автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Анализ и моделирование перспективных законов регулирования возбуждения мощных синхронных генераторов

р }"с§жт-^Зербургский государственный технический университет

2 2 МАЙ 1395

Но правах рукописи

> - г

ОКОРОКОВ Роман Васильевич

УДК 621.313.322

АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ЗАКОНОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ МОЩНЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Специальность 05.14.02. - электрические станции

(электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1995

Работа выполнена на кафедре "Электрические системы и сбТи" Санкт-Петербургского Государственного Технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор С.В.СМОЛОВЙК

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профеооор А.А.ЮРГАНОВ

кандидат технических наук, ст.н.с, А.Х.ЕСЙПОВИЧ

Ведущая организация - НИИ АО "Электросила"

Защита состоится " " Си^кЯ 1995 г. в Л часов на заседании диссертационного Совета К 063.38.24 при Санкт-Петербургском Государственном Техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, главное здание, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан "// " 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент А.И.Тадаибаев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуа^иость проблемы. Основой развития электроэнергетики являются объединенные электроэнергетические системы (ЭЭС) и использование в них синхронных генераторов больших единичных, мощностей. Характеристики синхронного генератора как элемента ЭЭС во. многом определяются свойствами его системы возбуждения, и развитие синхронных машин неизменно сопровождается усовершенствованием их систем возбуждения. Ухудшение электромеханических параметров мощных синхронных генераторов, обусловленное повышением степени использования активных материалов, в существенной мере компенсируется возрастанием возможностей систем автоматического регулирования возбуждения, прошедших в своем развитии ряд этапов, реализующих различные законы регулирования возбуждения и, соответственно, обеспечивающих разные показатели статической и динамической устойчивости.

Широкое внедрение в ЭЭС автоматических регуляторов возбуждения сильного действия типа АРВ-СД (АРВ-СДП, АРВ-СДП1), характеризующихся высоки!,™ коэффициентами усиления и наличием в законе регулирования стабилизирующих сигналов по первым и вторым производным режимных параметров, позволило совместно с системами быстродействующего возбуждения (статическими' тиристорными и диодными бесщеточными) обеспечить высокие пределы статической и динамической устойчивости к интенсивное демпфирование послеаварийных качаний. Однако в настоящее время в свя-. зи со значительной величиной генерирующих мощностей, наличием линий электропередач, являющихся слабыми межсистемными связями, и усложнением схемно-режимных условий ЭЭС фиксированные настройки унифицированных АРВ не удовлетворяют всему многообразию нормальных режимов работы и переходных процессов 'сложных энергосистем. Это приводит, с одной стороны, к необходимости дальнейшего совершенствования существующей структуры АРВ, направленной на повышение качества регулирования за счет оценивания большего количества параметров режима, а с другой, к созданию адаптивных систем регулирования возбуждения, оптимизирующих свои настройки при изменении условий работы генераторов в ЭЭС.

Переход к цифровым методам регулирования и цифровым АРВ, в которых соответствующие алгоритмы управлешя 'реализуются программным путем, обусловливает появление совершений новых структур аддитивного регулирования возбуждения, таких как цифровые регуляторы на основе использования нечеткой логики и нейронных сетей.

Данные положения определяют актуальность диссертации, посвященной сопоставительному исследованию показателей демпфирования, обеопо-

чивасмых применением перспективных и унифицированных типов АРВ, реализующих различные законы регулирования возбуждения, при малых и конечных возмущениях в ЭЭС.

Работа выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой "Повышение надежности, экономичности и экологичнос-ти электроэнергетической системы России" и была связана с исследованиями, проводившимися АО "Электросила".

Цель и задачи работа. Целью работы является разработка методов математического моделирования систем возбуждения различных типов для анализа обеспечиваемых ими демпферных свойств в разных схемно-режим-ных условиях' и переходных процессов при конечных возмущениях в ЭЗС, а также выдача рекомендаций для дальнейшего совершенствования структур систем регулирования возбуждения и законов регулирования для улучшения показателей качества переходных процессов.-

Для достижения поставленной цели потребовалось:

- усовершенствовать существующие и разработать новые математические модели автоматических регуляторов возбуждения различных типов, включая унифицированные регуляторы АРВ-СД и АРВ-СДП1; перспективный микропроцессорный регулятор АРВ-СДШ; регулятор пропорционального действия АРВ-ПД, дополненный каналом системной стабилизации (ГБЗ); адаптивный АРВ-ПД с системным стабилизатором на основе нечеткой логики; а также модели'широко применяемых в настоящее время систем возбуждения: независимой тиристорной и диодной бесщеточной, содержащих тиристорный и диодный преобразователь и синхронный возбудитель;

- выполнить исследование колебательной статической устойчивости генераторов, оснащенных унифицированными регуляторами типа АРВ-СД и АРВ-СДШ, в условиях энергосистем простой структуры и сопоставить полученные результаты с показателями демпфирования маловозмущенного движения, дос~игаемых за счет использования рассматриваемой структуры перспективного регулятора АРВ-СДПМ;

- исследовать особенности демпфирования маловозмущенных переходных процессов генератора, оборудованного регуляторами возбуждения типа АРВ-СДПМ и АРВ-СДП1 в режимах недовозбувдения;

- определить показатели колебательной статической устойчивости генератора, содоркаще'го АРВ-ПД с каналом ГЭБ, при использовании в качестве входах сигналов РББ отклонения частоты вращения вала агрегата от синхронной или частоты статорного напряжения, а также применения дополнительных стабилизирующих сигналов; ■

- оценить возможности использования системы регулирования воз-

Суждения, включающей АРВ-ПД с адаптивным системным стабилизатором на основе нечеткой логики;

- выполнить исследование динамической устойчивости генераторов, оснащенных АРВ различных типов, и проанализировать специфику протекания переходных процессов, вызванных конечными возмущениями.

Методика выполнения исследований. Решение' указанных задач выполнялось на основе расчета собственных значений ' матриц коэффициентов линеаризованных систем уравнений переходных процессов, построения и анализа областей устойчивости и численного интегрирования нелинейных систем дифференциальных уравнений. Математическое описание ЭЭС основывалось на известных моделях силового оборудования и АРВ, в частности, на уравнениях Парка-Горева для вращающихся машин.

Основные научные результаты и их новизна.

1. Усовершенствованы методики математического моделирования АРВ различных типов, включая унифицированные регуляторы ЛРВ-СД и АРВ-СДП1, а также широко применяемые за рубежом регуляторы АРВ-ПД, дополненные каналом системной стабилизации РБЗ.

2. Предложена математическая модель перспективного регулятора возбуждения АРВ-СДПМ, предназначенная для исследования колебательной статической и динамической устойчивости.

3. Впервые реализована методика математического моделирования регулятора АРВ-ПД, дополненного адаптивным системным стабилизатором на основе нечеткой логики (НЛ), алгоритм функционирования которог<У основан на наборе правил, а их обработка ведется методами теории нечетких множеств.

4. разработаны подробные математические модели независимой ти-ристорной и диодной бесщеточной' систем возбуждения, предназначенные для исследования показателей устойчивости при малых и конечных возмущениях совместно с перспективными и унифицированными моделями АРВ.

5. Произведена оценка сравнительной эффективности регуляторов возбуждения типа .АРВ-СД и АРВ-СДП1, которая показала их высокую эффективность по демпфированию электромеханических колебаний в энерго- • системах простой структуры.

6. Установлено, что использование рассматриваемой модели перспективного регулятора АРВ-СДПМ обеспечивает показатели демпфирования маловозмущенного движения на уровне атах= 5,5+6,5 1/с, что существенно превышает возможности унифицированных регуляторов АРВ-СДГ11 и АРВ-СД. Протекание переходных процессов при возмущениях конечной амплитуды характеризуется определенной спецификой, з частности, переходом в

режим развозОувдения'после снятия возмущения.

7. Исследована колебательная статическая устойчивость генератора, оснащенного перспективным АРВ-СДПМ и унифицированным АРВ-СДП, в режимах недовозбуждепия, которая выявила, что настройка регулятора АРВ-СДПМ, обеспечивающая наилучшие показатели демпфирования в области номинальных режимов, вызывает самораскачивание при уменьшении генерации реактивной мощности, обусловливая необходимость перенастрой® АРВ.

8. Выполнено исследование демпферных свойств генератора, оснащенного системой регулирования возбуждения, включающей АРВ-ПД и дополнительный канал РЭБ, при использовании в качестве входных сигналов РББ отклонения частоты вращения вала и частоты статорного напряжения. Рассмотрены дополнительные меры по повышению качества маловозмущенных переходных процессов в виде гибкой обратной связи по току возбуждения и добавочного дифференцирующего звена в структуре РЗБ.

9. Зафиксирован длительный режим многократного переключения структуры регулятора АРВ-СДПМ нелинейным ограничителем после конечного возмущения, представляющий определенную опасность для тиристорного преобразователя. Рекомендовано применение релейной форсировки возбуждения для исключения данного режима.

10. Проанализирована статическая и динамическая устойчивость генератора, оснащенного АРВ-ПД с адаптивным системным стабилизатором на основе НЛ, которая показала, что процессы при малых и конечных возмущениях характеризуются значительной длительностью. Оценены возможности дополнительных мероприятий по повышению показателей'устойчивости за счет применения обратной связи по производной тока возбуждения и принудительного форсирования возбуждения на первых этапах процесса.

Практическая значимость работы и ее внедрение. Полученные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации, а тате разработанное программное обеспечение могут быть использованы в проектных, научно-исследовательских и эксплуатационных организациях при определении требований к системам регулирования возбуждения, допустимости тех или иных эксплуатационных и аварийных режимов и разработке мероприятий по повышению уровня устойчивости параллельной работы ЗЭС.

Методические и программные разработки использовались в научно-исследовательских работах кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ, выполняемых по договорам с рядом организаций (НИИ АО "Электросила", ЩТЙ им. И.И.Ползунова).

■ Апробация работы. Отдельные разделы диссертации докладывались на научном семинаре кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ, на

научно-технической конференции молодых ученых и специалистов СПбГТУ (Санкт-Петербург, 1992г.) и на 9-й Международной конференции по электроэнергетическим системам (Санкт-Петербург, 1994г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы,. 2-х приложений и содержит 118 страниц основного текста, 8 стр. таблиц, 41 стр. рисунков и библиографию из 140 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТУ

Во введении обоснована актуальность исследования, определены цели и основные задачи диссертационной работы, излагается ее структура.

В первой главе работы дан обзор развития систем регулирования возбуждения синхронных генераторов. Отражены основные этапы развития автоматических регуляторов возбуждения - от регуляторов пропорционального действия (АРВ-ПД) до современных цифровых регуляторов возбуждения (АРВ-СДЦ). Приведена классификация основных типов систем возбуждения. Рассмотрены особенности систем возбуждения, широко применяемых в настоящее время для мощных синхронных машин: тиристорной независимой, диодной бесщеточной и тиристорной системы самовозбуждения.

Развитие АРВ сильного действия как одного из элементов системы возбуждения происходит сегодня в двух основных направлениях.

Первым направлением является дальнейшее усовершенствование существующей структуры регулятора возбуждения, направленное на повышение качества регулирования за счет оценивания большего количества параметров режима при его исполнении на перспективных микросхемных элементах. К таким разработкам принадлежит ■„рассматриваемый в диссертационной работе перспективный микропроцессорный регулятор возбуждения АРВ-СДПМ, разрабатываемый АО ''Электросила" и предназначенный для установки на мощных турбо- и гидрогенераторах.

Данный регулятор содержит конструктивные элементы, несущие Функции адаптации: частотно-зависимый коэффициент усиления по каналу отклонения напряжения; систему огранйчений, исключающую каналы стабилизации из закона регулирования при значительных отклонениях напряжения статора генератора от уставок, вызванных глубокими возмущениями режима электропередачи. Новыми для отечественной практики создания систем регулирования возбуждения являются: отсутствие аналога релейной форси-jtoBKH возбуждения; наличие канала стабилизации, использующего значе-(1ия второй производной внутреннего оугла генератора. Интенсивность

воздействия АРВ-СДПМ на систему возбуждения значительно превышает возможности унифицированных регуляторов типа АРВ-СДП1 и АРВ-СД. Отличительной особенностью АРВ-СДПМ является то, что он реагирует на изменение пяти параметров режима и их производных, характеризуется большими коэффициентами усиления и высоким быстродействием.

Вторым направлением развития систем регулирования возбуждения является разработка опытных экземпляров регуляторов, имеющих сравнительно простые структуры регулирования и обладающих свойствами адаптивных систем, в большей мере соответствующих задачам управления в современных объединенных энергосистемах, которые корректируют коэффициенты .усиления по каналам стабилизации в зависимости от изменения схемно-режимных условий работы генератора в ЭЭС.

В связи с широким внедрением микроэвм, обусловивших появление и интенсивное развитие цифровых АРВ, много внимания уделяется вопросам создания новых типов цифровых или цифро-аналоговых регуляторов возбуждения на основе использования нечеткой логики (НЛ), также открывающих широкие возможности адаптации законов регулирования к условиям работы генератора в конкретных схемах его связи с энергосистемой и режимами работа последней.

Рассмотренная в диссертации модель такого цифро-аналогового регулятора возбуждения включает унифицированный АРВ-ПД, дополненный системным стабилизатором на основе НЛ, алгоритм функционирования которого основан на наборе правил, а их обработка ведется методами теории нечетких множеств. В качестве входных сигналов стабилизатора использованы два наиболее распространенных в отечественной практике параметра стабилизации: отклонение и производная отклонения частоты статорного напряжения. Программная реализация системного стабилизатора на основе НЛ и использование базы знаний, описывающей поведение АРВ в большинстве возможных схемно-режимных ситуаций, позволяет осуществить адаптивное регулирование в реальном масштабе времени-с приемлемыми показателями демпфирования в любых установившихся режимах работы генераторов и обеспечивает инвариантность настроек к внезапным возмущениям со стороны энергосистемы.

Во второй главе диссертации представлены математические модели элементов исследуембй ЭЭС. Синхронный генератор представляет собой объект большой сложности, что обусловливает необходимость разработки для исследования его демпферных свойств комплексных математических моделей, включающих модели' собственно синхронного генератора, возбудительного агрегата и автоматического регулятора возбуждения. По-

скольку основной целью работы являлось определение эффективности АРВ различных типов при малых и конечных возмущениях, то соответствующие модели (линеаризованные и нелинейные) должны быть получены на основе единого исходного математического описания объектов.

В диссертационной работе разработана комплексная математическая модель, включающая модель синхронного генератора, описываемую уравнениями Парка-Горева; модель синхронного возбудителя, питающего тирис-торный или диодный преобразователь, выполненную на основе упрощенных уравнений Парка-Горева; модель тиристорного преобразователя, управляемого ЛРВ различных типов. Математическое описание 'рассмотренных АРВ включает модели следующих регуляторов возбуждения: унифицированных типа ЛРВ-СД и АРВ-СДП1; перспективного АРВ-СДПМ; регулятора АРВ-ПД, дополненного каналом системной стабилизации РЭЭ; адаптивного АРВ-ПД с системным стабилизатором на основе Ю1, Структурные схемы моделей регуляторов типа АРВ-СДШ и АРВ-СДПМ представлены на рис.1 и 2.

Приведены элементы теории нечетких множеств, используемой в системном стабилизаторе на основе НЛ. Нечеткое множество А в X ( где Х= {х(> - некоторое обычное (четкое) множество, которое называют универсальным ) определяется как совокупность упорядоченных пар А = {(х, до (х))| х е X ), составленных из элементов х универсального множества и соответствующих ■ функций принадлежности до (х), определяющих стопень уверенности в принадлежности элемента х данному нечеткому г,тожеству А и характеризующихся числом из отрезка [0,1]. Основными теоретико-множественными операциями над нечеткими множествами являются операции разности, дополнения, пересечения и объединения.

На рис.3 представлена таблица логического вывода, реализованная в рассматриваемом системном стабилизаторе на основе НЛ и основанная на серии правил "Если-То". В ней имеется 25 правил,-отвечающих взаимным комбинациям входных режимных параметров диц и рйии, формирующих выходной сигнал стабилизатора , выведенных из законов регулирования возбуждения и .учитывающих опыт специалистов. Весовые оценки каждого правила определяются методами теории нечетких множеств.

В третьей главе приведены результаты исследований демпферных свойств генераторов, обеспечиваемые различными структурам! регулирования возбуждения в разных схемио-режимных условиях.

Расчеты колебательной статической устойчивости выполнялись для двух турбогенераторов типа ТВВ-1000-4 и ТВВ-200 при условии оснащения их независимой тиристорной или диодной бесщеточной системами возбуждения и АРВ различных типов. Оценка эффективности унифицированных ре-

Рис.1. Структурная схема модели АРВ-СДП1

Рис.2. Структурная схема модели АРВ-СДПМ

V Р53 дми

ьм ш БМ МР ЬР

рл0и ш ш ш Ш ш БМ

ш ьм Ш БМ МР

БМ ш ш БМ МР ЬР

МР ш БМ МР ЬР ЬР

ьр БМ МР МР ЬР ЬР

Рис.3. Таблица блока логического вывода системного стабилизатора на основе НЛ

гуляторов АРВ-СДП1 и АРВ-СД, а также перспективного АРВ-СДПМ по демпфированию колебаний выполнялась путем оптимизации настроек всех каналов стабилизации, предусмотренных структурами данных регуляторов.

Результаты расчета характеристических чисел, отвечающих.линеаризованным уравнениям переходных процессов генератора, оборудованного унифицированным АРВ-СДП1 и работающего через электропередачу на мощную систему (Хд= 0,4о.е.), приведены в табл.1. В этих же условиях система регулирования возбуждения с унифицированным АРВ-СД обеспечивает а = 3,4 1/с. В рассматриваемой структуре перспективного регулятора АРВ-СДПМ при оптимально выбранных настройках по каналам стабилизации-возможно достижение существенно более 'высоких степеней устойчивости' (а = 5,5+6,5 1/с), чем при использовании АРВ-СДП1 и АРВ-СД (Табл.2). В условиях сложной системы такие^ степени устойчивости, ка:с правило, недостижимы. В концентрированной многомашинной ЭЭС путем численной-оптимизации настроек удается достичь степени устойчивости а » 1,5+2,0 1/с, в протяженной системе со слабыми связями -0,3+0,7 1/с. Однако, чем большая степень устойчивости достигается в одномашинной схеме, тем большего эффекта удается добиться и в условиях сложной системы.

Полученные настройки являются оптимальными только для принятых параметров энергосистемы и могут заметно отличаться при изменении параметров схемы. Поэтому даже для простейшей электропередачи нельзя рекомендовать универсальные оптимальные значения настррек для всех возможных схемно-режимных условий.

На рис.4 показана область статической устойчивости в-координатах коэффициентов усиления по отклонению и производной частоты напряжения, иллюстрирующая демпферные свойства электропередачи (хл= 0,4о.е.), со-

Таблица 1

Характеристические числа, соответствующие генератору ТБВ-1000-4, оснащенного унифицированным АРВ-СДП1

N. вещ.часть мнимая часть N вещ.часть мнимая часть

1 -235,406 0,0 11 -3,573 -8,10

2 -158,332 0,0 12 -10,702 0,0

3 -92,755 0,0 13 -3,573 6,434

4 -79,388 0,0 14 -3,573 -6,434

5 -42,074 5,42.3 15 -4,988 1,143

6 -42,074 -5,423 16 -4,938 -1,434.

7 -41,692 0,0 17 -0,773 0,0

8 -28,809 0,0 18 -3,719 . 0,0

9 -40,599 0,0 19 -0,427 0,0

10 -3,573 8,10

■Таблица 2

Характеристические числа, соответствующие генератору ТВВ-1000-4, оснащенного перспективным АРВ-СДПМ

N вещ.часть мнимая часть Н вещ.часть мнимая часть

1 -666,807 0,0 12 -0,402 0,456

2 -292,622 0,0 13 -0,402 -0,456

3 -127,412 0,0 14 -1,369 0,0

4 -15,093 30,076 15 -45,455 0,0

5 -15,093 -30,076 16 -3,636 0,0

6 -50,0 0,0 17 -5,743 0,0

7 -66,492 0,0 18 -7,226 0,0

8 -33,055 0,0 19 -66,666 0.0

9 -20,619 0,0 20 -66,667 0,0

10 -6,0 8,152 21 -66,667 0,0

11 -6,0 -8,152 22 -66,667 0,0

держащей генератор ТВВ-1000-4, оснащенный независимой тиристорной системой возбуждения и АРВ-СДПМ. Данная область охватывает существенно больший диапазон изменения настроечных параметров по каналам стабилизации, чем при использовании унифицированных АРВ. Точка А отвечает максимально достижимой степени устойчивости ат£>х= 6,5 1/с.

Рассмотрено влияние изменения схемно-режимных условий работы генератора ТВВ-1000-4, оснащенного АРВ-СДПМ или АРВ-СДП1,на уровень его И1

демпферных свойств. Результаты такого .исследования в виде'зависимостей максимально достижимых степеней устойчивости от реактивной мощности генератора представлены на рис.5. Как видно из кривых, оба регулятора обеспечивают весьма высокие уровни демпфирования в данных режимах, причем показатели устойчивости АРВ-СДПМ резко возрастают в области -номинальных режимов и существенно выше, чем у АРВ-СДП1. Однако настройки АРВ-СДПМ, обеспечивающие наилучшее демпфирование для этих режимов, вызывают колебательную неустойчивость при значительном уменьшении генерации реактивной мощности. Перенастройка регулятора АРВ-СДПМ в датой области режимов обеспечивает приемлемый уровень демпфирования для всей совокупности режимов работы генератора, включая режимы недовозбуждения, характеризующиеся потреблением реактивной мощности.

Выполнены исследования колебательной статической устойчивости системы регулирования, содержащей АРВ-ПД и канал РЭ5,при использовании в качество входных сигналов РББ двух наиболее распространенных в зарубежной и отечественной практике сигналов регулирования: частоты вращения вала генератора и частоты статорного напряжения. Отмечено, что охват звеньев данной системы гибкими и жесткими обратными связями по напряжению и току возбуждения оказывает заметное влияние на повышение показателей демпфирования и снижение степени зависимости показателей затухания от режима работы генератора, причем более существен-, ную добавку в суммарный сигнал регулирования вносят гибкие обратные связи. Снижение максимально достижимой степени устойчивости, обусловленное использованием сигнала отклонения частоты статорного напряжения вместо частоты вращения вала, может быть скомпенсировано'введением дополнительного дифференцирующего звена в структуру РББ.

Показатели демпфирования маловозмущенных процессов, обеспечивав-, мыв АРВ-ПД с адаптивным системным стабилизатором на основе ЕЯ, несколько уступают таковым в случае применения унифицированных АРВ. При использовании данного стабилизатора в условиях более жесткой связи с Тгриемной системой достигаются показатели демпфирования а=1,3*1,5 1/с.

В четвертой главе приведены результаты анализа динамической устойчивости генераторов, оснащенных системами регулирования возбуждения различных типов.

Высокие демпферные свойства перспективного АРВ-СДПМ и унифицированных регуляторов,АРВ-СД и АРВ-СДП1, обеспечиваемые применением каналов стабилизации с- оптимальными настройками, обусловливают и хорошее демпфирование переходных процессов при конечных возмущениях в энергосистеме. в то же время отмечена особенность протекания переходных про-

Рис.4. Область статической устойчивости турбогенератора ТВВ-1000-4, оснащенного тиристорным возбудителем и АРВ-СДПМ, и положение точки, соответствующей максимальной степени устойчивости

Рис.5. Изменение степени устойчивости системы регулирования ■ возбуждения турбогенератора ТВВ-1000-4 в зависимости от генерируемой реактивной мощности

1 - регулятор АРВ-СДПМ;

2 - регулятор АРВ-СДПМ (после перенастройки);

3 - регулятор АРВ-СДП1

цессов генератора ТВВ-1000-4, оснащенного АРВ-СДПМ. В условиях отсутствия канала релейной форсировки возбуждения, не предусмотренного структурой данного регулятора, взаимодействие каналов стабилизации вызывает неоправданный переход в режим развозбуждения на начальной стадии процесса после отключения КЗ. При увеличении тяжести возмущения наиболее существенным отличием данного процесса является длительный рея™ многократного переключения структуры АРВ-СДПМ ограничителем, срабатывающим при достижении напряжением статора величины уставки иг= 0,95о.е. Введение при этом релейного форсирования возбуждения не только улучшает качество переходного процесса (Рис.6), но и полностью исключает зафиксированный репам многократного отключения и повторного включения каналов стабилизации АРВ-СДПМ на нижней грашще уставки по напряжению, что должно быть учтено при совершенствовании структуры данного регулятора возбуждения.

На рис.7 приведены кривые переходного процесса турбогенератора ТВВ-200, оснащенного АРВ-СДПМ, настроенного по условию обеспечения максимальной степени устойчивости, при трехфазном КЗ и введении релейного форсирования возбуждения. Вид кривых также подтверждает целесообразность применения релейной форсировки возбуждения в данных условиях для улучшения качества протекания переходных процессов.

Показано, что система регулирования, включающая АРВ-ПД с адаптивным системным стабилизатором на основе НЛ, характеризуется невысокими показателя™ демпфирования переходных процессов при конечных возмущениях. Повышение показателей устойчивости данной системы достигается применением гибкой обратной связи по току возбуждения в сочетании с релейной форсировкой возбуждения. Главное преимущество системного стабилизатора на основе НЛ заключается в его инвариантности к измене-, ниям схемно-режимних условий работы генератора в энергосистеме, в то время как функционирование унифицированных АРВ сильного действия существенно зависит от их настройки для конкретного режима работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Усовершенствованы методики математического моделирования переходных процессов синхронного генератора, оснащенного АРВ различных типов, включая унифицированные регуляторы АРВ-СД и АРВ-СДП1, широко применяемые за рубежом системы регулирования пропорционального действия (АРВГПД) и системы' пропорционального действия, дополненные каналом системной стабилизации (ГЭБ).

. 2. Предложена математическая модель перспективного регулятора возбуждения АРВ-СДПМ, предназначенного для установки на модных турбо-

Рис.б. Переходный процесс генератора ТВВ-1000-4, оснащенного регулятором АРВ-СДПМ, при возмущении, вызванным трехфазным КЗ (Тц3= 0,06 с) и введении релейной форсировки возбуждения

Рис.7. Переходный процесс генератора ТВВ-200, оснащенного . АРВ-СДПМ, при возмущении, вызванным трехфазным КЗ (Ткз= 0,12 с) и введении релейной форсировки возбуждения

и гидрогенераторах. Наиболее простая модификация математического описания АРВ-СДГМ, ориентированная на исследовашш колебательной статической и динамической устойчивости, имеет 16 дифференциальный порядок.

3. Реализована методика математического моделирования регулятора возбуждения типа АРВ-1Щ, дополненного адаптивным системным стабилизатором на основе нечеткой логики (Fuzzy logic), получающей в последнее время широкое применение для решения задач в области автоматического регулирования и управления.

4. Разработаны и исследованы подробные математические модели систем возбуждения различных типов (независимая тиристорная и диодная бесщеточная), предназначенные для выполнения сопоставительных исследований показателей устойчивости совместно с унифицированными и перспективными моделями АРВ.

5. Оценка сравнительной эффективности регуляторов типа АРВ-СД и АРВ-СДП1 показала их высокую эффективность го демпфированию колебаний в энергосистемах простой структуры при оптимальном выборе настроек. С учетом ограничений на реальный диапазон изменения настроек регулятор АРВ-СДП1 обеспечивает более высокие показатели демпфирования.

6. Использование рассматриваемой структуры перспективного регулятора АРВ-СДШ позволяет получить показатели демпфирования маловозмущенного движения на уровне а^ = 5,5+6,5 1/с, что существенно превышает возможности существующих моделей АРВ-СДП1 и АРВ-СД. В то же время при возмущениях конечной амплитуды отмечена определенная специфика протекания переходных процессов, в частности, тенденция к переходу в режим развозбуждения после снятия возмущения. Указанное свойство АРВ-СДПМ обусловлено действием стабилизирующих каналов регулятора в условиях отсутствия релейной форсировки возбуждения.

7. Исследование колебательной статической устойчивости генератора, оснащенного АРВ-СДПМ, в режимах недовозбуздения показало, что настройка регулятора, обеспечивающая наилучшие показатели демпфирования в области номинальных режимов, вызывает самораскачивание при уменьшении генерации реактивной мощности. Перенастройка регулятора в данной области режимов ¿беспечивает приемлемый уровень демпфирования для всей совокупности рабочих режимов генератора.

8. Выполнено исследование колебательной статической устойчивости генератора, оснащенного АРВ-ЦЦ с дополнительным • каналом системной стабилизации PSS. "При использовании в качестве ■ входного .сигнала PSS частоты вращения вала или частоты статорного напряжения получены показатели 'затухания на уровне 3,7 и 3,1." 1/с соответственно. Качество

маловозмущенных переходных процессов может быть повышено за счет применения гибкой обратной связи по производной тока возбуждения.

9. Отмечена возможность длительного существования режима работы АРВ-СЖШ, характеризующаяся многократным переключением его структуры нелинейным ограничителем после конечного возмущения. Такой режим, представляющий опасность для преобразователя, был исключен, а .причины его возникновения дополнительно исследованы. В частности, в этих условиях рекомендовано использование релейной форсировки возбуждения.

10. Исследование статической и динамической устойчивости генератора, оснащенного АРВ-ПД с адаптивным системным стабилизатором на ос-ноье НЛ, показало, что процессы при малых и конечных 'возмущениях отличаются значительной длительностью. Возможно применение дополнительных мероприятий для повышения показателей устойчивости в виде обратной связи по'производной тока возбуждения и принудительного форсирования возбуждения на первых этапах процесса. Дальнейшее улучшение структуры регулятора потребует как увеличения числа правил в блоке логического вывода, описывавших все многообразие • схемно-режимных ситуаций, так и использования большего количества различных параметров режима в качестве входных сигналов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Абу-Гаттас Н.З., Окороков Р.В., Смоловик C.B. Расчет переходных процессов генераторов при несимметричных и последовательных коротких замыканиях // Энергетика (Изв. высш. учеб. заведений).- 1990.-N 11.- С. 4-7-50.

2. Окороков Р.В., Першиков Г.А., Смоловшс C.B. Крутильные колебания вала турбоагрегата, обусловленные системой автоматического регулирования возбуждения // Сб.науч.тр. СЛбГТУ.- СПб., 1992.- С. 88-97.

3. Окороков Р.В., Першиков Г.А., Смоловик C.B., Харб Ш.Н. Расчет экстремальных значений скручивающих моментов валопровода турбоагрегата при несимметричных и последовательных коротких замыканиях // Сб.-науч.тр. СПбГТУ.- СПб., 1992.- С. 97-110.

4. Авад Эль-Сайед Авад,- Окон Л.И, Окороков р.В., Смоловик C.B. Исследование эффективности применения перспективной модели АРВ-СДПМ// Проблемы развития Электроэнергетических систем: Материалы науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов.- СПбГТУ.- СПб., 1992.- С. 23-28.

5. A wad A. El.,* OkoroKov R.V., Pershllcov G.A., Smolovlk S.V. Enhancement оГ the Damping Properties or the Diode Brushless Excitation System // Proceedings of the 9th International• Power System Conference. St.Petersburg, 4-7 July, 1994, Vol.1.- pp. 164-172.

16