностей Ниже приведены графики изменения активной мощности генераторов (Рисунок 3.3) и нагрузок (Рисунок 3.4).

Рисунок 3.3 - График изменения генерируемой активной мощности генераторов Рисунок 3.4 - График изменения потребляемой активной мощности нагрузками Баланс реактивных мощностей рассчитывается, включая потери в линиях электропередач и трансформаторах. Графики распределения реактивных мощностей приведены на рисунках 3.5 -3.9.

Рисунок 3.5 - График изменения генерируемой реактивной мощности генераторов до и после момента отключения генератора Г Рисунок 3.6 - График изменения потребляемой реактивной мощности нагрузками до и после момента отключения генератора Г Рисунок 3.7 - График потерь реактивной мощности в трансформаторах до и Рисунок 3.8 - График потерь реактивной мощности в линиях L0103 и L0203 до и Рисунок 3.9 - График потерь реактивной мощности в линиях L0102 и L1122 до Опыт «отключение нагрузки в приемной энергосистеме».

Опыт будем проводить отключая нагрузку Н21.

Установим значение параметра момента отключения нагрузки 200с.

Для этого опыта ограничимся проверкой только баланса активных мощностей (Таблица 3.4).

Ниже приведены графики изменения активной мощности генераторов (Рисунок 3.10) и нагрузок (Рисунок 3.11).

Таблица 3.4 - Баланс активных мощностей Рисунок 3.10 - График изменения генерируемой активной мощности генераторов Рисунок 3.11 - График изменения потребляемой активной мощности нагрузками Опыт «отключение линии».

Опыт будем проводить отключая линию Л1122, имеющую сопротивление 0.45 ое Осциллограммы напряжения генератора и частоты генератора приведены ниже попарно для удобства сравнения.

Опыт «трехфазного короткого замыкания за трансформатором Т1».

Опыт будем производить включая шунт короткого замыкания за трансформатором Т1.

В перечне сертификационных испытаний присутствует опыт двухфазного КЗ. Созданная математическая модель не обладает возможностью моделировать пофазные составляющие. Как показывает практика, характер переходного процесса энергосистемы двухфазного и трехфазного КЗ не будет существенно отличаться.

Длительность короткого замыкания 0.12с.

Установим параметр момента наступления короткого замыкания 200 сек.

Графики поведения напряжения генератора и частоты генератора приведены ниже для наглядности сравнения моделей.

3.3 Результаты проведения опытов в схеме машина – шины бесконечной Сравнение с моделью «машина-линия-шины бесконечной мощности». Схема модели приведена на рисунке 3.12.

Рисунок 3.12 - Схема модели машина шины бесконечной мощности Эквивалентный переход от «трехмашинной» схемы к схеме «машина-линияшины бесконечной мощности».

Воспользуемся методикой, описанной в книге А. А. Юрганова и В. А.

Кожевникова «Регулирование возбуждения синхронных генераторов» [69].

Произведем вычисление эквивалентного внешнего сопротивления Хвн, найдя корни квадратного уравнения:

Произведем три опыта в «трехмашинной» схеме при разных величинах уствки регулятора Uуст=1.05 ое, Uуст=1.0 ое, Uуст=0.95 ое.

Результаты вычислений сведем в таблицу 3. Таблица 3.5 - Исходные данные для вычисления Хвн Для вычисления Хвн достаточно всего двух режимов. Исключить случайную ошибку измерений нам позволит добавление еще одного режима.

Решив три квадратных уравнения получаем:

В расчетах были несущественные расхождения в четвертом знаке.

Округление дало одинаковый результат.

Определим эквивалентное значение напряжения сети Uc по формуле (4.2) [69] При проведении опыта, эквивалентного опыту «отключения генератора в приемной стороне», в схеме «машина-линия-шины бесконечной мощности» мы можем оперировать только моментом турбины, поэтому зададим момент турбины такой, какой был в «трехмашинной схеме» до наброса нагрузки, и затем скачком изменим его до величины установившегося значения после сброса нагрузки.

Pг0= 0.186 ое, Pг1=0.61 ое.

Выяснилось, что для полного эквивалентного проведения опыта оказалось недостаточно оперировать только мощностью турбины. Графики переходных процессов по параметру Uг сильно отличались от графиков, снятых в «трехмашинной» схеме энергосистемы и на ЭДМ. По этой причине был проведен анализ, который показал, что при отключении нагрузки и генератора в приемной стороне для модели «машина-линия-шины бесконечной мощности» происходит изменение параметров центра электрических качаний, а именно Uс и Xвн.

В связи с этим методика была изменена. Были произведены вычисления параметров для всех установившихся режимов и при постановке опыта в схеме «машина-линия-шины бесконечной мощности» в момент аварии происходило изменение следующих значений параметров модели:

Ниже будут приведены попарно осциллограммы переходных процессов опытов, проведенных в разных схемах для удобства восприятия.

Вычислим Хвн и Uсети для послеаварийного режима.

Таблица 3.6 - Исходные данные для вычисления Хвн Хвн=0.47 ое;

Uс=0.765 ое.

Опыт «отключение нагрузки в приемной стороне» будем производить так же, как и опыт «отключение генератора в приемной стороне».

Pг1= 0.186 ое, Pг1=0 ое.

Произведем расчёт параметров установившегося послеаварийного режима.

Таблица 3.7 - Исходные данные для вычисления Хвн Хвн=0.518 ое;

Uс=0.523 ое.

Ниже будут приведены попарно осциллограммы переходных процессов опытов, проведенных в разных схемах для удобства восприятия.

Опыт «отключение линии» будем производить так же, как и предыдущие опыты.

Для этого опыта необходимо вычислить Хвн после отключения линии Л1122.

Таблица 3.8 - Исходные данные для вычисления Хвн Решив квадратное уравнение, получим:

Хвн=0.868.

Опыт трехфазного короткого замыкания на шинах генератора Г1.

Опыт «трехфазное КЗ» произведем скачком, изменяя напряжение сети Uс до величины 0.3 ое.

Результаты расчетов сведены в таблицу 3.9.

На рисунках 3.12-3.20 приведены осциллограммы четырех опытов, сгруппированных попарно, для сравнения моделей и отдельно для справки осциллограммы с электродинамической модели (ЭДМ).

Поведение параметров на осциллограммах ЭДМ может несущественно отличаться, поскольку математическая модель не идеально описывает физический объект.

Таблица 3.9 – Режимы работы генератора Г Рисунок 3.13 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении нагрузки Н21 в «трехмашинной» схеме Рисунок 3.14 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении нагрузки в схеме «машина-линия-шины бесконечной мощности»

Рисунок 3.15 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении нагрузки, снятый на ЭДМ; fГ – отклонение частоты от 50 Гц.

Рисунок 3.16 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении генератора Г2 в «трехмашинной» схеме Рисунок 3.17 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении генератора в схеме «машина-линия-шины бесконечной мощности»

Рисунок 3.18 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении генератора, снятый на ЭДМ Рисунок 3.16 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении линии Л1122 в «трехмашинной» схеме Рисунок 3.17 - График изменения напряжения и частоты генератора при отключении линии в схеме «машина-линия-шины бесконечной мощности»

Рисунок 3.18. График изменения напряжения и частоты генератора при коротком Рисунок 3.19 - График изменения напряжения и частоты генератора при коротком замыкании в схеме «машина-линия-шины бесконечной мощности»

Рисунок 3.20 - График изменения напряжения генератора при коротком В результате сравнения были сделаны следующие выводы:

Величины перерегулирования и длительности переходных процессов имеют один порядок величин.

Модель «машина-линия-шины бесконечной мощности» не учитывает изменение частоты при новом балансе мощностей, поэтому поведение частоты в динамическом режиме отличается от поведения частоты в «трехмашинной»

модели и на ЭДМ.

Мы показали, что параметры, по которым сравнивали математические модели, отличаются не более чем на 20%. Данный результат дает нам возможность говорить о схожести математических моделей, а совпадение результатов моделирования с натурными испытаниями о пригодности данных моделей для проверки регуляторов возбуждения.

Во избежание случайных совпадений результатов экспериментов все опыты были повторены для двух других конфигураций энергосистемы.

Результаты коррелируются с приведёнными выше.

Модель «машина-линия-шины бесконечной мощности» может быть использована для проверок систем управления возбуждением, в которых нет необходимости учитывать изменение частоты при новом балансе мощностей.

Ниже приведем таблицу с характеристиками переходных процессов (Таблица 3.10).

Таблица 3.10 - Сравнение динамических характеристик В первом варианте была изменена мощность генератора Г2 с 2.61 ое до 1. ое.

Балансы активных мощностей для опыта 1 и опыта 2 сведены в таблицы 3. и 3.12.

Таблица 3.11 - Баланс активных мощностей Таблица 3.12 - Баланс активных мощностей Ниже приведем таблицы со статическими режимами и характеристики переходных процессов (Таблицы 3.13, 3.14).

Таблица 3.13 - Режимы работы генератора Г Отключение Л Таблица 3.14 - Сравнение динамических характеристик Во втором варианте была изменена мощность генератора Г2 с 2.61 ое до 1.61 ое и мощность нагрузки Н21 с 1.88 ое до 0.88 ое.

Балансы активных мощностей для опыта 1 и опыта 2 сведены в таблицы 3.15 и 3.16.

Таблица 3.15 - Баланс активных мощностей Таблица 3.16 - Баланс активных мощностей Ниже приведем таблицы со статическими режимами и характеристики переходных процессов (Таблицы 3.17, 3,18).

Таблица 3.17 - Режимы работы генератора Г Таблица 3.18 - Сравнение динамических характеристик Анализ таблиц 3.14 и 3.18 показал, что результаты коррелируются с результатами, полученными в исходной схеме.

моделирование с помощью построенных математических моделей «трехмашинной» и «одномашинной».

«трехмашинной» математической модели и «одномашинной».

Установлено, что математические модели могут быть использованы для проведения проверок систем возбуждения электротехнических комплексов.

Сравнение производилось с использованием 2-х прямых критериев оценки качества переходных процессов. Различия не превышают 20%.

Глава 4 Цифровые регуляторы возбуждения. Проблемы реализации и В настоящее время во всех энергокомпаниях мира идет массовый перевод средств управления и регулирования с аналоговой на цифровую аппаратную базу. Это относится и к системам автоматического регулирования возбуждения (САРВ) синхронных машин (генераторов электростанций и мощных двигателей). Практически все производители оснащают их цифровыми системами возбуждения [62].

При этом сохраняются структура САРВ и алгоритм автоматического регулятора возбуждения (АРВ) такие же, как в аналоговых системах (рисунок 4.

Рисунок 4.1 - Структурная схема системы управления возбуждением Анализ результатов испытаний и мер, предпринятых производителями для коррекции алгоритмов, показал, что существует большая опасность внесения ошибок при переводе алгоритмов регулирования из формульной формы в дискретную программу, выполняемую в бинарных кодах операций. Проведено исследование, направленное на выявление основных причин различия свойств реальных дискретных устройств и их аналоговых моделей, принятых за основу при проектировании аппаратуры позволило сформировать ряд требований, которые необходимо учитывать при проектировании цифровых систем управления.

По существующим правилам поставки оборудования производитель представляет компании-потребителю математическое описание своей продукции. Это позволяет потребителям и Системному оператору еще на стадии проектирования объектов оценить эффективность предлагаемых устройств и обеспечиваемое ими качество регулирования в конкретных условиях будущей работы оборудования. До настоящего времени такое математическое описание предоставлялось в виде операторных передаточных функций (transfer Functions), состоящих из стандартных звеньев вида W(s), где s – оператор Лапласа.

Практика показала, что часто работа математических моделей отличается от работы реальных цифровых устройств, представленных таким образом.

Поэтому в Российской Федерации разрешение на применение цифровых АРВ выдается только после испытаний головного образца на физической модели энергосистем в утвержденной типовой схеме и по единой утвержденной типовой программе [61].

Эти испытания показали, что работа реального цифрового оборудования достаточно часто отличается от работы математических моделей.



Pages:   || 2 |


Похожие работы:

«ДИЁРОВ РУСТАМ ХАКИМАЛИЕВИЧ ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ГИДРОАГРЕГАТА МИНИ-ГЭС НА ОСНОВЕ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – к.т.н., доцент...»

«Михалев Сергей Владимирович СИСТЕМА ПОДДЕРЖАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 6-10кВ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель : д.т.н., профессор...»

«ДЖАБОРОВ МЕХРУБОН МАХМАДКУЛОВИЧ ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЗОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЭЛЕКТРОВОЗОВ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ Специальность: 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени Кандидат технических наук Научный руководитель : доктор технических наук, профессор Н....»

«РАДЬКО Сергей Иванович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАРОВОДЯНОГО ПЛАЗМОТРОНА Специальность: 05.09.10 – Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук,...»

«ГОРБИК Владислав Сергеевич СТРУКТУРА И АЛГОРИТМЫ УПРАВЛЕНИЯ РЕГУЛИРУЕМЫМ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С ОБЕСПЕЧЕНИЕМ МАКСИМАЛЬНОГО БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ПО КОНТУРУ ТОКА (МОМЕНТА) ДЛЯ ГОРНЫХ МАШИН Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы ДИССЕРТАЦИЯ на...»

«Кузнецов Виталий Александрович ОБНАРУЖЕНИЕ ГЕОИНДУЦИРОВАННЫХ ТОКОВ И ИХ МОНИТОРИНГ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель – доктор технических наук, доцент Вахнина Вера Васильевна Тольятти...»

«Фризен Василий Эдуардович ИНДУКЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ ИННОВАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ Специальность 05.09.10 Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук Научный консультант : доктор технических наук, профессор Сарапулов Федор Никитич Екатеринбург 2014 Оглавление Перечень встречающихся сокращений 5 Введение 1. Аналитический обзор...»

«Григорьев Максим Анатольевич УДК 62-83::621.313.3 СИНХРОННЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С НЕЗАВИСИМЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ПО КАНАЛУ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ПРЕДЕЛЬНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ ПО БЫСТРОДЕЙСТВИЮ И ПЕРЕГРУЗОЧНЫМ СПОСОБНОСТЯМ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук Научный консультант – доктор технических наук,...»

«ШЕВЧУК Антон Павлович ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУППОВОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ ТЕРРИТОРИАЛЬНО РАССРЕДОТОЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОПОТРЕБИТЕЛЕЙ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы...»

«Пищалев Константин Евгеньевич Технология высокочастотного индукционного нагрева насадных деталей роторов турбогенераторов и паровых турбин 05.09.10 – Электротехнология Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель доктор технических наук...»

«Белоусов Евгений Викторович УДК 62-83::621.313.3 ЭЛЕКТРОПРИВОД МЕХАНИЗМА ПОДАЧИ СТАНА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТРУБ с СИНХРОННОЙ РЕАКТИВНОЙ МАШИНОЙ НЕЗАВИСИМОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ Специальность 05.09.03 – “Электротехнические комплексы и системы” Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук Научный руководитель – кандидат технических наук Григорьев М.А. Челябинск – ОГЛАВЛЕНИЕ...»

«Махалин Александр Николаевич ОБОСНОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ Специальность 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук НАУЧНЫЙ...»







 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.