автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Автоматизация расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов, обусловленных электродвигательной нагрузкой переменного тока систем промышленного электроснабжения

РГ6 Ой),

ЮКОВСЖИЙ ЭНКРШ'ИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИЬЕРСИТЕТ)

На пранах рукописи

ГАМЛЗИН Станислав Иванович

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАСЧШТО-ЭКСГШРШНИАЛЪШХ ИССЛЕД01ШШЙ ПЕРЕХОШШ ПРОЦЕССОВ, ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЭЛЕКТГОЛВИГМ'ВЛЫЮЙ НАГРУЗКОЙ ПЕРНШИЮГО ТОКА СИСТЕМ ПРОШ1ШЗШОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

по специальности 05.09.03 - Электротехнические кокшюкси

и систями, включая их управ.шше и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степэни Лектора технических наук в форме научного доклада

Москва 1994

/и

Работа выполнена на кафедре электроснабжения промышленных предприятия Московского энергетического института

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор, академик Академии электротехнических наук РФ ' ч - Строев В.А.

доктор технических наук, профессор, академик Академии электротехнических наук ГФ, Заслуженный деятель науки и ' -техники РФ Щуцкий В.И.

- доктор техйичаских наук, профессор Гераскин б;т. ~

Ведущее предприятие - ГПИ "ЭЛЕКТРОПРОЕКТ"

Защита состоится (Л^сИб**^ 1994 года в чао

Егяудатории М-214 на заседанш-Специализированного Совета Л-053.1С.04 в Московском энергетическом институте. '

Отзнвн (в _двух -9кзбшлярах$5^щв'г£мнн9 печатью) просим направлять _ла — адресу: 105835, ГСП, Москва, ' Е-250, Красноказарменная ул., Д.Т4, Ученый. Совет МЭИ.

Автореферат разослан

19Э4 года.

УчвныА секретарь Специализированного Сове та Д-ОКЗ. 16.06

к.т.н. доцент Киреева З.А..

- з - _______

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация представлена в форме научного доклада, подготовленного по работам, выполненным либо лично автором, либо в составе руководимого им научного коллектива и при его непосредственном участии.

Актуальность проблемы. При проектировании и эксплуатации систем промышленного электроснабжения возникает ряд задач, решение которых возможно лишь на основе анализа электромагнитных и электромеханических переходных процессов в электродвигательной нагрузке. К таким 'задачам относятся: определение условий и выбор- схемы пуска высоковольтных электродвигателей, выбор и проверка электрических аппаратов и проводников по условиям работы при КЗ, анализ условий работы и вцбор уставок устройств релейной защиты и средств противоаварийной автоматики, определение условий и способов обеспечения успешного самозапуска," оценка' демпфирующих свойств элвктродЕигатольной нагрузки и другие. '

Основным способом решения перечислешшх задач являются рас-четно-экспериментальные исследования переходных процессов на базе математического моделирования систем промышленного электроснабжения. Критерием достоверности расчетных исследований может служить их адекватность результатам натурного эксперимента и эксперимента на физических моделях, имеющих применительно к системам электроснабжения ограниченную область применения. Автоматизация расчетно-эксперименталышх исследований с использованием современных ЭВМ позволяет существенно повысить эффективность проводимых исследований.

Проблемы, обусловленные переходными процессами в электродвигательной нагрузке промышленных предприятий решались в работах таких ученых как Сыромятников и.А., Линдорф Л.С., Слодпр:к М.И.,. Мамиконянц Л.Г., Глебов И.А., Рубашев Г.М., Вершинин , П.П., Сивокобыленко, В.Ф. и др. Ими была разработана методология расчетных исследований переходных процессов в электродвигательной нагрузке, сформулированы и исслодованы области применения различных способов обеспечения всех видов устойчивости элокт рических двигателей, разработаны системы релейной защиты и ав~

тематики для повышения' надежности электроснабжения и сохранения устойчивости технологических процессов.

Однако попытки объединить разработанные методики в • единое системное целое применительно к промышленному электроснабжению не увенчались успехом, поскольку они разрабатывались изолированно, не были связаны единой концепцией и часто не стыковались.

Увеличение единичной мощности (до 63 МВт) и числа высоковольтных, двигателей в системах электроснабжения, повышение требований к обеспечению непрерывности технологических процессов, внедрение быстродействующих защит и новых видов автоматики (быстродействующее, синфазное, одновременное АВР) выдвинули в число наиболее актуальных задачу системной автоматизации на базе современных ЭВМ расчетао-экспериментальных исследований пе- ■ реходных процессов, обусловлетак^длектродвигательной нагрузкой систем электроснабжения. ■ — .

Под системной автоматизацией' расчетао=экспериментальных исследований понимается разработка общей методологии, системы проблемно-ориентированных методик, моделей, алгоритмов .и программ, реализующих возможность адекватного требованиям решаемой задачи моделирования . система электроснабжения произ-водьшй-конфигурации, структуры и состояния, возможность отра- : жать все реальные .виды нарушений нормального .электроснабжения и все этапы работы релейной защиты и автоматики, возможность . —управления расчетно-экспериментальными исследованиями в зависимости от динамики пертходш^прдассовт^Бозмоиюсть использования графических"редакторов, специализированных банков, данных и специальных сервисных программ по подготовке исходных данных и обработки результатов исследований.

Эти задачи и определили тематическую направленность данной работы. _ . ■ ■ '

Цель работы состоит в следующем: разработать, общую мето-, дологию системной автоматизации расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов, обусловленных .электродвигательной нагрузкой систем электроснабжения, в которой на. .основе единых принципов реализуется.возможность исследования систем электроснабжения произвольной структуры, конфигурации и

состошшя, содержащей произвольное число электрических двигателей переменного тока любых типов, позволяющую отражать все реальные виды нарушений нормального электроснабжения и все этапы работы релэйной защита и автоматики, а в информационном " обеспечении опирающуюся непосредственно на схему электроснабжения и каталожные данные об электрооборудовании. .. Для достижения этой цели в работе решались следующие' задачи:

1. Разработать систему проблемно-ориентированных расчетных методик и математических моделей элементов и системы электроснабжения в целом, связанных единой концепцией автоматизации расчетно-экспериментальннх исследований переходных процессов, обусловленных- электродвигательной нагрузкой, и-оптимизации использования ресурсов ЭВМ.- Для.электрических двигателей разработать методику определения параметров схемы'замещения и систему математических моделей, различающихся степенью упрощения в описании электромагнитных переходах процессов, являющихся базовыми компонентами единой динамической модели.

2. Разработать системы программ на ЭВМ, адаптированные к реальным задачам электроснабжения и связанные единым информационным обеспечением, - базирующимся на схеме электроснабкегам и каталожных данных об электрооборудовании.

; ,3. "Выполнить исследования и,разработать практические рекомендации по. способам корректировки реяашов систем электроснабжения с целью повышения результирующей устойчивости электродвигательной, нагрузки по отношению к кратковременным (на время работы релейной защиты и автоматики) перерывам электроснабжения, либо с целью максимального использования положительных свойств электрических двигателей.

Новый научные результата: •'• -1. Для электрических двигателей различных типов (синхронных (СД) - с шихтованным и массивным ротором и с массивными полю-.сами, асинхронных (АД) -'с короткозамкнутым и 'фазным ротором) разработана методика определения параметров .схем замещения на основе каталожных данных. Для СД с массивным ротором (полюсам) и АД с короткозамкнутым ротором учитывается эф{ект вытеснения тока в роторе. Максимальное отличие расчетных и экспериментальных пусковых характеристик двигателей составляет: по алок-

тромагнитному моменту не более 3%, а по току статорной обмотки до 5%.

2. Для анализе переходных процессов разработана модель и предложена трехуровневая иерархическая структура системы электроснабжения (СЭС) промышленного предприятия, позволяющая систематизировать описание СЭС и отобразить пассивную часть СЭС в виде компактной системы обобщенных параметров.

3. Разработаны системы взаимосвязанных и взаимопреобразуе-мых математических описаний СД, отличающихся степенью упрощений при моделировании электромагнитных переходных. процессов, базирующиеся на уравнениях Парка-Горева, и математических описаний АД, применительно к синхронно-вращающейся ортогональной системе координат. На их, основе предложены единые динамические модели СД и АД, ПОЗВОЛЯЩИ&..изменять в ходе расчета способ описания электродвигательной неузки.. Получены.соотношения и критерии динамических переходов. Использование метода динамического моделирования электрических двигателей позволяет оптимизировать погрешности результатов и время расчетов на ЭВМ. '

4. Получены математические модели основных типов возбудительных устройств СД (электрсмашинные, тиристорные, бесщеточные) , позволяющие моделировать рабочие рекимы системы возбуж-данид-Ш>-&-в-синхронном установившемся режиме, форсировку возбуждения, гашение поля, подачу и снятие возбувдения). Доказано, что- при оснащении СД бесщеточной системой возбуждения в об-

—ласти малых скольжений (б<0,1) происходит снижение пускового _ асинхронного момента двигателя нз" 5И 0^?™' Выведен оптимальный закон циклического управления возбуждеием СД при синхронизации, позволяющий существенно улучшить условия синхронизации СД.

5. На основе принципа эквивалентирования узлов нагрузки предложена вычислительно-эффективная система мер для ускорения сходимости итерационного- процесса решения нелинейной системы уравнений любого из режимов СЭС, включающая определение начального приближения решения, выделение доминирующего параметра и использование свойств квазилинейности систем уравнений.

Разработана общая методология системной автоматизации и оптимизации использования ресурсов ЭВМ для расчетго-эксперимен-тальных исследований переходных процессов, обусловленных эле-

ктродвигательной нагрузкой СЭС. прошшлешшх предприятий.

, 7. На основе предложенной методологии разработана теория анализа и выполнены исследования процессов в СД с расщепленной статорной обмоткой. Доказано, что при подключении расщепленных обмоток статора к независимым источникам электроснабжения существенно повышается динамическая устойчивость СД при кратковременных нарушениях электроснабжения от одного из источников.

8. Обоснованы требования и разработаны принципы построения быстродействующего АВР, обеспечивающего динамическую устойчивость СД при кратковременных нарушениях электроснабжения. Предложены новые (защищенные авторскими свидетельствами) пусковые органы АВР, позволяющие определить любой из возможных видов нарушения электроснабжения и блокировать работу АВР в недопустимых режимах. При участии соискателя разработан и внедрен опытно-промышленной серией комплект БАВР, обеспечивающий полный цикл АВР оа время не более 0,12 с.

9. Предложен способ повышения надежности СЭС промышленных предприятий путем объединения на параллельную работу на стороне 0,4 кВ цеховых трансформаторов, подключенных к независимым источникам электроснабжения, в сочетании с быстродействующим АВР на стороне 6-10 кВ.

Практическая ценность работы и ее реализация.

Все полученные в работе результата доведены до инженерных решений, 4практических рекомендаций и конкретного внедрения. Разработайте методики, алгоритмы и составленные на их основе системы прикладных программ на ЭВМ внедрены в В1ШПИ ТПЭП, ГШ Электропроект, институте ГИПРОТРУБОПРОВОД, П/0 Промэнерго , БНИЦ ВЭИ им. Ленина, ГЮПЮТЮМЕЯЬНЕФТЕГАЗ и др.

Результаты работы используются в учебном процессе МЭИ по кафедре электроснабжения промышленных предприятий ( в курсах лекций, при курсовом и дипломном проектировании, в УИР и НШР, развивались в работах аспирантов под руководством соискателя), а также в ряде других вузов (Чувашский государственный университет,' _Кировский политехнический институт, Алма-Атинский энергетический институт). На базе научных работ соискателя подготовлено 5 учебных пособий [4 - 8].

Публикации я апробация результатов работа.

Научные и практические результаты отражены в 45 публикациях в научно-технических журналах и сборниках трудов, двух авторских свидетельствах, трех монографиях и пяти учебных пособиях.

Результаты работы докладывались на 16 мевдународных и всесоюзных конференциях, научно-технических совещаниях и семинарах, в том числе: на 34 международном научном коллоквиуме (ГДР, 1988), XIV Международной конференции по "Промышленной-энергетике" (Варна,1990), на X научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (Каунас, 1991), на ХИ-ой сессии Всесоюзного научного семинара "Кибернетика электрических систем" (Гомель, 1991).

Полностью работа докладывалась на кафедре-электроснабжения МЭИ в январе 1994 г.

Структура научного доклада,-^Доклдд состоит из пяти разделов, выводов и списка литературы. - -

1. ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

При разработке методики определения параметров схем заме- : щения и характеристик электрических двигателей использованы сладщйциа_шложения: 1.В качестве схем замещения электрических ' ■двигателей приняты классические" (с одним контуром роторной обмотки для АД и двумя контурами роторных обмоток для- ОД), схемы —замещения, при этом для АД с короткозамкнутыМ ротором (АДК) ,. и' СД с массивным ротором^ГполюсашРучитывается эффект вытеснения тока в ротора г ."Исходными данными должны служить только наибо- -лее распространенные каталожные данные; 3.Максимальное различие между расчетными (на основе параметров схемы замещения) и экспериментальными (каталожными) характеристиками не должно превышать допустимых ГОСТом на.электрические машины значений отклонений характерстик индивидуальных двигателей данной марки,

Для АДК в качестве исходных данных использоваш - следующие:. номинальные активная мощность на валу Рном? коэффициент мощности cos <рном. КПД т)ном и скольжение sH0M двигателя; максимальный электромагнитный момент 'Vix' пусковые электромагнитный момент Мд и ток 1п- Эффект вытеснения - тока в

обмотке ротора учитывался по соотношениям [47]

^(в) = У 4С * (и|п - 40

хо2<3> =

К02ГГ Х02С

у 02п

+ -

(1.1)

где К2(з) и Хо2(а) - активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора при скольжении а, а индексами "п" и "с" обозначены значения этих сопротивлений в пусковом (¡3-1) и синхронном (3=0) режимах.

Система уравнений для определения параметров схемы замещения и обобщенных параметров АДК состоит из двух частей. Первая Часть (1-3,37] - система нелинейных алгебраических уравнений, представляющих уравнения для параметров режима АДК, являющихся каталокными. данными и приведенных к виду, удобному для итерационных расчетов . ,

= *е1)о:

я

ДМно

Хп(11>(1 - ЛГп/1п)

А кр - А кр п ,(1) » т<1-1),

(1.2)

: "1 - '<1 - ЧоЛ,м'. Здесь: индексами (1) и (1-1) отмечены значения параметров Ада на 1-ом й.(1-1)-ом шаге последовательных приближений; знаком А отмечены разности мэзду■ каталожными и расчетами на (1-1)-ом шаге приближения значениями парамнотров АДК; Х1 и X"- синхронное и сверхлероходное сопротивления АДК, а индексами "п" и "кр" отмочены значения сверхпероходного сопротивления в режиме пуска (з=1) и в режиме с максимальным .электромагнитным моментом (э=зкр). Вторая часть - система соотношений, дополняющая систему уравнений (1.2) до ВНП0ЛШ1ШЯ условия существования решения

Кг = ^п ' «2с

К^ = 1/

(1,23 0,23 К^ /1 +

1)

кр

У" •кр

""01

А Чу ч

А - 1

Х12 ~ Х1 " Х01 Хп

Х02п = Х12

01

02 с

= Кх Х<

'К

'02п

(1,3)

\ = 0,3 (1 - vm) cos <рном

где R1 и XQ1- активное сопротивление и индуктивное сопротивление рассеяния статорной обмотки АДК, Х12 - индуктивное сопротивление взаимоиндукции между статорной и роторной обмотками.

Начальные приближения-решения системы уравнений (1.2) выражаются через каталожные данйыапо следующим соотношениям

С -

р(0) Мп Ум 005 ^ном

«2П =

У«(0)__1_

^ "I.

м

£ R1 + «п Ч

'ном С0Э У>м ,2 ——— } f

s

ном

vm cos фном 1

iax

"Оном сос ^юм

О- Х"(0)

1I0H т<р

(1.4)

Решение системы уравнений (1.2),(1.3) осуществляется методом последовательных приближений. За начальное приближение решения принимают значения, определяемые системой (1.4). Критерием окончания итерационного процесса служит условие

|Л Мп| и |А 1п| и |Д и ¡А 0^1 и |Л Мтах| < 6 ,

где е = 0.001 - требуемая точность расчетов.

Для'синхронных двигателей в качестве исходных данных используются следующие: номинальные активная мощность на валу

коэффициент мощности cos <р

ном'

КПД и

'ном'

напряжение и

ток обмотки возбуждения U^ , IfnoM; максимальный синхронный

момент Мтазс; пусковой ток ~ —пусковой Мп(э-1) и входной Мв(з=0,05) асинхронные моменты.

Часть параметров СД может Сыть выражена непосредственно через каталожные данные [12,19,20,23,25,361. Синхронное индуктивное сопротивление по продольной оси У.л определяется из уравнений номинального режима СД и режима с максимальным сшнрошшм моментом. Для неявнополюсшх СД

ХЧ =

1 ,12

ооз ® у (М Т) ) пюы 4 таи 'ном'

(1.5)

1

зт ш

Активное сопротивление обмотки возбуждения приведенное к статорпой обмотке, выражается через номинальные параметры обметки возбуждения. Для неявнополюсного СД

- л е.А7 _¿"УЯ___I _ х

Н, = 0,667 ( _ (1>6)

I сое ш п ном 4 ном 'ном

х(1 \ах

Часть-параметров СД определяется системой пслинеШшх алгебраических уравнений, представляющих уравнения для параметров режима СД, являющихся каталожными данными и приведенных к виду, удобному для итерационных расчетов. Для СД с шихтозшпшм ротором (обозначения параметров СД соответствуют С11)

X"

(1)= х..(1-1)

(1

Л1 а.

п п

^>(1 + м<п/мп)

•Я

(1)= н(1-1)

Тп

Л

(1 + АМВ/МВ)

(1 Л)

где ¡^п^+Н^ ~ сопротивление цепи обмотки возбуждения в пускрвом режиме, т.е. с учетом дополнительного пускового сопротивления Начальные приближения решения системы уравнений (1.7) выражаются через каталожные данные по следующим соотношениям

,„(о)_; 1 / ( ми 003 У» Чюм )2

н(0) „ "к!

Гп

Мп С09 'Р.ЮМ

(1.8)

Часть параметров СД (при отсутствии более точных сведений) может быть выражена через приближенные устойчивые соотношения [П

•г, - 1.1

н„„

0,6

0,25 (1 - 41

.) соз фн

Н1Ч «» 0,75

(1.9)

Наконец, последняя часть параметров СД определяется системой соотношений, дополшадих систему уравнений (1.6) - (1.9) до выполнения условий существования решения

Хаа = Х<1 "

(*А

V <х3

- ха)

(1.10)

•v- • _ V»

"М А(1

01 ч ач у _ уи Ч Ч

_7 Сходимость итерационного процесса расчета параметров электрических двигателей достигается шагов. Расчетно-экспери-ментальные исследования параметров и характеристик двигателей по предлагаемым методикам показали, что максимальное отличие в экспериментальных (каталожных) и расчетных пусковых характеристиках двигателей составляет 3% по электромагнитному моменту и 5% по току статорной обмотки.К большему снижению погрешности в определении параметров схемы замещения электрических двигателей стремиться не следует, поскольку ГОСТом на электрические маиины допускается отклонение характеристик индивидуальных двигателей от каталожных характеристик до Ь% .

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Для систематизации отображения всего многообразия режимов СЭО целесообразно разбить на три иерархических уровня [1,81: первый уровень - ог ЭДС электрической системы до узлов нагрузки; второй - от узлов нагрузки до выводов двигателей; третий - двигатели нагрузки.

Режим первого уровня СЭС характеризуется уравнениями узловых напряжений

• = . (2-1)

где Уу СУ" Ма.тРт1Ы узловых напряжений ( токов ), соответствующие секциям распределительных устройств (РУ) СЭС, т.е. узлов промышленной нагрузки, 2-матрица узловых сопротивлений, Ес- ЭДС электрической системы. .

Узел промышленной нагрузки в общем случае представляет собой секцию шин РУ, к которой, подключено произвольное число СД, ДЦ и прочая ( недвигательная ) нагрузка, учитываемая по статическим характеристикам активной и реактивной мощностей в зависимости от напряжения и частоты. ^ Режим второго уровня СЭС характеризуется уравнениями

и = и - г.- ; 1

С = . } (2.2)

-у -пр д -д )

где Цвд (¿вд) - матрицы напряжений на выводах (токов) двигателей, матрица токов прочей нагрузки, 2ВД - матрица сопротивлений элементов сети, расположенных в цепи от узла нагрузки до выводов ,двигателей, Мд - матрица подключения двигателей к узлам нагрузки. .

'. . На третьем уровне СЭС режим двигателей определяется системой уравнений электромеханических и электромагнитных переходных процессов. Для СД в зависимости от степени упрощений в описании электромагнитных переходных процессов предложены три математические модели [1,13,31], которые могут рассматриваться, либо раздельно, в пределах области.целесообразного использования каждой и? них, либо совместно в качестве базовых компонент единой динамической модели.

Первая модель СД основана на использовании полных уравнений Парка-Горева (обозначения параметров СД соответствуют (II):

йЗ

= 2 П Г„в

й " ^-х * «е

5? <11

иа+ (1-8)

Р„ - Я (1 от а

сЮ?

XI а»,

где

а 4 щ2 й а м а а х^ си хн-х". х; <ш,

с№„

<1ФП" Х- X" .

т- _а_ + г = -3—3 »„

^ «к 4 кч 4

«в = ®<1 Ч + Г4 ф _ ф"

1л =

(2.3)

(2.4)

ф _ Ш"

т . "о,—9-

4 лп ' "

-7 - Ч

Вторая модель" СД основана на использовании упрощенных уравнений Парка-Щрвва И,2,17,42): <13

(11

Ч 2 П Г0 в

-Ч Ж - - «а

Й2Е" и <Ш" Х'-Х" сШ

Хн-Х" . X" + ■ п + -3- ш Е.„г,..(иг + Тплл ) , у ч х,, чном Г 01(1

« Ч"4 <1 ^

<гаг

т

14

"а

<п

+ Е\

-Я-а_ и,

(2.5)

гд9 м_

»= и„ + ил - I •

в <1 ч а а от

Критерием перехода с первой на вторую базовые компоненты динамической модели СД является одновременное выполнение условий

1 <М„

(2.6)

2ПГ0 «

+

| < е

1

гтг

<и

Фдз | < е

(2.7)

- Третья модель.СД основана на использовании только уравнений электромеханических переходных процессов (21,31,34):

^ = 2 П 1пз (11; 0

(И

Ле

- N.

где

■у = м„ + м,.

8 о а , О2

М„ = -3- 31П в + —

М„ = — Ее (

-4—а ащ 2в

Ахч 4- 1

?ч

1гК

(2.8)

(2.9)

По отношению к верхним уровням СЭС на кавдом шаге интегрирования переходных процессов СД может быть представлен схемой замещения, содержащей ветвь с комплексными сопротивлением 2=

• СД

Н + .¡Хн" и ЭДС Е" = К" + Ж, где Е" - эквивалентная продо-

СТ С1 СД «Ц Ц <Ц

льная составляющая сверхпереходной ЭДС за сопротивлением у "

Для АД , при тех же допущениях, что и для СД, предложено три модели, но в синхронно вращающейся системе координат и,У. Уравнения электромагнитных переходных процессов, соответствуйте первой (точной) модели АД с№

— = У - I Н1 сП 1

а®- • х. - х-

3» - + Ф" = ф —-

2X,

(2.10)

I

2

+

где

_ ф" X"

Вторая (упрощенная) модель АД определяется уравнениями [1,15,181:

¿0о

; = и г и -

ч

-а = гп гп С1 - ((-)„+ в» « 0

э

"мех Х,-Х"

ТА +-.Е" = —

2 си ха х.

II сой в.

1

з »

х.,-х" а з1п.....в^

х.

0а = °а + Тя Е" и

Ч Еа

(2.11)

где

и_ =

X"

81л е„

(2712 Г

Третья модель АД основана на использовании только уравнений электромеханических переходных процессов (10,21,221: йш

-----= М - Мме__ ^ , . (2.13)

где Мв = И2 йе [ J—) - 1гй, . (2.14)

0 . _ 2(8) 1

По отношению . к верхним уровня^^С-дууокет быть, представлен схемой замощения, содержащей Еетвь с комплексным сопротивлением Ъ ад ='И0ТЛ+ ЗИ" и ЭДС Еа".

В соответствии с принципом эквивалентирования узел промышленной нагрузки по отношению к верхним уровням СЭС также может быть представлен эквивалентной схемой замещения, содержащей ветвь с эквивалентной узловой проводимостью У0у и эквивалентной ЭДС Еву, которые равны

-ву

ИГ]14 £ У0„ + -сд -ад -пр

2 Е" У „ + 2 Е" -сд-сд -а -ад

(2.15)

Предлагаемая эквивалентная схемз замещения узла нагрузки

обладает следующими преимуществами:

1. Параметры схемы замещения относительно просто выражаются через параметры схем замещения подключенных к узлу ЛД и СД.

2. Эквивалентные параметры Еиу я остаются практически постоянным-! при итерационном расчете режима СЭС.

3. При внезапном изменении режима СЭС параметры эквивалентной схемы замещения остаются практически неизменными.

Ста прпзкучоствз способствуют ускорению сходимости итерационного ттропгссп расчета роздал.

Ввиду существенного различия значении узловых напряжений п отдельных режимах СЭС (иормальшй реям, короткое замыкание, отключение, самозапуск) для уравнений режима -особое значений приобретают вопросы существования и единственности решети, а также ускорения сходимости итерационного процесса расчета режимов. Для оптимальной организации последовательных приближений предложена вычислительно-эффективная система мер, гарантирующая существование и ускорение,сходимости процесса решения:

1. На осново принципа оквивалентярования узлов нагрузки нелинейную систему уравнений узловых напряжений удается разрешить относительно доминирующего параметра

« У

--Л, hi - W hyi + ?iAyir8yi

у ,--L¿L--___------------------------_--, (2.1С)

-yi 1 I 7 Y

1 + -ii-9.yl

i = 1,2,...Ny.

По существу с учетом квазилинейлостн уравнений узл^г.их напряжений система (2.15) реализует метод Ньютона-Гафсона. Усломм сходимости процесса послздователышх приближений' выполняются поскольку

Hí hM » I Stj^yj i • <?.">'

Практика расчетов по уравнениям (2.16) подтверждает сходимость процесса последовательных приближений для всех возможных нормальных и аварийних режимов [11.

2. Для решения системы уравнений (2.16) можно использовать схему Гаусса-Зейдоля, что существешю ускоряет сходимость итерационного процесса решения по сравнению с решением методом простой итерации. Практика расчетов показала, что на кэяу;о^ i;;a-

ге интегрирования переходных процессов решение расчета режимов достигается за одну (изредка две) итерации И).

3. При скачкообразном изменении режима СЭС в качестве начального приближения решения системы (2.16) рекомендуется принимать значения

t Г ;

mi 1г. EÍHH 1 1 1

ÚV « ( — ) ( - f- ) 1 . (2.18)

-yl 7 i - I 7 7 i - i 7

^sái "ii -Bái

Как следует из (2.18) начальное приближение узловых напряжений зависит только от собственных и взаимных узловых сопротивлений, эквивалентных узловых параметров Ееу и Y0y и ЭДС Е0. Практика расчета режимов СЭС после возмущений, вызванных КЗ, отключением КЗ и восстановлением электроснабжения показывает, что при начальных условиях (2.18) расчеты по уравнениям (2.16) завершаются не более, чем за 4-5 итераций 111.'

Различные режимы СЭС при их моделировании имеют определенные особенности. Несимметричные режимы КЗ моделируются наложением режимов симметричных составляющих. Узел КЗ в режиме прямой пойледовательности представляется как (Ny+1 )-ый узел нагрузки, для которого выполняются условия

«i

j = Ч-И.1 ¿yl

-КЗ п . 7

-Ny+1,ffy+1 -КЗ

Укз= —КЗ —КЗ

(2.19)

где. 2^-саяротивление от узла КЗ до узла нулевого потенциала, определяемое по правилам эквивалентности прямой последовательности; ¡?кз~ ток прямой последовательности в месте КЗ.

Схема замещения СЭС обратной последовательности повторяет схему замещения прямой последовательности за исключением электрических двигателей. Поэтому уравнения режима обратной последовательности отличаются от уравнений режима прямой последовательности только значениями эквивалентных узловых проводимостей (Уру) в тем, что эквивалентные ЭДС узлов нагрузки и ЭДС элект-рачаской системы равны нулю.

Схема замещения СЭС нулевой последовательности существенно зависит от схем соединения обмоток трансформаторов. Разработаны

алгоритмы автоматического формирования уравнений режима нулевой последовательности и их решения [501.

При работе релейной защиты и автоматики в СЭС возможны режимы, когда в связи со срабатыванием выключателей одна или несколько групп узлов нагрузки оказываются отключешшми от электрической системы. Раздолопие узлов нагрузки по изолировашшм отключенным группам осуществляется по специально разработанному алгоритму, основанному на анализе последовательностей ветвей до узлов нагрузки.

Режим отключенной от электрической системы группы из гь узлов определяется уравнениями ПО):

п.

.Я Y • ( Е .

Уо .п,

U .= U - U, .

-yi -о -Ла

M.

— — U ) Y

-Ai r't ^ij -oyj " -yj ' ¿oyj

5ai= hi (

i ,?,...n1

(2.20)

где уонапрязкеиие узла СЭС в месте отключения от электрической системы.

В связи со значительным объемом массивов исходных данных и промежуточных результатов расчетов по СЭС возникает задача оптимального использования оперативной и дисковой памяти ЭВМ. Разработана система мер по устранению информационной избыточности при.обработке данных по СЭС, включающая в себя компактный способ записи разряженных матриц, использование свойств симметрии некоторых матриц и преобразование двумерных массивов в одномерные [51].

3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ КОРРЕКТИРОВКИ РЕЖИМОВ СЭС С ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ

Наличие электродвигательной нагрузки оказывает на СЭС как благоприятное (в смысле последствий), так и неблагоприятное воздействие. Разработанная методология расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов может быть использована для оценки способов корректировки режимов СЭС, выполняемых либо с целью повышения результирующей устойчивости электродвигательной нагрузки по отношению к кратковременным нарушениям электроснабжения, либо с целью максимального использования положительных свойств электрических двигателей. Соискателем выполнены теоретические обоснования и практические рекомендации по следующим способам корретировки: циклическое управление возбуждением СД в процессе синхронизации 11,21, применение двигателей с расщепленными статорными обмотками, подключенными к независимым источникам С 1,2), использование попарно параллельной работы трансформаторов цеховых подстанций, подключенных к независимым источникам [43), использование способности электродвигательной нагрузки уменьшать колебания напряжения [1,33) и ряд других [9,11,14,16,22,26,27,30,32-35.38,39,41).

Известно, что СД с шихтованным ротором в случае, когда обмотка возбуждения замкнута на возбудитель, могут иметь провалы в асинхронной ыомептной характеристике при частоте вращения, Слизкой к синхронной. Это затрудняет синхронизацию'двигателей-под нагрузкой (например, в режиме самозапуска). Эффективным способом устранения этих последствий служит циклическое управление возбуждением СД в процессе синхронизации, заключающееся в циклическом переводе системы возбуждения из режима форсированного возбуждения в режим форсированного гашения шля инвертированием. Такой режим управления возбуждением СД возможен при наличии тиристорного возбудительного устройства.

Оптимальным циклическим управлением системой возбуждения СД является такое управление, которое обеспечивает максимальную постоянную составляющую синхронного момента в асинхронном режиме и определяется условием

' (п + т" ) з - а - г, г*; 8;-) г П щ ю = — а--а-з-2—а----, (3.1)

ОПТ (1 _ ^ Т„ д^ + (Т,,( ^ Т,. }

где ф - угол сдвига между током возбуждения и тори,а ги]«оив!:<;Л напряжения возбуждения.

Постоятшая составляющая синхронного момента г ^еяилротглс-м режиме при оптимальном циклическом управлсн'.ти ецгги.'ой сог?":"-дения равна

« = 4 КФ Уо* Д / 1 ' (1'01Ч _______________ (3 ,,

с,пост 2 Хл ( 1 - ТЙ ТД з2)2 + ( ТА+Т'.1 '

где Кф - коэффициент форсировки возбуждения.

Расчетно-экспериментальше и теоретические исследования показали, что при оптимальном циклическом управлении возбуждением происходит быстрая синхронизация СД даже в тех случаях, когда двигатель не синхронизируется при обычной подаче возбуждения.

Перспективным с точки зрения повышения динамической устойчивости является использование СД с расщепленной статорной обмоткой. "в этом случае обмотки статора выполняются в виде двух изолированных параллельных ветвей,.подключаемых к разным секциям вин 6-10 кВ.Разработано теоретическое обоснование моделирования двигателей с расщепленной статорной обмоткой. Доказано, что СД с расщепленными статорными обмотками, подключенными к независимым секциям с напряжениями и, и и2, эквивалентен по электромагнитным переходным процессам двигателю с обычной статорной обмоткой,, у которого

•V = < ^ + И2, > у 2

. » < V + О,, > / 2

udo " v u1d т 2d

Iqa = I1q + X2q

Xdo = I1 d + hü E"

qs

= ( E^ + E£q) / 2

(3.3)

Edo = ( Síd + E2V / 2 В частности, из (3.3) следует, что режим трехфазного КЗ на выводах одной из расщепленных обмоток соответствует реяг/.ку обычного двигателя при напряжении на его выводах, равном поло-

иш пэяряглгая и нормальном режиме.

Полная мэдюсть, потребляемая из сети эквивалентным двигателем рэвпз •

(3.4 (3.5

Последнее слагаемое в (3.4) характеризует обмен мощност] между расщепленными обмотками, обусловленный неравенством н;> пряжений на их выводах.

Таким образом, модели СД (2.3),(2.5),(2.8) применимы дл исслодования двигателя, с расщепленной статорной обмоткой с уч( том соотношений (3.3)-(3.5).

Теоретические и рзсчетно-эксперимонтальные исследования рс гамоь роботы од с раевюплоцкой статарной обмоткой показали, при трехфазном КЗ л цепи питания одгюй из обмоток время выпаде нип кз синхронизма составляет 5с при К3=0,7 и Зс при К =0,'. (здось'К - коэффициент загрузки СД по активной мощности), i случае отключения одной из обмоток от электрической системы С вообще но выпадает из синхронизма. Тем самым значительно облег чаются условия работы релейной защиты и автоматики СЭС.

Предложен и исследован нетрадиционный способ повышения на депюсти электроснабжения ответственных промышленных- потребите лей электроэнергии. В проблеме обеспечения надежности техноло гических процессов непрерывных производств' со стороны систем') элоктооенпгдания можно выделить две основные задачи: обеспече н;ю устойчивости высоковольтной 'электродвигательной нагрузки при кратковременных перерывах электроснабжения; сохранение г работе двигателей до ! кВ при кратковременном снижении напряжения в электрической сети, вызванном перерывом электроснабжения, контакторы котЪрих удораатвоются во включенном состоянии напряжением сети.

При традиционном способе повышения надежности СЭС эти задачи рошаштсл раздельно. Предлагаемый способ .совместного решения перечисленных задач реализуется в рамках схемы попарно парал-

ид aik

S = + §2 *

где ли. =• u1d -

<ч -

ди„ 1 _3 )

J к, •

уд = AU(1 + з AU

дальной работ)! трансформаторов равной мощности цеховых подстанций, подключенных к независимым источникам. При этом, за счет слабой связи между независимыми источниками в cxrw реализуются новые свойства, позволяющие, повысить устойчивость электродвигательной нагрузки 6-10 кВ и удержать во включенном состоянии двигатели до 1 кВ. Обоснована возможность объединения трансформаторов цеховых И! на параллельную работу по условиям ограничения токов КЗ на стороне 0,4 кВ.

При работе электроприемников с резкоиеременным графиком нагрузки в системе электроснабжения возникают колебания напряжения, которые вызывают колебания потребляемой электрическими" двигателями реактивной мощности, причем эти колебания находятся в противофазе с колебаниями резкопеременпой-нагрузки. Изменения реактивной мощности двигателей, в свою очередь, обусловливают Появление динамической составляющей напряжения, способствующей уменьшению колебаний напряжения в СЭС. В этом проявляется способность электродвигательной нагрузки демпфировать колебания напряжения.

Разработана методика оценки и выполнены исследования способности электродвигательной нагрузки демпфировать колебания напряжения. Доказано [1,33], что наиболее эффективно демпфирующие свойства двигателей проявляются при колебаниях нагрузки с частотой более 1Гц, а скомпенсированная часть колебаний напряжения достигает 50% при соизмеримой' мощности резкопеременной и электродвигательной нагрузок в сравнении со случаем, когда эжктродвигательная нагрузка в узле отсутствует. Показана экономическая эффективность использования регулируемых синхронных компенсаторов для уменьшения колебаний напряжения до допустимых .значений в системе электроснабжения дуговых сталеплавильных печей. .

' Для аналитической оценки влияния параметров системы электроснабжения на статаческув устойчивость СД и АД узла нагрузки, удаленного от источника ЭДС электрической системы Е за сопротивлением Zc= Rc + Дс, воспользуемся критерием <155 /<Ш =0. Предельное значение напряжения и , при котором возможно существо-ватте режима АД, определяется соотношением

U,Tr ^max '

где P и f соотеотсчвшшо активная мощность АД, передаваема .ч М(,>яг.-и.".ч/. н мгиашткэя активная мощность АД при вомина-лык.-ы напряжении.

Одновромышо а» цзцрждапне при Z =0 является критическим го етотцчеечод устойчивости АД.

lipii ( П * К ) критическое напряжение по условиям

статический устойчялости U превышает и . Представим это нап-ь рид1)

U , = II.,. -t ли , ,.j! litj ' - ■

гдо ДИ мело нрл каяях сгклошзях X .

Боспэльзускся свойством малости AU для определения 0 при

X ¿0:

Р X

и = li . f Н(-----Е9£__°- )2] (3.6)

* • 1 ^ V V Wo

Основными п.-'рамотрлг.м, -от которых зависит предел статической устойчивости узла нзгруеки, являются: коэффициент загрузки двигателя по активной мощности, определяющий предельное напряжение существования установившегося режима двигателя, и сопротивление связи с электрической системой Хс, характеризующее удаленность двигателя от источника электроснабжения. При слабой связи с алвктрической системой (Хс=0,2) отличие критичсского напряжения от предельного составляет AU-- 0,1 U .

Статическая устойчивость СД узла нагрузки, помимо перечисленных параметров, зависит от типа возбудительного .устройства (ГУ) и закона регулирования ¡озоукдешем.

Г;"И нерегулируемом независимом ВУ СД (Е,= Ei)H0M= const)

икГГ ip + ' ' Ртх< >Z • <3-7>'

■ с '-а

V») ^пр-КпХд/Кф10М - продольное наоряюше по условию существо вания синхронного установившегося режима СД при независимом ВУ, .^-^„„.../Х, - максимальная активная мощность СД в синхронном рнюмо, К„ - кои;£ш.1шнт загрузки СД по активной мощности.

При нерегулируемом зависимом ВУ СД "Е 0MU)

VV^ + -TTir pmax >2 ' (3-8)

где / K3Xd/EqHOU - предельное напряжение по условию суще-1 ствования синхронного установившегося режима СД при зависимом ВУ. .

При законе'регулирования возбуждения, основанном на поддержание постоянного коэффициента мощности (coscp = const)

п . .

КР V Х4

К tq(f ; . ' , • (3.9)

• "При слабой связи с электрической системой (Хо=0,2) соответственно имеем: по (3.7) Ц=0,71 (и =0,67); по (3.8) и =0,863

кр .пр кр

(0 -0.82); по (3.9) икр зависит только от -пределов регулирова-ния возбуждением. Наиболее эффективным способом повышения запаса статической устойчивости СД является регулирование возбуждением.

4. РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПОВ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО АВР

Время срабатывания традиционного АВР на промышленных подстанциях содержит следующие составлявшие: " 1) время срабатывания пускового органа АВР, фиксирующего перерыв нормального электроснабжения от одного из источников, составляющее.0,1+1 с; 2) время задержки отключения вводного выключателя по условию селективности, предназначенное для предотвращения срабатывания АВР, если место КЗ расположено не в цепи питания ввода, составляющее 0,5+1,2 с; 3) время отключения вводного внключателд, составляющее 0,1+0,3 с; 4) время задержки включения секционного выключателя, обусловленное необходимостью . ожидания снижения напряжения на потерявшей питание секции до безопасных величин, составляющее 1+2 с; 5) время включения секционного-выключателя, составляющее 0,2+0,5 с. В наиболее неблагоприятных-случаях пол-, ное время срабатывания обычного АВР составляет до!5"с и более. При таком времени перерыва электроснабжения существенно усложняются проблемы самозапускэ электродвигательной нагрузки и сохранения во включенном состоянии контакторов в цепи питания дви--

гателей до 1 кВ. Все это и послужило основанием для разработки быстродействующего АВР (БАВР) "на напряжение 6-10 кВ [24,46,48,49,52,53).

Исследование электромеханических 'свойств промышленных агрегатов двигатель-механизм показало, что при сушарном времени перерыва электроснабжения до 0,13 с СД не выпадают из синхронизма, скольжение АД не успевает превысить критического, а токи включения при восстановлении электроснабжения не превышают 2-4 1[юм. На основе анализа сформулированы-следующие основные требования к БАВР: время срабатывания пускового органа АВР, включая все необходимщ^-задержки, не более 0,06 с; время отключения вводного выключателя не более 0,03 с; время включения секционного выключателя не более. 0,03 с. Ни существующие пусковые органы АВР на электромеханических реле, ни один из серийных выключателей на напряжение 10 кВ таким временем срабатывания не обладает. Поэтому возникла задача разработки новых силовых и управляющих устройств комплекса БАВР.

За базовый выключатель -БАВР ' выбран вакуумный . выключатель ВВВЭ-Ю, оснащенный индукционно-динамическим устройством управления, , обеспечивающим полное время включения и отключения не более, чем по 0,03 с. Среда выключателей с механическими размы-каквдши контактами разработанный коммутационный аппарат обладает наилучшими динамическими характеристиками, приближающимися к характеристикам тиристорных выключателей 6-10 кВ, .однако существенно превосходит последние по надежности и в десятки раз дешевле. . '

Разработан усовершенствованный пусковой орган БАВР, работающий по принципу адаптации и самонастройки " £54,55]- Подобран оптимальный по чувствительности и быстродействию состав параметров контроля срабатывания БАВР: при трехфазном КЗ по минимальному напряжению прямой, последовательности с блокировкой по направлению активной мощности через ввод; при несимметричных КЗ по напряжению обратной последовательности с блокировкой по направлению и во^мчк^-реактивной мощности; при отключениях в цепи питания по фазе между напряжениями прямой последовательности на рабочем и резервном источниках^

Еомимо блока быстродействующего АВР пусковой орган имеет

устройства опережающего, одновременного и синфазного АВР, устройство автоматического самовозврата АВР при восстановлении нормального электроснабжения от 'рабочего источника и устройство опережающей форсировки возбуждения, которые в сочетании с быст-. родействующими вводными и секционным выключателями с числом допустимых циклов коммутации свыше 20 ООО позволяют существенно переосмыслить идеологию АВР.

При участии соискателя разработан комплекс БАВР с номинальным Током 1600 А (и разрабатывается на токи 3200 А), состоящий из двух быстродействующих вводных выключателей, быстродействующего секционного выключателя и усовершенствованного комбинированного пускового органа. Расширена схема использования БАВР на четырех и восьми секционных РУ и на случай БАВР одностороннего действия.

БАВР на. токи 1600 А внедрены опытно-промышленной серией на 17 промышленных предприятиях. Статистика двухлетней эксплуатации свидетельствует, что в среднем происходит одно успешное срабатывание БАВР в месяц.

5. СИСТЕМА ПРОГРАММ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕН-. ТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СЭС, ■ ОБУСЛОВЛЕННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКОЙ

Под руководством соискателя разработаны шесть систем специализированных программ, объединенных единым сервисным и информационным обеспечением, позволяющих по одним и тем х:е исходник данным осуществлять различные, адаптированные к реальным потребностям, расчетно-экспериментальные исследования,' основанные на аналйзе переходных процессов, обусловленных ' электродвигата1-■ льной нагрузкой систем промышленного электроснабжения [45,50,511. •

Сервисные программы на языке С++ охватывают подготовку■ и корректировку исходных данных и обработку результатов расчетов. Загрузка исходных данных может осуществляться в трех режимах: диалоговом режиме ввода; б режиме создания размечеТшого шаблона массива исходных данных'и его последующей загрузки; в. графическом режиме создания схемы СЭС из поэлементных образов и заг-

- 28 - ... / . . . ■ _ рузкой данных о каждом из элементов охемы с последующим автоматическим отображением графической схемы СЭСв числовых массивах с помощью специализированного графического редактора.

Предельные размеры СЭС в системах'специализированных программ составляют: до 100 секций распределительных устройств, до 350 элементов электрической сети, до 250 выключателей, . до 100 синхронных и 150 асинхронных двигателей и при необходимости могут Сыть изменены в соответствии с реальными потребностями задачи. • ----1 ■ . —

Информационное обеспечение исходных данных в основном осуществляется из банкг данных, управляемого специализированной СУБД. Выборка данных из банка осуществляется либо по марке электрооборудования, • лиоо путем последовательного1 просмотра и выборки данных о соответствуицем элементе СЭС. -

Результаты расчетных исследований, представляются либо в виде таблиц данных, либо в виде графических зависимостей измене-' ния во времени выбранных параметров режима СЭС.

Управление расчетными исследованиями осуществляется из специализированных оболочек для каждой из сисдам программ.

Система программ SEZAM предназначена для исследований процессов пуска электрических двигателей, а также самозапуска двигателей после кратковременного нарушения электроснабжения, гашения поля двигателей и последующего восстановления электроснабжения. Отличительной особенностью таких, процессов является- существенный интервал времени их протекания, составляющий в ряде случаев до десятков секунд.

Система программ KR0T предназначена для расчетных исследований процессов, возникающих при кратковременных'нарушениях электроснабжения, последующей рабрте релейной'защиты и автоматики, приводящих к изменению состояния СЭС и; в конечном итоге, восстановлению электроснабжения.. Такие процессы характеризуются многоэтапностыо, вызываемой многократным изменением СЭС при отключении и включении отдельных выключателей. . Основными составляющими рйшоЁГ ' СЭСг---характар113уШ1ими различные. этапы' процессов, являются: установившийся доаварийный режим; режим короткого замыкания в любом: из узлов~схемы СЗС; режим выбега электрических двигателей в части изолировашшх от. электрической

системы узлов нагрузки, возникающих при отключении короткого замыкания релейной защитой; режим самозапуска электрических двигателей, возникающий при восстановлении электроснабжения в связи с работой автоматики; после аварийный установившийся ре -ким.

Каждый из этапов переходных процессов, характеризующих основные составляющие режимов, может разделяться на отдельные подэтапы, связанные с частичным измененном состоягаш СЭС. Например, в режиме короткого замыкания или выбега могут происходить отключения отдельных двигателей и даже узлов нагрузки при срабатывании защиты минимального напряжения.

Система программ ТКг предназначена для расчетных исследований процессов, возникающих при несимметричных. КЗ в произвольном узле СЭС (мождуфазные, а также однофазные на землю и двухфазные на землю в электрической сети с заземленной нейтралью).. Помимо режима прямой последовательности для каждого значения времени переходного процесса определяются режимы обратной и нулевой последовательностей. При. этом, если схема замещения обратной последовательности в основном повторяет схему прямой последовательности, то структура схемы замещешм нулевой последовательности .существенно зависит от схем соединения обмоток трансформаторов, что применительно к произвольной СЭС существенно усложняет задачу. Определяются также фазные н линейные значения токов и напряжений в схеме СЭС. Система программ ткг может использоваться как самостоятельно, так и в комплексе с другими системами (например, с КНОТ) для расчетных исследований переходных процессов на отдельных этапах.

. Система программ БАУЛ предназначена для расчетных исследований переходных процессов и выбора, уставок срабатывания быстродействующих АВР, установленных на произвольном числе распределительных устройств СЭС. •

Система программ УШЖ предназначена для -определения расчетных величин токов КЗ, необходимых для выбора электрических аппаратов, и позволяет по сравнению с методам!, рекомендованными ГОСТами на расчеты токов КЗ уточнить на-"ГО=-20% периодическую составляющую тока КЗ к моменту отключения выключателя, па 20-30% значение ударного тока КЗ и на 40-50% значение тепло-

- 30-

у . 1

вого импульса короткого замыкания. Систбмой программ осуществляется таю» шбор выключателей СЭС.'

Система программ RELE предназначена для выбора релейной заданы элементов СЭС промышленных предприятий. Для указанного элемента СЭС рассчитываются режимы, параметры которых определяют условия выбора и проверки релейной защиты данного элемента. Например, для выбора типовых защит СД необходимо рассчитать:. номинальный реши СД; режим трехфазного КЗ на секции РУ, к которой подключен ОД; режим меадуфазттгсНШ-на выводах-двигателя; режим пуска СД; режим самозапуска двигателей секции РУ", к которой нодключои СД ¡-¿ражим однофазного замыкания на землю.

Расчеты необходимых режимов для кавдого из элементов СЭС могут • осуществляться в-эвтоматичбском и полуавтоматическом режимах, а также под управлением оператора с необходимой корректировкой состояния выключателей СЭС. В результате'.расчетов на первом этапе осуществляется подготовка массива параметров режимов,- необходимых для выбора и проверки релейных защит. Далее в диалоговом режиме осуществляется выбор трансформаторов тока, типов реле и их уставок для .типовых защит указанного элемента СЭС, росло выбора релейных защит одного из элементов СЭС можно перейти к следующему элементу. '

Разработайте под руководством соискателя системы программ использованы Дли обследований СЭС Московского нефтеперерабатывающего завода, Воскресенского комбината минудобрений, Новомосковского комбината " Химволокно ".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ < .

Основные результаты работы состоят в следующем: 1. Разработана методика определения расчетных, параметров схем замещения, обобщенных параметров и пусковых характеристик, для АД с короткозамкнутым ротором и СД с шихтованным ротором, массивным ротором и массивными полюсами. Методика отличается тем,—TrtrtTewc.t&hha неиспользовании только наиболее распространенных каталомшх данных и устойчивых соотношений между параметрами двигателей и но требует использования ни конструктивных сведений о двигателях, ш ¡экспериментальных данных. Методика

отличается также хорошим соответствием-расчетных и экспериментальных (каталожных) пусковых характеристик на всем диапазона изменения скольжения двигателей. .Максимальная погрешность но электромагнитному моменту не превышает 35, а по току статорной_ обмотки до 5%.

2. Выявлона целесообразность представления гас трехуровневой иерархической структурой, позволякпцой оптимальным соразом систематизировать закономерности СЭС. На основа этой структуры предложена универсальная модель СЭС, пассивная часть которо'Л отображается компактной системой обсгдапшх параметров.

3. Предложена система согласовании, лзаимопреобразуемых, отличающихся степенью упрощения при описании элйктрошнгатних переходных процессов математических модулой.СД л АД. ^[¡чде лены области рационального использования кадяс-а из мсдооа с:к-темы в задачах, исследования переходных процессов в элок!рэлг,и-гатольчой нагрузке.

4. Разработана единая динамическая кодель СД и АД, позволяющая в ходе расчета переходных процессов изгонять способ от.тса-ния электродвигательной нагрузки. Вазокзлт компонентой глигля-ческой модели являются системы согласоьзнинх, гс.гшкопр-ог.рг-,,'о -мых математических описаний СД и АД. Получены ссочн,-,!■.•■.:.и и критерии перехода. Доказано, что применение методе даяхч • ческого моделирования электродвигатольной погрузи нее: е'■о.т оптимизировать использование ресурсов ЗГ.М.

5. На основа принципов еквивалентировяная узлов н-.гру-кя и квазилинейности СЭС разработана вичиаштолыю- гягняя система мер для ускорения сходтаости итерационного пронесен ре-шсния системы уравнений любого из режимов СЭС. На глядсч: '.енм интегрирования переходных процессов сходимость роязкия :с'-;сиЭ чиваотся за одну (изредка дне) итерации, а при екеч::есог.л:е;':■! изменении режима СЭС за 3-5 итераций.

б. Предложена аффективная система мэр устранения -

онной избыточности при обработке исходных исходных дпипчх по СЗС, включолцоя в себя: компактный способ записи р'.'зр-ь'мшик матриц параметров; использование свойств симметрии иекиторих матриц параметров; преобразование югогошряих массимв в одномерные. Эти предложения позволяют в пределе на 503 гскратить

потребности в оперативной и дисковой памяти и на столько же время записи и считывания промежуточных файлов данных.

7. На основе сочетания принципов универсализма и специализации разработана общая методология системной автоматизации и оптимизации расчетно-эксперименталышх исследований переходных процессов в СЭС промышленных предприятий, обусловленных электродвигательной нагрузкой. Универсализм положен в основу. представления СЭС и ее режимов, специализация .^определяет круг решаемых задач, информационное и сервисное сопровождение.

8. В соответствие с общей методологией созданы шесть систем специализированных прикладных программ, об'единенных единым сервисным и информационны^ обеспечением и. предназначенных для . расчета процессов пуска и группового самозапуска электрических двигателей, выбора электрических аппаратов в СЭС, расчета процессов при несимметричных КЗ, анализа процессов при работе релейной защиты и автоматики, выбора релейной защиты элементов СЭС.- Система программ предназначена для использования в САПР, АСУ и АСНИ систем электроснабжения. . -

9. Доказано, что у СД, оснащенных бесщеточными возбудительными устройствами, в области малых скольжений происходит уменьшение на 5-10% асинхронного электромагнитного момента. Получен оптимальный закон циклического управления возбуждением СД при с широкизации, позволяющий быстро синхронизировать при номинальной загрузке даже те СД, которые не синхронизуются при обычной подаче возбуждения.

10. Разработана методика анализа переходных процессов в СЭС, имеющих двигатели с расщепленными статорными обмотками, подключенными к независимым источникам электроснабжения." Доказано, что двигатель с расщепленной статорной обмоткой эквивалентен двигателю с обычной обмоткой при соблюдении полученных соотношений между параметрами режима, в результате общая методология исследований переходных процессов в СЭС с электродвига-тельной—нагрузкой. монет, быть использована применительно'к двигателям с расщепленной статорной Обмоткой . Докззано, что у СД с расщепленной статорной обмоткой, -подключенной к независимым! источникам электроснабжения, время ' нарушения динамической устойчивости при нарушении электроснабжения-со стороны одной'из '

.обмоток существенно превышает время работы релейной защиты и автоматики* '

.11. На основе практических критериев получены новые соотношения, определяющие величину критического напряжения узла нагрузки по условиям статической устойчивости электродвигателыюй нагрузки.. .

12. Разработана методика и шполппшл исследования по оцппо? способности электродвигатолыюй нагрузки демпфировать колебашп напряжения. Наиболее эффективно демлфтгруювию свойства двнгате-лей' проявляются при частотах колебаний напряжения более 1 Ги, а скомпенсированная часть колебаний напряжеття достигает 502 при соизмеримой мощности резкопеременной и электродвигательной нагрузок. Показана экономическая эффективность использования регулируемых .синхронных компенсаторов для уменьшения колебаний напряжения до допустимых значений в системах, электроснабжения дуговых сталеплавильных печей.'. '

13. Для повышения устойчивости высоковольтной электродвиго-тельной нагрузки и сохранения во включенном состоянии электрических двигателей до 1 кВ при кратковременшх нарушениях'электроснабжения предложена попарно параллельная работа .цеховых трансформаторов, подключенных к независимым источникам электроснабжения ..'.,■■■

. 14. Сформулированы требования и разработаны принципы построения быстродействующего АВР на N = 6-10 кВ, обрспочив.гп-щего динамическую устойчивость СД при кратковременных перерывах электроснабжения. Предложены новые, защиценшо авторские! свидетельства™, пусковые оргаш АВР, позволяющие определить любой из возможных видов нарушетш электроснабжения и блокировать работу АВР в недопустимых режимах. При участш соискателя разработан и внедрен опытно-промышленной серией комплект БАЙ', обеспечивающий полный цикл АВР за время не более 0,12 с.

15. Под руководством соискателя создана научная..школа, охватывающая более 30 выпускников аспирантуры кафодри "Электроснабжения промышленных предприятий" МЭИ из России. стран ближнего и дальнего зарубежья, в работах которых—развиваются вопросы единой методологии автоматизации и оптимизации расчпт-но-зкеперименталишх исследований нир-чходшх процессов п ООО,

обусловленных электродвигателыюй нагрузкой..

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

I. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения. - М.: Издательство МЭИ, 1991'. - 352 с.

г.. Гамазин С.И,, Садакбеков Т.А_. Переходные процессы в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой. -Алма-Ата: Гылым, 1991. - 302 с.

3. Гамазин С.иГГ" Садакбеков Т.А. Пуск электрических двигателей. - Алма-Ата: Гшшм, 1992. - 235 с. . ,

4. Гамазин С.И. Устойчивость узлов нагрузки в системах электроснабжения. М.: Моск.энерг.ин-т, 1978 - 68 с.

5. Гамазин .С.И. Самозапуск электрических двигателей. М.: Моск.энерг.ин-т, 1989 - 68 с.

6. Гамазин С.И., Семичевский П.И. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения с электродвигательной нагрузкой. М.: Моск.энерг.ин-т, "1985 - 92 с.'

7.Гамазин С.И., Цырук С.А., Бурд. И.Г.■Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения. М.:Моск. энерг..' ин-т, 1988 - 103 с.

8. Гамазин С.И., Пупин В.М. Моделирование систем промышленного электроснабжения // Чебоксары; Изд-во Чувашского университета, 1991 - 32 с.

9. Гамазин С.П., Жохов Б.Д. Режимы работающих-параллельно : синхронных электромашинных преобразователей частоты (СЭПЧ) при перерывах питания // Тр.Моск.энерг.ин-та. -Г975.-Вып. 218. - С. 132-136.

10. Гамазин С.И., Серебряков, Щедрин В.А. Новый алгоритм расчета на ЦВМ процесса:группового выбега и самозапуска синхрошшх и асинхрошшх двигателей // Электроснабжение и автоматизация птюмышлетых_прэдггриятий: Межвуз. сб. науч.. тр. / Чуваш, ун-т. .Чебоксары." 1976." ^Вып. 5.~ С.54-61.

II. Гамазин С.И., Серебряков В.Н^, Голрднов Ю.М., Шаин А.Д. Исследование динамических характеристик группового •; выбега. "Электричество".- 1977.- N 2 - С. 28-31. .

12. Гамазин С.И., Садакбеков Т.А. Методика расчета парамет-

ров элементов схемы замещения синхронного двигателя с шихтованными полюсами П Тр.Моск.энерг.ин-та." -19ТТ. -Вып. 326.- - С. 81-84.

13. Гамазин С.И., Зайцев А,В. Уравнения переходных процессов при самозопуске синхронных двигателей для расчетов на ЦВМ // Ненормальные рехимы и борьба с ними в электрических системах: Межвуз. науч. cd./- Вып. 1.-Сарат. полит. ин-т.-1977. С. 31-36.

. 14. Федоров A.A., Гамазин С.И., Жохов Д.Б. Устойчивость синхронных электромеханических преобразователей частоты // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт.-1977.-N б. - С. 137-145.

15. Федоров A.A., Гамазин С.И., Садакбеков Г.А. Методика расчета самозапуска комплексной нагрузки в системах электроснабжения промышленных предприятий // Электроснабжение и автоматизация промышленных предприятий: Межвуз. сб. науч. тр. / -Вып. 8. -Чуваш, ун-т, Чебоксары.- 1979.- C.3-I2.

16. Токи короткого замыкания от синхронных двигателей серии СТД / С.И.Гамазин, Т.А.Садакбеков, А.П.Хомутов, М.Я.Долмацин // Машины и.нефтяное оборудование.-1979.-К 10.- С. 24-26.

17. Гамазин С.И., Полтавцев О.В. Математическая модель ти-ристордых возбудительных устройств синхронных двигателей // Тр. Моск.энерг.ин-та.-1980.-Вып. 446.- С. 26-30.

18. Чеботарев Е.В., Гамазин С.И,, Копцев Л.А. Метод расчета самозапуска электродвигателей в произвольной схеме электроснабжения промышленного предприятия // Тр. Моск. эяерг. ин-та.-1980.-Вып. 446.- С. 36-41.

19. Определение расчетных параметров синхротшх двигателей с шихтованшми полшага / А.А.Федоров, С.И.Гамазин, А.В.Зайцев, Т.А.Садакбеков, О.В-ймгавцвв // Промышленная энергетика.-1980. - N б.- С. 23-26. " . Э

20. Определение параметров схем замещения синхронных и асинхронных двигателя^ по каталожным данным / С.И.Вершинина, С.й.Гамазин, Т.А.Садакбеков, Д.А.Хряпов // Элоктро.снабкешго и автоматизация продавленных предприятий: Межвуз. сб. науч. тр./ Чуваш, ун-т. Чебоксары.- 1980 - С.22-28. --------

21.Гамазин С.И., Садакбеков Т.Д., Абдибаев M ГА. Математическая модель двигательной нагрузки подстанций- промышленных

предприятий применительно к подсистеме "Электротехническое проектирование" САЛР // Автоматизация и информационно-метрологическое обеспечение производства. Тематический сборник. Караганда.-1981.- С.I07-III.

22. Гамазйн С.И., Жохов Д.Б. Обеспечение самозапуска электродвигателей.// ГОСИНТИ. Вып. 12. 1981. - 30 с. .

23. Определение расчетных параметров синхронных двигателей • о массивным ротором / А.А.Федоров," (Г.И. Гамазйн, Т.А'.Садыкбо-ков, 0.В.Полтавцев // Промышленная энергетика. -И901.-N 1.- С. 27-31. ' • . . ' . .

24. Экономическая эффективность использования быстродействующих коммутационных-лаппаратов для самозапускё даигателей ответственных механизмов /С.И.Вершинина, С.И.Гамазйн, С.А.Бугу-баев, Д.И.Степанов // Экономическая■эффективность новой техники: Мэжвуз. сб. науч. тр. / Чуваш, ун-т. Чебоксары. -1981.- С. 38-48.

25. Определение расчетных параметров и пусковых характеристик . синхронных турбодвигателей / С.И.Гамазйн,, Т.А.Садакбе-ков, В.М.Пуган, А.П.Хомутов, М.Я.Долмацин // Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.-1982.-Н 12. - С. 8-10.

2G. Гамазйн С.И., Вершинина С.И., Пригода В.П. Технико-экономические предпосылки применения синхронизированного асинхронного двигателя // Новая техника и эффективность . промышленного производства: Межвуз. сб. науч. тр. 7 Чуваш, ун-т. Чебоксары." 1982.- С. 100-105. ' . v■ . ". ' ' *

27. Вершинина С.И., Гамазйн.0.И., Бугубаев С.А.-Определение тока подпитки короткого замыкания от синхронных двигателей // Тр. Моск. энерг. ин-та.-1982.-Вып. 558.- С. 45-49. :

28. Вершинина С.И., Гамазйн С.И., Бугубаев С.А. Исследование самозапуска синхронных двигателей с шихтованными полюсами при 'кратковременных перерывах электроснабжения // Надежность й оптимизация систем электроснабжения промышленных предприятий:. Межвуз.—сб. пвуч, тр.--/-Чуваш. ун-т.'Чебоксары.-1982.- С. 19-24.

29. Тамазин С.И., Пугош B.W., Крючкова О.Н. Определение расчетных условий для пуска и группового самозапуска мощных синхронных двигателей // Тр. Моск. энерг. ин-та.-1.982.-N 7.- С. 9-16. - -

. 30, Гамазин С.И., Вершинина С.И., Вугубаев С,А. Определение токов подпитки короткого замыкания от синхронней нагрузки для промышленного электроснабжения. // Промышленная энергетика.-1983.-N 1.- С. 31-34.

31. Гамазин С.И., ■ Пупин В.М. Метода расчета на ЭВМ условий пуска мощных синхронных двигателей // Промышленная энергетика. -1983.-N 10.- С. 38-42.

'32. Гамазин С.М., Пупин В.М., Хомутов А.П. Исследование условий пуска мощных синхронных турбодвигателей насосных агрегатов НПС.// Транспорт и хранение нефти и нефтепродуктов.-1983. -N г.- С. 6-8.

,33. Гамазин С.И., Алаэддин Ф.Х. Оценка ' способности асинхронного двигателя демпфировать . колебания напряжения в системах ■электроснабжения // Повышение эффективности и • надежности . электроснабжения промышленных ■, предприятий: Межвузовский тематический сборник / МЭН. -1984. -N 37.; -" С. , 107-110. •

34. К' расчету самозапуска агрегатов большой единичной мощности на .магистральных нефтепроводах / А.А.Федоров, С.И.Гама-зин, ^В.М.Пупини др. // Нефтепромысловое дело и транспорт нефти.-1984.-Н 7,- С. 30-39.

■ 35, Гамазин С.И., Полтавцев 0.В., Пупин В.Н.. Определение расчетной момэнтной характеристики синхронных турбодвигателей с бесщеточной системой возбуждения. //. Изв. , вузов. Электромеханика.-1984.-N б.-С. 23-29.

35. Гамазин С.И,, Садакбеков Т.Д. Определение расчетных па-, раметров синхронных, двигателей с массивными полюсами // Промпт-', ленная энергетика.-1984.-N 9.'- С. 26-30.

,' 37.' Гамазин С.И. Определение расчетных параметров, характеристик 'и условий пуска или группового самозапуска высоковол?-• тных асинхронных двигателей с короткозамкнутам ротором // Тр. Моск. энерг. ин-та.-1984.-Вып. 621.-С., 116-122. .

38. Гамазин, С.И., Бассам A'.JI. Статическая »„устойчивость синхронных двигателей в системах промышленного электроснабжения // Тр.'Моск. энерг. ин-та.-1985.-N 59.- С. Í35-140,--

39. Гамазин С.И., Пупин В.М. и др. Совершенствование надежности- работы, схем подстанций нефтепроводов при коротких замнка-

Ш1ЯХ // М.:-ВШМ0ЭНГ. -198Т.- 430..'" ■

40. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения с электромеханической Нагрузкой / С.И.Гамазин, Б.Ы.Лупин, С.А.Цырук, Д.Ю.Буянов // Тр. Моск. энерг. ин-та. -193Т.-Н 125.- С. 93-103.

41. Гамазин С.И.г Бурухин .Г.И., Долгополов В.П. Самозапуск электродвигателей для повышения устойчивости технологических • производств // Бумажная промышленность. 1987.-Н. 4.- С~21-23.

42. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения с электромеханической нагрузкой / С.И.Гамазин, В.М.Пупин, А.П.Хомутов, М.Я.Долмацин // Промышленная энергети-Ka.-1988.-N 5.- С. 32-3?___

43. Гамазин С.И., ЦырукС.А., Жохов Б.Д. Нетрадиционный способ повышения надежности электроснабжения ответственных промышленных потребителей электроэнергии // Тр. Моск. энерг.ин-та. • -1989. -Ы 210.- С. 61-66.

44. Гамазин С.И., Седачевский П.И., Пригода В.Л. Дифференциальные уравнения синхронизированного асинхронного двигателя с последовательным возбуждением // Известия вузов. Энергетика. -1990.. -М 5.- С. 38-43. '

. 45. Гамазин С.И., Семичевский П.И., Цырук С.А. Автоматизация расчетно-экспериментальных исследований переходных процессов с электродвигательной нагрузкой // 34 Международный научный коллоквиум. ГДР. Ильменау.-1989.

46. Бистро действу ющее АВР для промышленных подстанций с . синхронной двигательной нагрузкой / С.И.Гамазин," С.А.Шрук, Д.Б.Понаровкин и др. // Промышленная энергетика.-1990.-N10.-С. 26-31.

47. Гамазин С.И., Пупин В.М. Сравнение методов расчета пусковых характеристик асинхронных двигателей с короткозамкну-тым ротором // Бути повышения эффективности систем электроснабжения: Межвуз. сб. науч.. тр. / Чуваш, ун-т. Чебоксары. -1990. -с. 14-16-.-—----... _ , _ ; ■ :''.'..

48. Быстродействующее АВР для подстанций 6-10 кВ с синхронной алектродвигательной нагрузкой /-е.И.Г-амазин, С.И.Вершинина, Д.И.Степанов и др.. // Х1У Международная конференция по "Промышленной энергетике". Варна.-1990. • • :

г- 39 -

49. Гамазин С.И.; Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Быстродействующее АВР для подстанций 6-10 кЬ с синхронной элоктродви-гательной нагрузкой // Всесоюзная научно-техническая конференция "Повышение эффективности и качества электроснабжения".Киев; -1990. ' ,

50. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б.,'Цырук С.А. Компьютерная система расчетао-экспериментальных исследований переходных процессов в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения // X Всесоюзная научная конференция "Моделирование электроэнергетических систем".. Каунас.-1991.

51. Гамазин С.И., Понаровкин Д.Б., Цырук С.А. Компьютерная система расчетно-эксперименталышх исследований переходных процессов в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения // XII сессия Всесоюзного научного семинара "Кибернетика электрических систем"..Гомель.-1991. .

52. Научно-технические аспекты создания быстродействующего АВР для систем промышленного электроснабжения / С.И.Гамазкн, Д.Б.Понаровкин, С.И.Вершинина, Д.И.Степанов // Тр. Моск. энерг. ИН-та.-1991.-Вып. 631.- С. 44-58.

53. Повышение эффективности пускового органа быстродействующего АВР / С.И.Гамазин, Д.Б.Понаровкин и др. //'Промышленная энергетика.-1992.-II 4.- С. 18-21.

54. A.c. 1304126. Пусковое устройство, автоматического включения резервного питания потребителей. / Д.И.Степаноп, С.И.Вершинина, С.И.Гамазин, П.В.Гугучюгн // Открытия. Изобретения. 1982. N 14.

• 55. A.c. 1728927. Способ автоматического включения резерва / С.И.Вершинина, С.И.Гамазин, Г.С.Пудельман и др. // Открытия. Изобретения. 1992. N 15. .