автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Исследование влияния регулирования и схемно-режимных условий работы на статическую устойчивость многоагрегатных станций

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

Мамонтов Леонид Александрович

УДК 621.311.016

КССЛЖССАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СХЕМНО-РЕШШХ УСЛОВИЙ ГАЕОШ НА СТАТИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ШОГОАГЕЕГАТННХ СТАНЦИЙ

05.14.02 - электоическиа станция (электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление м

Автореферат: диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ленинград - 1291

Работа выполнена на кафедре "Электрические системы и сети" Ленинградского государственного технического университете.

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Й.А.ГРгаШ.

Научный консультант: кандидат технических наук

ведущий научный сотрудник А.А.РАГОЗИН.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор А.К.ЧЕРНОВЩ

кандидат технических наук с.н.с. В.Л.НЕВЕЛЬСКИЙ

Ведущая организация: Проактнп-иэиске.тельский институт Ленгидропроект.

/

Защита состоится '"Н" и^юнм 1531 г. в 10 ~ часов' па заседании специализированного совета К 063.38.24 при Ленинградском государственном техническом университете по адресу: 19КЫ, Ленинград, Политехническая. 29, глэьнэе здание, адд.ЗД^Г

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библяо- . теке института.

Автореферат разослан "14" ¿лмл_1991 г.

Ученый секретарь специализированного совета

А.К.Тадкийаов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ И СХЕШО-РЕШ1ИЫХ УСЛОВИЙ РАБОТ« НА СТАТИЧЕСКУЮ УСТОЙЧИВОСТЬ ШОГОАГЕЁГАТШХ СТАНЦИЙ

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Обеспечение надежности и экономичности работы электроэнергетических систем возможно только при широком применении различных систем управления, важное место среди котори:-; занимают средства регулирования возбугндения генераторов, частоты вращения турбин, активной мощности электрических станций^ перетока мощности по линиям электропередачи я т.д.

Зти средства в своем развитии проали значительную эволюцию. Так, переход к электрогидравляческим регулятора!.! частоты зращеняя турбин, их дальнейшее совершенствование позволили существенно сократить зеку нечувствительности, погасить их быстродействие. Данный фактор уже.нельзя ко учитывать при исследовании устойчивости энергосистем. а в методическом отношении эта проблема приобретает важное значение при разработке требований к математическому моделированию электроэнергетических систегл при решении общей задачи их стат кческой уст ойчивос ти.

Продолжаются поиски более совершенных структур стабилизация АРВ-СД генераторов в направлении обеспечения их высоких, демпферных свойств, инвариантности последних к схемно-режимным условиям работы.

Недостаточно проработаны и вопроси, связанные с устойчивостью маловозмущенного движения многбагрегатной станции (близлежащих станций) при том или ином виде внутригрупповой Евсиыметрии (кеоимметрии по режиму, диьашгческих характеристик АЕВ отдельных генераторов и т.д.). Здесь особенно важным является выяснение зависимости показателей устойчивости общего и внутригруглового двияэний генераторов, с которой, в частности, и тесно связана одна из трудных и малораз-работайных проблем эквивалентирования при решении задач колебательной устойчивости слокнкх энергосистем.

Немаловажное значение, как показал опыт эксплуатации, тлеет в ряде случаев и улучшение качества режимных параметров и смыкающаяся

I

с этим вопросом задача о наилучшем согласовании (совместимости) сие- ( тем регулирования, возбуждения отдельных генераторов станции (близлежащих станций).

Тематика диссертации соответствует Государственной (общеакадемической) программе фундаментальных исследований до 2000 г. "Коренное повышение эффективности энергетических систем" (направление 5. п.10).

Целью работы является всестороннее исследование колебательной устойчивости и демпферных свойств многоагрегатных станций при различных схемно-ретмных условиях их работы, включающее:

- определение влияния на устойчивость генераторов первичного регулирования частоты вращения гидравлических и паровых турбин; оценка необходимости учета данного фактора при решении задач колебательной статической устойчивости слокных энергосистем;

- сравнительный аначиз эффективности различных структур стабилизации АРВ-СД генераторов в их взаимосвязи со схемно-ражимными особенностями, характеристиками нагрузок и т.д.;

- изучение зависимостей показателей устойчивости общего и внут-рягруппового двяудений генераторов от различного вида внутригрупдо-вой несимштрии (режимной, характеристик систем возбувдения, уставок АРВ и т.д.);

- выявление особенностей регулирования возбувдения генераторов многоагрегатной станции при отсутствии демпферных обмоток (со сла-бодемпфированным внутригрупповым движением);

- оценка влияния регулирования возбувдения на показатели качества режимных параметров.

Методика выполнения исследований. Для доказательства ряда научных положений в диссертации широко использовались аналитические методы.

Основные исследования проводились с помощью программ для ЕС ЭВМ к ШВМ, реализующих методы расчета кривых 0 -разбиения, частот-, них характеристик и собственных значений матриц коэ^ициентов уравнений малых возмущений.

Исследования возмущенных реакций генераторов на случайные колебания (флуктуации) нагрузки проводились с применением теории стационарных случайных процессов и натурного эксперимента.

Научная новизна. Установлены основные закономерности влияния первичного регулирования частоты вращения гидравлических и паровых турбин на колебательную устойчивость генераторов электрических станций в различных охеш&реясишшх услагкях их работы. Пмг газлячннх

запасах апериодической устойчивости режима, характеристик приемной системы, уставках АРВ-СД оценено в количественном отношении влияние на колебательную устойчивость и демпферные свойства генераторов глубины жесткой отрицательной обратной связи по штоку сервомотора гидротурбин, параметров регулятора, явления гидроудара, параметров паровых турбин и их первичных регуляторов и т-.д. Выявлены особенности взаимодействия регулирования частоты вращения турбин и сильного регулирования возбуждения генераторов при решении задач, связанных с демпфированием абсолютного и взаимного движений генераторов.

Произведена сравнительная оперла эффективности различных структур стабилизации АЕВ-ЛД генераторе.;: а позиций их колебательной устойчивости. Установлено, что все применяемые в настоящее время стабилизирующие параметры с использованием "местных сигналов" практически равноценны.

На основании аналитических и расчетных исследований выявлена неблагоприятная роль асинхронной нагрузки в обеспечении колебательной устойчивости системы; определены факторы, усугубляющие эту роль; дана физическая интерпретация данного явления.

Оценена чувствительность затухания общего и внутригрушового движений генераторов многоагрегатной станции к различного вида внутригрупповой несимметрии (несиммегрии по режиму, динамических характеристик ЛЕВ и т.д.) при регулировании возбуждения по общим'и необщям параметрам.

С позиций статической устойчивости исследованы особенности регулирования возбуждения .генераторов многоагрегатной стапшш при отг сутствии у них демпферных обмоток. С применением теории стационарных случайных процессов произведена оценка влияния регулирования Еозбувдения на показатели качества режимных параметров генераторов многоаграгатной станции со слабодемпфированным внутригрупповим движением.

' Практическая ценность. Методические результаты,-касающиеся оценки влияния регулирования частоты вращения турбин на статичеокуп устойчивость электрических станций, позволили в обобщенном виде сформулировать требования к моделированию слолганх энергосистем при решении задач регулирования возбуждения генераторов, а также выбора рациональных настроек регуляторов.

Результаты исследований устойчивости многоагрегатных станций уточняют ряд положений в части условий затухания отдельных состав. ляющих движения генераторов при их внутригрупповой несимметрии и различных "'орилх регулирования. »

Результаты сравнительного анализа эффективности различных структур стабилизирующего параметра АЕВ-СД использованы при разработке требовании к АЕВ-СД проектируемой Бурайской Г2С (Амурэнерго).

На основании расчетных к натурных исследований выявлены причины -неудовлетворительного качества режимных параметров генераторов каскадов Нивских ГЭС (Колэнерго) и рекомендована мероприятия но устранению этого явления.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-методических семинарах кафедры "Электрические системы и сети" ЛГГУ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликованы две статьи.

Объем работы. Диссертационная работа излокена на 104 с. машинописного текста, иллюстрируется рисунками и таблицами на 115 е., состоит из введшшя, четырех глав, выводов, списка литературы из 97 источников.

Влияние первичного регулирования частоты вращения турбин.

на колебательную устойчивость энергосистем

•

О целью резкого снижения зоны нечувствительности в современных конструкциях автоматических регуляторов частоты вращения (AFIB) гидротурбин вводится глубокая яэсткая обратная связь (ЖСС) по штоку сервомотора. При этом эквивалентная постоянная времени сервомотора может быть уменьшена в GO-IOO раз. В диссертации для различных . схамяо-рваимккх условкй работы станций достаточно подробно проанализировано влияние зтого фактора на колебательную устойчивость системы. Показано, что при работе станции на изолированную нагрузку (характеристики нагрузки варьировались), выведенных изодроме АР1© и стабилизирующих сигналах АЕ8-СД устойчивость абсолютного движения не обеспечивается. При введении в АЕВ-СД стабилизирующих параметров с ростом коэффициента усиления Бнос жесткой обратной сеязя но штоку сервомотора затухание.этой составляющей деияннея в случае замещения нагрузки шунтом постоянной проводимости повышается и там более существенно, чем выше уставки во частоте напряжения (КСа1) к ее производной (К<ш). Со снижением регулирующего эффекта активной мощности нагрузки по напряжению роль стабилизирующих параметров в обеспечении устойчивости движения системы ослабевает. Беучет гидроудара здесь приводит к заметной погрешности, обуславливая значительное 4

повгй'еш'о степени устойчивости абсолютного движения с ростом К„ос. даже'з случае Ки г= = 0.

При работе станции через линию электропередачи па мощную систему увеличение (при отсутствии изодрома) снижает затухание ал ект ромвх&ю» тоской составляющей общего движения генераторов, особенно заметное при £д03 « 20; пря И^» приближающихся к 50, кола-батеяьпая устс.йчивость генераторов уяе но сохраняется. Затухание составляющей деижония, связанной с процессом, протекающим непосредственно б конгурэ регулирования частоты вращения, с ростом К^ увеличивается. Б отличие сг "случая работы на изолированную нагрузку процесс здесь косит апериодический характер. Неучвт гидроудара, как к ранее, существенно искажает результату, приводя к обратной картине: с увеличением К^ растет затухание электромеханической составляющей общего дашшиа генераторов станции. Причем практичв-' скд никакого влияния б длапазоне изменения от Г до 100 не оказывает постоянная времени зодовода. Степень устойчивости, как и в предыдущем случаэ, практически нэ зависела от того, какой сигнал (частота напряжения или частота вращения вала) используется в контуре регулирования турбшш. Напомним, что в современных конструк- • шик регуляторов в основном стали применять именно частот:; напряжения Еиа:деи сигнала с регуляторкого генератора.

Неблагоприятное влияние регулирования частоты вращения агрегата в условиях действия гидроудара и глубокой аесткоЗ обратной сгляд по моху сервомотора на колебательную устойчивость генераторов станции в рассматриваемых условиях ее работы исключается при • достаточно неннсскпх значениях постоянной времени Тр контура регулирования. Анаяи» показан, что уке при Тр = (1.0... 1.5) с в

= 20...100 затухание электрэкеханячзской составляющей движения находится практически на таком жо уровне как и при отсутствия , АТЧВ. Однако гост Тр при глубокой жесткой обратной связи ухудшает уотоКтявость непосредственно контура регулирования и поэтому ууоличивать свишо 10...2-0 является нецелесообразным.

Ъ случае слабой связи станции с мойной системой увеличение обуслш'лкьало улучшение колебательной устойчивости генераторов •:;:;!'. при поЕывэнних уставках К^ АЕВ-СД, как это имело г/^оте станции на изолированную нагрузку. Однако и з~есъ ъс ук^ягао;'. адзв причине вводить глубокую 100 некелесообраз-яо.

Анядогкчкэе злкяяиэ Ь' л на устойчивость генераторов било вы-го.оло и я т.гугях схемно-рентшх .условиях работы. с

Таким образом, в ряде.схемно-режимных условий работы станций введение глубокой КОС ло штоку сервомотора для сокращения зоны нечувствительности снижает степень устойчивости генераторов. Для исключения этого неблагоприятного фактора необходимо веодеть замедление в контур регулирования частоты и ограничивать К^^ величинами, не превышающими 10...20. Это, в сбою очередь, приводят к тому, что решение задач колебательной устойчивости энергосистем и связанных с ними вопросов регулирования возбуждения генераторов моннэ проводить, не считаясь с действием регуляторов частоты вращения гидравлических турбин.

При оценке влияния регулирования мощных паровых турбин на ко- . лебательную устойчивость особое внимание уделялось их математическому моделированию, а также анализу и выбору параметров парового тракта и регулирующих ступеней турбин в зависимости от их типа и' мощности.

В результате установлено, что учет регулирования частоты вращения паровых турбин при работе станции на изолированную нагрузку обуславливал появление колебательной составляющей движения, затухание которой в заметной мере зависело от постоянных времени парового объема (Тр) и сервомотора (Т5) клапана ЧЗД и уставок КСл>1 К1в0 АЕВ-СД. При КСи1 - О, = Т5 = 0.3 с затухание, например,

составляло » 1.0, а при Т^ = I с я прочих разных условий-: снижалось до 0,4; частота колебаний не превышала (1.0...1.5) рад/с. Введение в АЕВ-СД стабилизирующих сигналов значительно повышало затухание этой составляющей движения, причем без особого ущерба для других составляющих.

Оценка влияния регулирования паровой турбина на колебательную устойчивость турбогенераторов при их работе в энергосистеме (схем-но-резшшые условия аироко варьировались) проводилась на основе анализа чувствительности степени устойчивости к изменениям коэффициента запаса статической устойчивости реакма, величин Тр , , Устойчивость оцен.ивалась ко модулю вещественной части пары собственных значений, отражающей электромеханическое движение генераторов; допо;гаительно рассматривался вопрос и -об устойчивости абсолютного движения.

Б результате исследований установлено, что первичное регулирование частоты вращения паровых турбин при реализуемых параметрах X , в количественном отношении весьма незначительно влияет на затухание электромеханической составляющей движения генераторов (частота колебаний в зависимости от схемко-режйуяых условий ооо-гач-

л яла. (2.8...5.0) рад/с). Следует лишь отметить неблагоприятное влккнке регулирования турбины при увеличенных Т^ и сниженных запасах статической устойчивости. В целом же регулирование паровой турбины окагиваю ;л?лоа влияние на колебательную устойчивость сис- -темы и с нрд в большинстве случаев мотао не считаться.

Сопоставительный анализ эффективности различных структур -стабилизация АЕб-СД генераторов станции

Выбор той или иной структуры стабклиэяруняего параметра во ' многом связан с вопросами аппаратнс" реализации. Однако достаточно зачно при этом обеспечить и высокиь :;емп$еряые свойства х^еноратороя В диссертационной работе с этих позиций сравнивалась эффективность получивших наибольшее распространение стабилизирующих параметров: частоты напряжения, частоты вращения Бала, активной мощности. Исследование проводилось методом Ь -разбиения в плоскости коэффициентов усиления по стабилизирующим параметрам применительно к различным схемно-режимным услоешш работы стагшда.

Результаты сопоставительного анализа доказали, что в схеме мздина-ллнпя электропередачи-яшны неизменного напряжения максимально достижимая степень колебательной устойчивости генераторов станции при всех структурах стабилизирующего параметра практически одинакова. Однако при регулировании по частоте напряжения заметно сокращаласт. область устойчивости со стороны ее высокочастотной границы, особенно при значительных сопротивлениях внешней сети и в режимах потребления реактивной мощности. Поэтому более целесообразным является использование ь качестве стабилизирующего параметра частоты брзлютля вата. Однако непосредственное взшрэнив данного параметра наталкивается на известные технические трудности. В связи с этим дополнительно оценивалась эффективность частоты синтезированной э.д.с. генератора-. К = V-+ |'хГ (V - вектор напряжения на затдашх генератора, I - ток статорной цепи, ж - индуктивное сопротивление генератора). Поставленная задача решалась путем сопоставления критжх Ь -разбиения в плоскости коэФУипиентэв'усиления но отклоиеш'лт частоты саятезЕрокаяной э.д.с. и ее производной с соог-ве^ствуюшш ¿:ркзнш, рассчктаваэмшя в координатах коэффициентов усипекяя по отклонении частота вращения кала я ее производной. Анализ результатов показал, что некоторое отличив частота синтезируемой э.д.с. эг частоты вращения вала, связанное о неучетом ирга ее

о?с.бспглш5й доьпйерзих контуров, а гакже неточностью (в сл.учао явно-

п

полюсной машины) задания синхронного сопротивления гдчктачзски на -отражалось на области, охватываемые кривыми равного затухания. Реализация частоты синтезированной э.д.с., как и частоты вращения вала. оказывалась в некоторых условиях работы станций предпочтительней из-за отсутствия ограничений, налагаемых на коэффициент усиления ио производной.

Особое внимание при решения данной задачи уделялось и оценке влияния характеристик нагрузки. Расчетная схема содержала электрическую станцию, выдающую мощность через линии электропередачи на энергосистему соизмеримой мощности. К Шинам последней подключалась нагрузка, моделируемая упрощенно, - шунтом постоянной проводимости, либо эквивалентным асинхронным двигателем совместно с шунтом постоянной проводимости (2С$ мощности нагрузки).

Сравнительный анализ результатов показал, Что в этих схемно-ре-¡шдшх условиях регулирование по частоте е.д.с. заметно эффективнее с позиций колебательной устойчивости, чем по частоте напряжения: меньиая отдаленность кривых £> -разбиения, отвечающих одной к той же степени устойчивости от'начала .координат; меньшие, оптимальные коэффициенты регулирования, отвечающие "¿махг большая достигаемая степень устойчивости,, отсутствие практически ограничений на коэффициент усилзяяя по производной частоты э.д.с. (активной мощности), налагаемых условиями устойчивости составляющих движения высокой частоты (высокочастотным участком границы). Отметим, что в схеме мгшт-ляаия-шшш неизменного напряжения эти преимущества были менее заметными.

Любая из рассматриваемых структур стабилизации АЕВ-СД генераторов передающей станции оказывалась малоаффективной при оснащении генераторов приемной системы ЛШ пропорционального действия. Б этих условиях высокая эффективность достигалась лишь за счет применения взаимного сигналз регулирования: разности частот напряжений шин передающей станции к приемкой энергосистема, либо разности частот э.д.с. генераторов станций.

Структуры стабилизирующего параметра с использованием частоты э.д.с., частота напряжения, активной мощности в АРБ-СД генераторов приемкой системы с позиций колебательной устойчивости сказывались практически равноценными.

Учет асинхронной нагрузки приводил к появлению дополнительной колебательной составляющей движения, затухание к частота которой определялись инерционной постоянной асинхронных двигателей и параметрами контура регулирования возбуждения генераторов. При вэаямп-8 .

действии ее о электромеханической составляющей взаимного движения генераторов вещественные части собственных значений, перераспределяясь меяду собой, обуславливали сникенке затухания одной из них и рост затухания другой. При оснащении генераторов электромашинными системами возбуждения с АРВ пропорционального действия затухание составляющей, связанной с учетом асинхронной нагрузки,.достаточно низкое. Это обуславливало заметное ухудшение колебательных свойств системы в целом. -

При сильном регулировании возбутщендя генераторов приемной системы необходимо -вчитаться с тем, что рост Кои), К1ц) приводит к резкому снижению затухания колебательной составляющей движения, обусловленной учетом асинхронной пагрузки, что накладывает определенные ограничения на их выбор.

В целом же моьно отметить, что и в этом случае все рассматриваемые структуры стабилизирующего параметра АРБ-СД практически равноценны с позиций обеспечения колебательной устойчивости системы. Данный вывод, по-видимому, ыокно распространить и на схимы любой сложности.

Статическая устойчивость многоагрегатной станции при различных условиях регулирования возбуждения генераторов

В диссертационной работе рассматривается ряд важных в практическом и методическом отношениях вопросов, связанных со статической устойчивостью многэагрегатной станции, и, в частности, оценивается влияние настройки блока компаундирования по току (БКТ) и различия уставок АЕБ-СД по стабилизирующим параметрам (последнее может иметь место при неисправности к, вследствие отзго, отключении блоков стабилизации в АРВ отдельных, генераторов) на устойчивость общего и внут-ригрупнового движения генераторов станция; определяется чувствительность степени затухания отдельных составляющих движения к настрой-кал АЕЗ-СД генераторов станций при различном их электрическом удалении от узла коммутации; всесторонне анализируется статическая устойчивость системы, содержащей АРВ различного типа. С этими вопросами тесно связана одна из трудных к малоразрабоганных пройдем эквивален-тироьания при решении задач колебательной устойчивости сложных энергосистем.

Исследования проводились для расчетных схем, огг.зчавпих работе генераторов через внешнюю сеть на мощную энергосистему, путем анализа чувствительности домичирукцкх собстннии" значений матрицы ко-

эф^шшентов уравнений малых возмущений к тому или иному виду знут-ригрудповой несимме-грии.

Анализ показал, что затухание как общего, так и внутригрутово-го двиканий в некоторой мере зависит от настройки БКТ, компенсирующего часть индуктивного сопротивления трансформатора. С ростом степени компенсации затухание общего-движения генераторов падает. Снижается также я затухание внутригругшового движения, если введена стабилизация. При реальных настройках БКТ, отвечающих степени надз-комаенсашш, не превышающей 0.05...О.Об, затухания обеих составляющих движения мало^отличаются от соответствующих величин,, полученных при регулирования по параметрам шин станции.

При оценке чувствительности доминирующих собственных значений матрицы к степени различия уставок по стабилизирующим параметрам АЕВ-СД отдельных генераторов регулирование возбукдения осуществлялось как по общим параметрам, измеренным на шинах станши, так в параметрам, измеренным на зажимах генераторов (отключенных БКТ), наиболее электрически удаленных от узла коммутации. Сравнительный анализ показал, что в обоих случаях степень устойчивости общего движения (здесь и в дальнейшем разделение двшений является в некоторой мере условным) при несимметричном регулировании практически равна степени устойчивости при симметричном регулирования, если соблюдаются условия:

С*С-г"» •

где , К^ ., К^ , К'^ - коэффициенты регулирования АРВ-СД генераторов I и 2 по стабилизирующим параметрам при несимметричном регулировании; Кои) . К4и, -• соответствующие коэффициенты в случае симметричного регулирования. Данное положение сохраняется и для внутри-группового двяаэния в зоне малых и средних значений эксплуатационных уставок по стабилизирующим параметрам. С ростом уставок.наблюдается уже существенное расхождение в показателях устойчивости внутригруп-пового движения, достигающее особенно значительной величины при уставках, близких к максимально реализуемым.

Степень устойчивости общего движения генераторов электрических станций, находящихся на небольшом электрическом удалении друг от до; га, такке определялась практически суммарным стабилизирующим воздействием и мало зависела от распределения этих воздействий между АГВ. Затухание внугригруппового движения при отсутствии в АРВ-СД обоих генераторов стабилизации ниже, чем при коммутации генераторов на ти-10 <

как станции. Однако при введении стабилизирующих параметров в ЛЕВ генераторов лишь одной станции затухание этой составляющей движения заметно возрастает.

С увеличением электрической удаленности станшй использование стабилизирующих параметров уже е меньшей степени способствуют повышению степени устойчивости общего движения. Однако даже при значительном электрическом удалении генераторов станшй от узла их коммутации за счет стабилизирующих параметров АРВ-СД одного из генераторов удается, хотя и в небольшой мере, поднять степень устойчивости общего движения.

В случае, когда генераторы станции оснащены тиристорными с АЕВ-СД и электромашинками с АЕВ пропорционального действия системами возбуя-дешя, причем постоянные времени последних не превышают Т0 = 0.3 с, Т.. = 0.15 с (Т_ - эквивалентная постоянная времени системы возбукде-

л В

ния, Т - постоянная времени регулятора), степень устойчивости общего движения генераторов находится примерно на том ке уровне, что и при оснащении их АЕВ-СД с тем же эквивалентным стабилизирующим воздействием.

Степень устойчивости внутригруппового движения при регулировании по параметрам, изморенным на шинах станции, не зависит от настроек АЕВ-СД и АЕВ-ОД.

С ростом Тв» Тк степень устойчивости общего движения генераторов станции возрастает и уже при (Тв+Тк) s 1.5 с приближается к уровню, примерно соответствующему сильному регулированию возбуждения генераторов о теми же коэффициентами регулирования.

При электрическом удалении станций с АРВ-ВД и АЕВ-СД друг от друга роль сильного регулирования возбуждения в обеспечении устойчивости общего движения генераторов падает. При увеличении постоянных времени Тв, 'I в ряде случаев.возникает неустойчивость контура регулирования АЕВ-Щ.

Особенности регулирования возбуждения многоагрегатной станции при отсутствия демпферных обмоток на генераторах

Рассмотренные выше вопросы регулирования возбуждения генераторов решались применительно к основной задаче - устойчивости маяовозмущен-ногэ двикения многоагрегатной станции при отсутствии внешних возмущающих воздействий. Мезду тем, действие последних может внести своеобразие в протекание возмущенного движения системы, особенно в случае его слабого демпфирования. В этих условиях'выявлении* ранее признаков

II

оптимальности для суждения об эффективности регулирования возбуждения генераторов оказывается недостаточно. Вопросы о паилучтзем оогла-совании (совместимости) устройств управления возбуждением отдельных генераторов (станций) долзкны решаться с учетом действия знопкях возмущающих (дестабилизирующих) факторов. Отметим, что с необходимостью решения такой задачи пришлось встретиться на практика в Кольской энергосистеме, в которой в связи с переоснащенном генераторов каскадов Ниеских, а также Туломских КС. не имеющих демпферных обмоток, с электромашшшого возбуждения на тиристорное усилились флуктуации режимных параметров (активной мощности, тока статорной цепи и т.д.).

В диссертации прежде бсэго был рассмотрен вопрос о ткяиря регулирования возбуждения на колебательную устойчивость генераторов без демпфернцх обмоток и, как следствие, с низкими естесткетпдш демпферными свойствами даже при жестких присоединениях к энергосистемам. Генераторы оснащались как однотипными системами возбукдекяя (электромашинами или тиристорными), так и системами возбуждения разного типа. Анализ результатов исследований показал, что переоснащекие одного, части или всех генераторов станции'с электромашиною на тирис-торное возбуждение с АЕВ-СД приводит' (разумеется, при введении стабилизирующих параметров) к улучшении колебательной устойчивости общего движения генераторов и тем большему, чем большее число машин переводится на тиристорноо возбуждение. Однако затуханяа внутрягруп-поеого движения в силу отсутствия демпферных контуров находится яа крайне низком уровне Ы ~ 0.08),

Расчетное исследование вероятностных характеристик (спектральной плотности, дисперсии и среднеквадратичного отклонения) флуктуации режимных •параметров генераторов, вызванных случайными изменениями нагрузки, производилось при широком варьировании соотношений установленных мощностей генераторов, степени кесгммотрик рокимов кх работы, типов их систем возбуадения, параметров А'ЕВ и т.д.

Анализ показал, что при однотипных системах, возбуждения на гз-нераторах одной станции или близко расположенных станций среднеквадратичные отклонения активной к реактивной мощности отдельных .генераторов в долях их установленной мощности примерно одинаков«. спектре отклонений активной моядаости наибольший удельный вес имеют частоты, близкие к частоте электромеханических колебаний генераторов. Б спектре же отклонений реактивной мощности преобладают низкие частоты, а частота электромеханических кьюбзпик даргэквяа слабо. Частота колобаниЯ, отвечающих впутригрушюгалу дьпздшго генераторов, в спекх-

ра режимных параметров практически. отсутствует даже при режимной не-сичметрли генераторов. Частоты электромеханических колебаний в спектра активной мощности з значительной мере усилены реакцией генератора, имеющего довольно низкую степень колебательной устойчивости, особенно при оснащении АРБ прэпорпиопального действия. Сильное регулирование хюзбуэдошш сгособвтгуе* никоторому спиемппо. среднеквадратичного отклонения 5" активной моощостй генераторов, однако за счет увеличения е' реактивной мощности.

Сданка з тех же схемно-реяимных условиях вероятностных характеристик флуктуашй режимных параметров генераторов при различных типах их' систем возбуждения показала, что в спектре флуктуаций активной мощности преобладают частоты, близкие к частоте электромеханической составляющей внутригрупгюного движения (напомним, что устойчивость этой составляющей движения при регулировании но общим параметрам не зависит от типа и настроек АРБ). Яркое проявление внутригруп-пового двикения обусловлено как существенным различием характеристик систем возбуждения, так и достаточно слабым его демпфированием при отсутствии демпферных контуров. В спектре ¿[иуктуаций реактивной мощности, как и прежде, преобладают низкие частоты. Удельный вес частот электромеханических составляющих движения незначителен. Сопоставительный анализ показал, что среднеквадратичное отклонение активной мощности генераторов при различных типах систем возбуждения заметно (в 2-5 раза) превышает таковое при одинаковых условиях регулирования возбуждения. Примерно во столько ж<з раз увеличивается отклонение реактивной мощности генераторов (при условии равенства установленных мощностей генераторов с электромашинкой и тиристорной системами возбуждения) с АРВ пропорционального действия.

Наличие демпферных обмоток при тех же расчетных условиях существенно улучшает демпфирование общего и внутригруппового движений. Частоты колебаний этих движений в значительной мере подавляются, что, в свою очередь, в значительной мере (почти в 3 раза) снижает среднеквадратичные отклонения активной мощности генераторов.

Сказанное полностью подтвердилось опытом эксплуатация и данными натурных, исследований, выполненных, на каскаде Нивския ГЗС (Колэкергй Замена электромашинкого возбуждения на тиристорнов, проведанная лишь на части генераторов каскада, привела к заметному росту фяуктуапяй режимных параметров, особенно в часы нестабильной нагрузки системы.

выводы

1. Показано, что существенное повышение быстродействия регуляторов частоты вращения гидротурбин за счет глубокой жесткой обратной связи по штоку сервомотора, вводимой для резкого сокращения зоны нечувствительности, влияет на колебательную устойчивость электрических станций неоднозначно и зависит от схемно-режимных условий их работы, характеристик нагрузок энергосистемы.

Неучет явления гидроудара существенно искажает результаты, обуславливая заметное увеличение степени колебательной устойчивости при росте глубины жесткой обратной связи по штоку сервомотора.

Уровень колебательной устойчивости во всех схемно-режимних условиях работы Г2С практически не зависит от вида сигнала (частота вращения или частота напряжения генератора), используемого для первичного регулирования. Влияние регулирования частоты вращения на колебательную устойчивость гидрогенераторов практически исключается при внесении достаточно небольшого замедления в контур регулирования турбины.

2. При реализуемых в современных конструкциях паровых турбин постоянных временя парового объема и сервомотора части высокого давления влияние первичного регулирования частоты вращения вызывает некоторое понижение уровня колебательной устойчивости электростанции. Достичь сколь-нибудь заметного повышения колебательной устойчивости за счет введения глубокой жесткой обратной связи по открытию клапана части высокого давления, а также стабилизирующего сигнала по производной частоты вращения при реальных параметрах паровых турбин не удается.

3. Степень устойчивости колебательной составляющей движения, связанной с первичным регулированием паровых турбин, с ростом постоянной времени (Т^) паровых объемов ЧВД заметно падает, составляя при Т^, = (0.8...1.0) с и отключенных стабилизирующих сигналах АЕВ--СД, 0.4 (частота колебаний около.X рад/с). Введение в АЕВ-СД генераторов стабилизации по частоте приводит к росту затухания этой составляющей движения, причем практически без,ущерба для устойчивости других составляющих движения.

4. Сопоставительный анализ результатов исследований показал, ччо с позиций колебательной устойчивости общего движения генераторов станции при еа работе в различных схемно-режимных условиях все применяемые в настоящее время в отечественных и зарубежных АЕВ стабилизирующие параметры (частота напряжения, частота вращения ватта, 14

активная мощность) практически равноценны. В отдельных случаях может оказаться более предпочтительной структура стабилизации по частоте вращения вала, однако непосредственная ее реализация наталкивается на определенные технические трудности.

5. Использование в качестве стабилизирующего параметра частоты синтезируемой э.д.с. (Ё = ТГ 4^x1 ) приводит практически к тем же результатам, с точки зрения колебательной устойчивости, что и частота вращения вала. Конечные результаты (конфигурация области устойчивости в координатах коэффициентов по стабилизирующим параметрам, степень устойчивости) оказываются малочувствительными к точности задания синхронного сопротивления X (, Х^ , х^) генератора; не оказывает на них сколь-нибудь существенного влияния и неучат в выражении для синтезируемой э.д.с. демпферных обмоток.

6. Учет асинхронной нагрузки приводит к появлению дополнительной колебательной составляющей движения, затухание и частота которой определяется инерционной постоянной асинхронных двигателей и параметрами контура регулирования возбуждения генераторов. При оснащении последних электромашинами системами возбуяденкя с АРБ пропорционального действия' затухание этой составляющей движения достаточно низкое, что, в свою очередь, обуславливает п ухудшение демпферных свойств системы в целом. При сильном регулировании возбуждения генераторов необходимо считаться с тем, что рост уставок Кри).' К АЕЗ-СД резко ухудшает колебательную устойчивость движения, связанную с учетом асинхронной нагрузи.

7. При реальных настройках блока компаундирования по току степень устойчивости общего и внутригрулпового движений генераторов ■ станции, оснащенных АЕВ-СД, мало отличается от значений, полученных в предположении, что регулирование возбуждения осуществляется по параметрам шин станции.

8. Степень устойчивости общего движения генераторов, станции с АЕВ-СД при регулировании юс возбуждения по параметрам, изморенным на затамах кандого из них или на выходе блоков компаундирования по току, определяется практически суммой коэффициентов регулирования по стабилизирующим параметрам и-мало ззейсит от соотношения между коэффициентами регулирования АЕВ 'отдельных машин. Данное положение сохраняется и в ряде случаев симметричного расположения электростанций при регулировании возбуждения генераторов по собственным параметрам.

9. В случае, когда генераторы станции оснащены мристорньми с АЕВ-С'Д к быстродействутими эпектртетшшшп с АГВ г.роюршонплыш-

15

го действия системами возбуждения степень устойчивости общего движения генераторов находится примерно на том же уровне, что и при оснащении их АРВ-СД с тем ко эквивалентным стабилизирующим воздействием.

При'электрическом удалении станций с различными типами систем возбуждения роль сильного регулирования в обеспечении устойчивости общего движения генераторов падает. При увеличенных постоянных времени электромашинных систем возбуждения генераторов в ряде случаев возникает неустойчивость их контура регулирования возбуждения.

10. Условия устойчивости внутригругшового двинения генераторов многоагрегагной станции не зависят от регулирования возбуждения (структуры каналов и коэффициентов усиления АЕВ) по общим или близким к ним рйккмннм параметрам. Однако возмущенные реакции генераторов с разными системами регулирования возбуждения на флуктуации нагрузки не являются адекватными. Последнее при низкой степени устойчивости внутрягруппового двккенкя может приводить к неудовлетворительному качеству режимных параметров (в спектре отклонений большой удельный вес имеют частоты колебаний внутригруппового движения). В 9тих условиях лучшие результаты достигаются при использовании идентичных систем регулирования возбуждения генераторов.

Основные работы, опубликованные по материалам диссертации:

1. Мамонтов Л.А., Рагозин A.A. Статическая устойчивость симметричных генераторов при различных условиях их регулирования возбуждения / Денингр.политехи.ин-т. - Д., 1988.. - 48 с. - Деп. в Информ-

энеpro 12.12.88, К 2985-эн 88.

2. Колесников И.И., Мамонтов Л.А., Рагозин A.A., Родченко Е.А. Влияние регулирования паровых турбин на'колебательную устойчивость энергосистем / Северо-Западн.заочн.политехи.ин-т. - Д., IS89. - 35с. - Деп. в Ииформэнерго 18.10.89, 15 3129- эн89.

iE