автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Оптимизация режимов работы автономных систем электроснабжения с мощными тихоходными генераторами с дизельным приводом

На правах рукописи

0030БЭ500 Епифанова Ольга Викторовна и о Г" ¿Щ!

ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С МОЩНЫМИ ТИХОХОДНЫМИ ГЕНЕРАТОРАМИ С ДИЗЕЛЬНЫМ ПРИВОДОМ

Специальность 05 14 02 - Электростанции и электроэнергетические системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Пе1ербург -2007

003069500

Работа выполнена на кафедре «Электрические системы и сети» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический уни верситет»

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Смоловик Сер! ей Владимирович Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Богуславский Илья Зеликович кандидат технических наук, доцент Полищук Вадим Васильевич Ведущая организация — ОАО «Звезда - энергетика»

Защита состоится «су* » ^С-^О^^ 2007 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212 229 11 при ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул, д 29, Главное здание, ауд 325

С диссертацией можно ознакомится в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет»

Автореферат разослан «_^ 3 »

^Х/2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 229 11 К т н , доценг

Попов М Г

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСЛ ИКА РАБОТЫ

Актуальность темы В связи с развитием топливно-энергегической базы страны расширяется область применения газопоршневых, газотурбинных и дизельных электростанций К синхронным генераторам, используемым в качестве источников электропитания в автономных системах, предъявляются жесткие требования по надежности работы и качеству вырабатываемой электроэнергии. Выполнение этих требований обеспечивается конструкцией генераторов и способностью их систем автоматического регулирования поддерживать заданные параметры в статических и динамических режимах, а также обеспечивать устойчивость параллельной работы

В системе автономного электроснабжения возникает потребность в роете единичных мощностей машин при практически постоянных габаритах и массе Это достигается за счет повышения степени использования активных материалов и приводит к ряду нежелательных последствий, таких как увеличение синхронных и переходных сопротивлений, росту электромагнитных и тепловых нагрузок и тд При изучении автономных электроэнергетических систем, необходимо правильно подбирать комплекс электрооборудования, наиболее подходящий к задаче создания системы в целом

В автономной системе электроснабжения, основанной на использовании тихоходных дизелыенерашров большой мощности наблюдаются слабодемпфированные низкочастотные процессы, обусловленные совпадением так называемой оборотной частоты дизеля и собственной частоты колебаний ротора генератора Сложившаяся практика борьбы с колебаниями мощности дизеля на оборотной частоте предполагает в качестве основного мероприятия повышение величины механической инерционной постоянной, то есть значительное угяжеление и удорожание генерашра Подавление таких колебаний возможно за счет оптимизации конструкции демпферной системы генератора, соответствующей настройки системы возбуждения и настройки регулятора частоты вращения дизель - генератора

В случае автономной электрической станции с разнотипными генераторами с дизельным приводом кроме колебаний на оборотной частоте возможно появление низкочастотных биений, проявляющихся в значительных амплитудах колебании мощности и напряжения Учитывая нелинейные свойства системы, выбор законов регулирования и оптимальных настроек регуляторов возбуждения синхронных генераторов является трудноразрешимой задачей

Возможность обеспечения необходимых параметров колебаний и показателей качества электрической энергии для каждой многоагрегатной

!

электрической станции автономного электроснабжения при стационарном возмущении вращающих моментов первичных двига гелей является индивидуальной Разработка общего подхода к настройке системы возбуждения, способствующей подавлению колебании, является основной задачей диссертации Оценка качества демпфирования, выбор законов регулирования и оптимальных настроек регуляторов возбуждения синхронных генераторов в условиях нелинейных колебаний - достаточно трудные задачи, решаемые на основе расчета и анализа переходных процессов

Цель и задачи работы Целью работы являлась разработка математической модели системы автономного электроснабжения, основанной на использовании тихоходных дизель-генераторов большой мощности, для комплексного исследования переходных процессов и настроек систем регулирования, необходимых для обеспечения показателей качества электрической энергии в условиях вынужденных колебаний

Сформулировать задачи диссертации можно следующим образом

1 Разработка математической модели многоагре! атной дизель-генераторной электростанции для анализа колебательных процессов системы автономного электроснабжения в различных условиях работы станции

2 Разработка и усовершенствование математических моделей систем возбуждения различных типов для воспроизведения требуемых режимов системы автономного электроснабжения

3 Определение особенностей колебательных процессов в условиях различных режимов работы генераторов с дизельным приводом

4 Анализ влияния систем автоматического регулирования возбуждения на качество переходных процессов при стационарных возмущениях

5 Исследование переходных процессов для определения требований к оборудованию и уточнения основных алгоритмов унравле?гия

Научная новизна диссертации

- Разработана математическая модель генератора с учетом насыщения для анализа колебательных процессов системы автономного электроснабжения и оценки показателей качества электрической энергии

- На языке Modélica реализована математическая модель дизель -генератора и системы его регулирования, позволяющая воспроизвести требуемые режимы системы автономного электроснабжения

- Рассмотрена качественная методика оценки демпферного момента генератора

- Даны рекомендации по выбору настройки канала регулирования по производной тока статора и по производной частоты автоматических

регуляторов возбуждения, обеспечивающих удовлетворение всех ограничений

Практическая ценность и реализация результатов работы Полученные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации, а так же разработанное программное обеспечение могут быть использованы в проектных, научно-исследовательских и эксплуатационных организациях при определении требований к системе возбуждения, допустимости тех или иных экешгуат ационных режимов и разработке мероприятий и рекомендаций по повышению уровня устойчивости и качества напряжения в автономных системах электроснабжения

Методические и программные разработки использовались в научно-исследовательских работах кафедры «Электрические системы и сети» СПбГПУ и выполняемых по договорам с рядом организаций

Апробация работы Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры «Электрические системы и сети» По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы Диссертация содержит 153 страницы машинописного текста, 70 рисунков, 4 таблицы, список литературы из 91 наименований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении выполнен анализ современного состояния систем автономного энер1 оснабжения Обоснованна актуальность выбранной темы исследования

В первой главе приведены материалы, иллюстрирующие перспективы развития дизельных, газо1урбинных и газопоршневых электростанциях, рассмагриваегся ряд научно-технических и методологических проблем систем энергоснабжения на основе многоагрегатных дизель-генераторных электростанций Рассматриваются вопросы управления и регулирования процессов в них Формируются задачи диссертации

Во многих регионах России отсутствует централизованное электроснабжение от единой энергосистемы В таких регионах получили широкое развитие системы автономною электроснабжения, способные, при отсутствии связи с внешней энергосистемой, длительно обеспечивать электроснабжение и теплоснабжение объектов различного назначения

В зонах децентрализованного энергоснабжения роль малой энергетики является определяющей Рабочие (постоянно действующие) электростанции малой мощности обеспечивают постоянное электроснабжение объектов, размещенных в регионах, где отсутствуют централизованные системы электроснабжения, или удаленных от этих систем на такое расстояние, что строительство линии электропередачи

экономически менее эффективно, чем создание рабочей электростанции Рабочие электростанции должны обеспечивать потребности объектов в энергии в полном объеме в режиме нормального функционирования и в минимально гарантированном объеме в критических и чрезвычайных ситуациях

Вторая глава посвящена вопросам комплексного математического моделирования элементов автономной энергосистемы для определения составляющих электромагнитного момента, учета насыщения и для обеспечения качества потребления электроэнергии системы автономного электроснабжения

Синхронный генератор описывается системой уравнений Парка-Горева, записанной с использованием относительных единиц взаимного типа, "ха/

Представлены в развернутом виде уравнения переходных процессов синхронной машины, имеющеи на роторе, кроме обмотки возбуждения, п демпферных контуров в продольной оси и т контуров в поперечной

Протекание переходных процессов в электроэнергетической системе в значительной мере определяется параметрами и характеристиками электрических машин, и достоверность большей части электротехнических расчетов в существенной степени зависит от точности математического моделирования электрических машин и их регулирующих устройств

Насыщение сердечников машин обусловливает изменение их параметров, как объектов регулирования, в условиях работы в автономной энергосистеме Учет насыщения необходим при выборе настроек регуляюров возбуждения и других устройств автоматического управления, обеспечивающих надежность и качество электроснабжения

Учет насыщения стали синхронных машин в работе выполняется для уточнения характера протекания переходных процессов, насыщение учитывается на путях основного мапштного потока и потоков рассеяния

При анализе эксплуатационных режимов работы, когда гоки в отдельных контурах не превосходят одного - двух номинальных значений, наиболее существенное влияние оказывает насыщение участков магнитной цепи машины результирующим потоком взаимоиндукции Наиболее простым путем определения этих потоков является решение уравнений напряжений контуров машины, записанных через потокосцепления, которые определяются на основе схем замещения магнитной цепи

Магнитная цепь машины разбивается на следующие участки сердечник и зубцовая зона стаюра, воздушный зазор, полюсный наконечник и сердечник ротора Для каждого из выделенных участков может быть построена кривая намагничивания, представляющая собой зависимость магнитного потока от намагничивающей силы Каждому участку соответствует магнитное сопротивление, которое определяется отношением намагничивающей силы к магнитному потоку

Для правильного определения токов и характера движения ротора при расчетах переходных процессов необходимо кроме насыщения сердечников основным магнитным поюком учитывать насыщение на путях потоков рассеяния контуров статора и ротора Влияние насыщения на индуктивное сопротивление рассеяния статора от тока исследовано на основе обработки расчетов магнитного поля Ниже преде гавлено аппроксимирующее выражение для индуктивною сопротивления рассеяния контура, зависящего только от тока данного контура

= * [(1 ■- к ) + К (К + ь: е-*'1)], (1)

где I - полный ток контура (амплитудное значение), Ьу, -относительная и ширина паза, Ъ\ - относительная ширина зубца, К -коэффициент, учитывающий долю пазового рассеяния в общей величине рассеяния контура Для крупных машин К - 0,6 - 0,8, а = 0,05 - 0,06

Реализованы математические модели авюматических регуляторов возбуждения (АРВ) диодной бесщеточной системы возбуждения и системы фазового компаундирования

Исследования математической модели мноюатрегатнои дизель — генераторной станции проводились с двумя видами регулятора частоты вращения - с широко распространенным на зарубежных дизельных электростанциях регулятором фирмы «Вудвард» и регулятором частоты вращения изодромного типа

В основу математического описания АРВ и регуляторов частоты вращения положен набор передаточных функций их отдельных элементов

В третьей главе приведены результаты расчетов демпферного и синхронизирующего моментов, колебаний мощности и напряжения при регулировании возбуждения и влияния насыщения на установившиеся и переходные процессы синхронного генератора при конечных возмущениях

Расчет демпферных и синхронизирующих моментов производился с помощью быстродействующего языка технических вычислений -МАТЬАВ

Электромагнитный момент синхронного генератора, определенный для малых гармонических колебаний ротора, является основой для расчета режимов работы машины при пульсирующем моменте механических сил на ее валу, а также служит базой приближенного метода оценки устойчивости режима работы машины

Расчеты проводились для генератора СБГД-16 500-6,3-42 при наличии и при отсутствии демпферных обмоток, при работе его на шины бесконечной мощности

Определение величии активных сопротивлении демпферной системы, соответствующих максимальным демпферным моментам на заданной

часто re проводилось с помощью зависимостей проводимостей Y¿ и Yq от частоты колебаний v = —, где ars -314 Гц, а ш изменяется от 0,01 до 1000

us

Гц

Величина Yd г представляет собой дробно- линейную функцию

круговой частоты Если угловая частота изменяется, то конец вектора Yd описывает окружность, характерные точки которой определяются следующими соотношениями (для машины с демпферными контурами)

При ет = 0,

Приггт = оо ,га=~г (2)

Ул d

1 Y ___

При " = jrJ 2

Полные проводимости, соответствующие колебательным режимам, можно разложить на вещественные и мнимые части При этом используются обозначения

Yd=Gd-jBd,Yq=Gq-jBq (3)

Приращение момента, связанное с колебательным движением ротора, содержит составляющие, зависящие от отклонения угла — синхронизирующий момент, а так же от производной этого отклонения — демпферный момент

Выражения для моментов, можно представить в следующей форме

Е *U 1 i

М, = -£-—-*cos¿0+t/2c*(----)cos2¿0,

5 ХЛ 0 X X/

Ms_dob = U\*{Bd- sin2 St + U¡ * (Вя - -i-) cos2 ¿>0,

xq

Ms _sum = Ms +MS ¿¡¡у},, (4)

Má = ~ *U\(G cos2 Sa + Gd sm2 S0) v

Если колебания весьма медленны, то Д, = —, Ва = — и

Хч Xd

синхронизирующий момент равен тангенсу угла наклона касательной статической угловой характеристики [м = /(¿>)] к оси абсцисс При

бесконечно быстрых колебаниях В„ = n B¿= -í— много больше, чем

Xq Xd

при медленных колебаниях, поэтому одним и тем же отклонениям угла соответствуют значительно большие изменения момента Характеристика

динамических моментов идет гораздо круче, чем характеристика статических моментов

Зависимости проводимостей и представлены на рисунке 1

Вещественная ось соответствует индуктивной составляющей проводимости, а мнимая - активной составляющей На представленных ниже комплексных плоскостях абсцисса точки, соответствующая некоторой частоте колебаний, определяет величину синхронизирующего

момента, а ордината - величину демпферного момента Частоте =

отвечает верхняя точка полуокружности на рисунке 1 Максимум активной проводимости, соответствующей этому значению частоты, обусловливает максимальное демпфирование Поэтому на стадии проектирования генератора при заданной величине оборотной частоты дизеля параметры

демпферных контуров следует подбирать так, чтобы величина ет = —по

1" а

возможности приближалась к оборотной частоте дизеля

Рис 1 Эквивалентные проводимости для модели генератора СБГД-16 5006,3-42 с демпферными обмотками по продольной (а) и поперечной (б) осям в функции частоты колебаний

Путем варьирования активных сопротивлений демпферных контуров, были найдены максимальные их значения, соответствующие максимальным показателям демпфирования (таблица 1)

Таблица 1

Показатели демпфирования и частоты колебаний при изменении

параметров демпферных контуров

Шсс1=0,014, Шсч=0,011 Яка=0,015, 1^=0,012 11кс1=0,017, Шсд=0,014 Юса=0,02, ШЧ=0,017

-3 5829 - 14 7091 -3 5829 + 14 709: -3 6992- 14 3211 -3 6992+ 14 3211 -3 7466 - 13 5581 -3 7466+ 13 5581 -3 4605 - 12 6481 -3 4605 + 12 6481

Таким образом, значение максимального демпферного момента было найдено путем варьирования активных сопротивлений и К^д Для

модели генератора СБГД-16 500-6,3-42 максимальный демпферный момент соответствует активным сопротивлениям 1<ы~ 0,017, 0,014

Анализ эффективности регулирования возбуждения с точки зрения демпфирования вынужденных колебаний электромагнитной мощности и напряжения, в условиях электроэнергетической системы различной структуры, проводился на примере генераторов со статической и бесщеточной системами возбуждения Генераторам с указанными системами возбуждения свойственны достаточно высокие параметры регулирования в стационарных режимах работы.

- установившееся отклонение напряжения (точность поддержания напряжения) должно быть не хуже 1%,

- быстродействие (время восстановления напряжения при набросе 100% нагрузки по току) - 0,5-0,7 с,

- амплитуда колебаний напряжения не должна превышать 0,6 %,

- амплитуда колебаний мощности не должна превышать 15 %

Исследование влияния системы ре1улирования возбуждения на

характеристики вынужденных колебаний проводилось для схемы генератор- линия - шины бесконечной мощности

В ходе проведения ряда компьютерных расчетов, было выявлено, что сигнал по производной напряжения позволяет поднять границу колебательной устойчивости Стабилизации по частоте также существенно расширяет область статической устойчивости в режимах выдачи реактивной мощности и практически не помогает при недовозбуждении Канал производной тока ротора улучшает условия колебательной устойчивости на 2% - 3% При практической проверке влияния коэффициентов регулирования систем возбуждения, выяснилось, что максимальное уменьшение амплитуды колебаний электромагнитного момента генератора обусловливает регулирование по производной тока статора

Исследования влияния насыщения на установившиеся режимы работы проводилось для генератора типа СБГД-16 500-6,3-42 Насыщение магнитной системы оказывает большое влияние на установившиеся и переходные режимы работы синхронной машины

В таблице 2 показаны результаты влияния насыщения в установившемся режиме работы генератора СБГД -16 500-6,3-42

Таблица 2

Влияние насыщения в установившемся режиме работы_

Параметры генератора и режима его работы Ьез учета насыщения С учетом насыщения Изменение параметров за счет насыщения (%)

х4 0,1096 1,106 3,28

Х1Г 0,2356 0,2284 3,06

х„л 1 0372 0,9938 1,66

1,1468 1,0849 5,39

0,5252 0,4304 18,05

0,6348 0,5215 17,9

б (рад) 0,49694 0,45 9,5

и -0,74875 -0,71143 3,93

и 0,58033 0,61 5,11

I 0,94731 0,94 0,4

Ещ 1,075 1,08437 1,0

1г 1,7815 2,22 24,15

% 1,4956 1,4532 2,8

Еи^'гс!) 0,304 0,2645 13,09

Анализируя данные таблицы 2, можно увидеть, что из - за насыщения сердечника статора и его зубцовой зоны уменьшаются синхронные индуктивные сопротивления На величину синхронного индуктивного сопротивления в продольной оси влияет и насыщение сердечника полюса и полюсного башмака Несмотря на это, синхронная реактивность в продольной оси х^ уменьшается всего на 5,39%

Поперечный магнитный поток протекает по путям, уже насыщенным продольным магнитным потоком Это приводит к значительному увеличению насыщения в поперечной оси Поэтому хд уменьшается на 17,9%

За счет уменьшения индуктивных сопротивлений происходит снижение величины угла <5, что, в свою очередь приводит к уменьшению составляющей тока (на 3,93%), росту 1Ч (на 5,11) и Ед (на 5,8%)

Насыщение на путях магнитных потоков рассеяния в нормальном режиме невелико Поэтому сопротивления х, и х!Г уменьшаются на 3,28 и 3,06%

Как видно из приведенной таблицы, значение тока возбуждения увеличивается па 24,15 % Это связано с тем, что при неучете насыщения используется спрямленная характеристика холостою хода синхронного генератора

В четвертой главе рассмотрены способы снижения колебаний электромагнитной мощности при сохранении приемлемого качества напряжения в условиях автономной электрической станции с разнотипными генераторами с дизельным приводом Предлагается использование дополнительных сигналов в законе регулирования возбуждения генераторов и применение дополнительных устройств стабилизации напряжения

При анализе системы автономного электроснабжения, установлено, что комплектация электростанций производится разнотипными машинами В основном это тихоходные дизели мощностью 10-40 МВт, но различных производителей В зависимости от марки дизеля его параметры различны, в частности, при указанной мощности дизеля частота вращения колеблется в диапазоне от 1000 до 130 об/мин

Схема системы электроснабжения представлена на рисунке 2

Рис 2 Эквивалентная схема рассматриваемой энергосистемы

Целью исследований является определение колебаний мощности генераторов и напряжения на шинах станции при заданной амплитуде и частоте периодического возмущения со стороны первичных двигателей

Г1-1 5 - генератор 1 5 11-Т5 - трансформатор 1-5 К1 - на1рузка 1 112 - нагрузка 2 Н2 - на! рузка 3 Л1- пиния I Л2- линия 2 Р1 реактор 1 Р? реактор 2

Г2 12

©-КЮн

Р2

Исследования выполнялись в эквивалентной схеме (рис 2) Параметры генераторов указаны в таблице 3

Таблица 3

Параметры генераторов исследуемой системы электроснабжения

Обозначение генератора П Г2 ГЗ ГЗ Г5

Марка генератора 8ко<1а 4А 466 8кос1а 4А 466 АВВ Е1екггоз11а Оапх

Мощность, кВА /ос 14500/0,77 14500/0,77 3625 /0,48 20625 / 0,8 17150/0,79

Напряжение, В/частота вращения, об / мин 1 6300/136,4 6300/ 136,4 6300/ 1000 6300/ 142,9 6300/428

*а о е 1,28 1,28 | 3,0 1,147 1,52

Хд, О е 0,75 0Л5 2,16 0,635 0,976

о е 0 12^1 0 1251 0,146 0,1096 0,1077

х а о е 0,523 0 323 0 366 0,271 0,253

х а о е 0,258 0,258 0,266 0,1822 0,175

х ц, о е 0,302 0,302 0,296 0,1926 0,193

Л/, о е 0,00103 0,00103 0,0039 0,00064 0,00198

о е 0,0213 0,0213 0,0316 0,017 0,015

■К*,, о е 0,02559 0,02559 0,0383 0,014 0,016

2}, с 3,04 3,09 1,8 4,78 2,77

Для рассмотренной схемы (рис 2, без учета управляемых реакторов на линии Л2) был выполнен анализ колебании мощности и напряжения на зажимах генераторов при заданной амплитуде и частоте колебаний возмущающего момента со стороны первичного двигателя (дизеля) На первой стадии работы возмущение момента задавалось только у генератора П В соответствии с требованием изготовителя дизеля амплитуда возмущения Ат для Г1 задана равной 4,2% от номинального момента (Лт = 0,042), а частота возбуждающего момента генератора Г4-озт = 50 2 к 136,4 / 3000 = 14,247 рад / с

На рис 3 представлены колебания электромагнитного момента генератора Г1 при задании стационарного возмущения момента первичного двигателя Здесь амплитуда колебаний электромагнитного момента генератора Г1 самая большая При введении в закон регулирования коэффициента по производной тока статора можно

увидеть снижение амплитуды колебаний электромагнитного момента У

генератора Г1 она снизилась на 3 % Однако, амплитуда напряжения в начале линии Л1 увеличилась в три раза (рис 4)

Рис 3 Изменения элекфомагнитных моментов генераторов Г1, Г2, Г4 под действием заданной амплитуды возмущения момента первичною двигателя генератора Г1

(------при нулевых коэффициентах регулирования системы

возбуждения,------при КХр5 - -1, - - - - приКы=- -0,5)

При введении в закон регулирования коэффициента по производной частоты (£1ю), амплитуда колебаний электромагнитного момента генераторов Г1, Г2, Г4 снижается в два раза - практически оптимальный результат (рис 3) Однако амплитуда колебаний напряжения в начале линии (иы) Л1 увеличилась с 0,12 до 0,95 %, что является недопустимым (рис 5)

Следующим этапом работы бы то задание возмущения на генераторах Г1 и Г4 В соответствии с требованием завода - изготовителя дизеля амплитуда возмущения Ат для Г4 задана равной 6 % номинального момента (Ат — 0,06), а частота возбуждающего момента генератора Г4 т„= 14,946 рад/с Амплитуда возмущения Г1 указана выше В этом случае амплитуды электромагнитных моментов генераторов Г1 и Г4 превышают допустимое значение Кроме колебаний электромагнитных

моментов, обусловленных пульсацией вращающих моментов приводных двигателей, имеют место низкочастотные биения с периодом, обусловленным разностью частот вращения агрегатов, то есть оборотных частот Установлено, что подавить колебания электромагнитного момента можно за счет действия систем регулирования возбуждения генераторов Г1 и Г4 После подключения каналов регулирования по производной тока статора и по производной частоты, как и предыдущем случае, амплитуды колебаний снижаются

Зависимости на рис 4-6 подробно иллюстрируют влияние значений коэффициентов регулирования на поведение генераторов системы при колебательных возмущениях их вращающего момента С увеличением значений коэффициентов регулирования амплитуда колебаний электромагнитного момента уменьшается, а амплитуда колебаний напряжения на линии увеличивается Максимальное уменьшение амплитуды колебаний электромагнитного момента генераторов возможно при введении в закон регулирования коэффициента по производной частоты

0,5

-КхР<ое

Рис 4 Зависимость амплитуды напряжения в начале линии Л1 от

при регулировании генератора Г1 {1,3) или генератора Г4 (2) с регулятором частоты фирмы «Вудвард» (в случае возмущения двух генерагоров Г1 и Г4 - 1, 2 или одного генератора Г1 — 3)

1,4

1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0

■ 1

\

\-о 1 / 1 1 и,

^г * /

/ / ______ 1 ______ ------

| ; |

0,5

-К, , о е

1о'

Рис 5 Зависимость амплитуды напряжения в начале линии Л1 от К\т

при регулировании генератора Г1 (7, 5) или генератора Г4 (2) с регулятором частоты фирмы «Вудвард» (в случае возмущения двух генераторов Г1 и Г4 — 1,2 или одного генератора Г1 - 3)

35 30 25 20 15 10 5 0

1 —ч— ! { ----- ^ —1- - 1

\ V 1 л. —

* % ^ \ - . N ч 1

— 2

! 1 * * < % ч - - - -

1 1 1 I " * .

| ! 1 " I 1 1

0

0,5

0,7

0,8

0 е

Рис 6 Зависимость амплитуды колебаний электромагнитаых моментов генераторов Г1 и Г4 от Кы при регулировании генератора Г1 (/, 3) или генератора Г4 (2) с изодромным регулятором (в случае возмущения двух генераторов Г1 и Г4 - /, 2 или одного генератора Г1 — 3)

Следовательно, правильное сочетание коэффициентов регулирования дает оптимальный вариант уменьшения колебаний и электромагнитного момента, и напряжения В данном случае, наилучшим является вариант применения коэффициентов регулирования по производной частоты и по производной тока статора Хотя такая структура регулирования позволяет получить большие области устойчивости во всех режимах работы и повысить качество переходного процесса при постоянной настройке, оптимальные результаты не получены, так как во всех случаях при уменьшении амплитуды колебаний электромагнитного момента резко увеличивается амплитуда колебаний напряжения на линии При введении в рассматриваемую модель дизель-генераторной станции управляемых реакторов (рис 2) становится возможным подавить также и амплитуду колебаний напряжения на линиях (рис 7), амплитуды колебаний на линии

Л1 не превосходят допустимых значений, они меньше 0,6%. %

1,2 1

0,8 0,6 0,4 0,2 0

0 0,5 0,7 0,8 -Кш о е

Рис 7 Зависимость амплитуды напряжения в начале линии Л1 от/чю при регулировании генератора Г1 (7,2), при регулировании генератора Г1 и включении реактора в начале линии Л1 (2,3) с изодромным регулятором (в случае возмущения двух генераторов Г1 и Г4 - 1,2 или одного генератора Г1 - 3, 4)

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ

1 Разработана математическая модель генератора с учетом насыщения для анализа колебательных процессов систем автономного электроснабжения и оценки показателей качества электрической энергии Выявлено значительное насыщение стали генератора СБГД 16 500-6,3-42 В установившихся режимах уровень насыщения стали на пути основного магнитного потока, выражаемый коэффициентами насыщения, достигает

^ по продольной оси Kad - 0,95, ■=> по поперечной оси Kaq =0,82 Увеличение тока возбуждения при учете насыщения составляет 24% Для компенсации влияния насыщения при проектировании генераторов увеличивают мощность системы возбуждения

2 На языке Modélica реализована математическая модель дизель — генератора и системы его регулирования, позволяющая воспроизвести требуемые режимы системы автономного электроснабжения

3 Разработана математическая модель системы возбуждения бесще точного типа и система фазового компаундирования для анализа эффективности регулирования системы возбуждения с точки зрения подавления колебательных процессов ТБС и СФК обеспечивают надежное демпфирование колебаний во всем возможном диапазоне настроек АРВ

4 Выполнено математическое описание элементов автономной энергосистемы, в том числе, разработаны математические модели регулягора частоты вращения изодромного типа и регулятора частоты вращения фирмы «Вудвард»

5 Рассмотрена качественная методика оценки демпферного момента генератора IIa ее основе выполнены оценки влияния параметров демпферной системы генератора на демпферный момент в заданных условиях Применение данной методики позволяет на этапе проектирования рекомендовать параметры демпферной системы, обеспечивающие оптимальные показатели демпфирования на заданной частоте Напрошв, наличие демпферной обмотки обусловливает высокие значения демпферного момента на протяжении всей области изменения углов Наличие демпферных контуров оказывает существенное влияние на демпфирование колебаний

6 Рассмотрены условия демпфирования колебаний, вызванных неравномерностью вращающего момента первичного двигателя (дизеля) в условиях ЭЭС различной структуры Определены особенности колебательных процессов при параллельной работе с

системой бесконечной мощности и при работе многоагрегатных систем автономного электроснабжения 7 Обеспечение устойчивости и надежности работы ЭЭС обеспечивается за счет применения различных систем управления, важное место среди которых занимают системы автоматического регулирования возбуждения генераторов Достижение высоких демпферных свойств реализуется благодаря использованию в АРВ в качестве параметров стабилизации сигналов производной напряжения статора, отклонения частоты напряжения статора и производной частоты Установлена высокая эффективность использования канала регулирования возбуждения по производной тока статора и по производной частоты Показано, что подавление колебаний электромагнитной мощности генератора за счет регулирования возбуждения приводят к увеличению колебаний напряжения на шинах приемной станции Даны рекомендации по выбору настройки канала регулирования по производной тока статора и но производной частоты, обеспечивающих удовлетворение всех ограничений

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях

1 Повышение эффективности регулирования возбуждения генераторов многоагрегатной автономной системы электроснабжения [Гекст] / Епифанова О В , Смоловик С В // Материалы VIH Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 26-27 мая 2004г Издательство СПбГПУ - Санкт-Петербург, 2004 - С 149

2 Исследования работы системы фазового компаундирования [Текст] / Епифанова О В , Смоловик С В // Материалы IX Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 18-19 мая 2005г Издательство СПбГПУ - Санкт-Петербург, 2005г - С 251

3 Епифанова О В , Смоловик С В Особенности регулирования возбуждения генераторов автономных электрических систем / О В Епифанова, С В Смоловик // Международная научно-практическая интернет - конференция «Электрооборудование и электрохозяйство процессы и системы управления - ЭЭПС-2005» посвященная 1000-летию города Казани (19-23 сентября 2005 г, КГЭУ) Секция 3 Системы управления электротехническими объектами и комплексами Электропривод - (http//www kgeu ru)

4 Епифанова О В , Першиков Г А , Смоловик С В Исследования влияния насыщения на установившиеся режимы работы синхронного генератора / OB Епифанова, Г А Першиков, С В Смоловик // IV Международная научно - практическая интернет конференция «Энерго- и ресурсосбережение XXI век» г Орел

(http //www ostu ru/conf/coní2005 html)

5 Подавление колебаний мощности электростанций автономного электроснабжения [Текст] / Епифанова О В Смоловик С В // Материалы X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 18-19 мая 2006г - Издательство СПбГПУ - Санкт-Петербург, 2006г - С 273

6 Оптимизация работы тихоходных дизель-генераторов большой мощности в автономных системах электроснабжения [Текст] / Беляев А Н, Епифанова О В, Смоловик С В // Материалы X Всероссийской конференции по проблемам науки и высшей школы «Фундаментальные исследования в технических университетах» 18-19 мая 2006г Издательство СПбГПУ - Санкт-Петербург 2006г - С 263

7 Епифанова О В , Смоловик С В Подавление колебаний мощности и напряжения параллельно работающих синхронных генераторов с дизельным приводом [Текст] / О В Епифанова, С В Смоловик // Энергомашиностроение - 2005-2006 - №4-№1 - С 40

8 Регулирование синхронных генераторов с дизельным приводом [Текст] / АН Беляев, О В Епифанова, С В Смоловик // Научно-технические ведомости СПбГТУ Том 1 Естественные и технические науки -2006 - №5 - С 74

Подписано в печать 10 04 2007 Формат 60x84!/^ Объем 1,37 п л Тираж 100 экз Заказ 26

Издательство «Нестор»

195220, Санкт-Петербург, Гражданский пр , 11

Введение.

Глава 1. Обзор направлений развития автономной энергетики.

1.1. Дизельные, газотурбинные и газопоршневые электростанции.

1.1.1. Зоны децентрализованного энергоснабжения.

1.1.2. Дизельные электростанции.

1.1.3. Дизельные электротепловые станции.

1.1.4. Газодизельные и газопоршневые электростанции.

1.1.5. Газотурбинные установки.

1.2. Проблемы эксплуатации многоагрегатных дизель-генераторных электростанций.

1.3. Задачи диссертации.

1.4. Проблемы создания математических моделей.

Глава 2. Математическое моделирование элементов автономной энергосистемы.

2.1. Синхронный генератор.

2.2. Учет насыщения.

2.2.1. Методика учета насыщения стали на путях основного магнитного потока явнополюсных СМ.

2.2.2. Учет насыщения на путях потоков рассеяния контуров.

2.3. Моделирование систем возбуждения.

2.4. Математическое регулирование регулятора частоты вращения.

2.5. Методика расчета демпферных и синхронизирующих моментов генератора.

2.5.1. Колебательный режим синхронной машины.

2.5.2. Полные сопротивления синхронной машины в колебательном режиме.

2.5.3. Изменение токов статора во времени в режиме установившихся колебаний.

2.5.4. Изменения электромагнитного момента во время колебаний.

Глава 3. Исследование переходных процессов при работе генератора параллельно с системой большой мощности.

3.1. Результаты расчета составляющих синхронизирующего и демпферного моментов.

3.1.1. Определение величин активных сопротивлений демпферной системы, соответствующих максимальным демпферным моментам на заданной частоте.

3.1.2. Зависимость показателей демпфирования вынужденных колебаний ротора генератора от параметров сети.

3.2. Влияние системы регулирования возбуждения на характеристики вынужденных колебаний.

3.2.1. Влияние ДБС возбуждения на характеристики вынужденных колебаний.

3.2.2. Влияние СФК на характеристики вынужденных колебаний.

3.3. Исследования влияния насыщения на установившиеся режимы работы синхронного генератора.

Глава 4. Переходные процессы многоагрегатных систем электроснабжения.

4.1. Вынужденные колебания многоагрегатной системы с регулятором частоты вращения дизеля фирмы «Вудвард».

4.2. Вынужденные колебания многоагрегатной системы с изодромным регулятором частоты вращения.

4.3. Обобщение результатов.

В настоящее время повышенное внимание уделяется развитию систем автономного электроснабжения, которые не только дополняют стационарные электрические станции, но и во многих случаях обеспечивает решение важных технических проблем электроснабжения в труднодоступных районах. Автономная энергетика позволяет потребителю не зависеть от централизованного энергоснабжения и его состояния, использовать оптимальные для данных условий источники производства энергии. Закономерно, что такие технологии находят себе место и в промышленно развитых, и в развивающихся районах с различным климатом.

В электроэнергетике к малым электростанциям принято относить электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. Обычно такие электростанции разделяют на три подкласса:

• микроэлектростанции мощностью до 100 кВт;

• миниэлектростанции мощностью от 100 кВт до 1 МВт;

• малые электростанции мощностью более 1 МВт.

Малая электроэнергетика России сегодня - это примерно 49000 электростанций (98,6% от их общего числа) общей мощностью 17 млн кВт (8% от всей установленной мощности электростанций России), работающих как в энергосистемах, так и автономно [68]. Общая годовая выработка электроэнергии на этих электростанциях достигает 5% от выработки всех электростанций страны. Средняя мощность малых электростанций составляет примерно 340 кВт.

Современный этап развития экономики России характеризуется возрастанием роли энергетики в надежном и безопасном функционировании промышленных предприятий и экономики в целом.

Наиболее характерными особенностями современного этапа развития экономики России являются:

1. Увеличение доли перерабатывающих предприятий в общем объеме производимой в России продукции, внедрением на данных предприятиях новых энергоемких технологических процессов.

2. Существенное возрастание доли стоимости электроэнергии в общей себестоимости продукции промышленных предприятий, которое приводит к необходимости поиска потребителями новых вариантов электро- и теплоснабжения своих предприятий.

3. Сверхнормативный износ основного оборудования большинства электростанций и электрических сетей, входящих в единую энергосистему и отсутствие у владельцев необходимых средств на ремонт или замену этого оборудования.

4. Большой дефицит электроэнергии во многих промышленных районах России и длительные перерывы электроснабжения потребителей различных объектов промышленности и сельского хозяйства.

5. Отсутствие у большинства предприятий, работающих с технологическими процессами повышенной опасности, резервных (аварийных) источников электроэнергии, позволяющих при прекращении электроснабжения от внешней энергосистемы безаварийно остановить технологический процесс или остановить технологический процесс с минимальным ущербом для предприятия.

Сверхнормативный износ основного оборудования большинства электростанций и электрических сетей и большой дефицит электроэнергии во многих промышленных районах России приводит к существенному увеличению количества и длительности перерывов электроснабжения от централизованных энергетических систем.

Вследствие длительных перерывов электроснабжения многие государственные и частные промышленные предприятия и финансовые учреждения (банки, биржи и т.п.) несут большие экономические убытки. Это заставляет таких потребителей все чаще решать проблему резервного или аварийного тепло- и электроснабжения самостоятельно вне зависимости от состояния внешних энергоисточников.

Наиболее ярким примером длительного перерыва электроснабжения, приведшего к большим экономическим убыткам, является системная авария в мае 2005 года в энергосистеме ОАО «Мосэнерго». В результате данной аварии более 50% потребителей трех областей (Московская, Тульская и Тверская) остались без электроснабжения на срок от 2-х часов до 3-х дней, а убытки потребителей превысили миллиард рублей [68].

Однако прекращение электроснабжения может привести не только к финансовым потерям, но и человеческим жертвам (например, при проведении операций в больницах, при авариях на нефтяных и газовых предприятиях и предприятиях химической промышленности и т.п.) [39].

Вместе с тем во многих регионах России (до 40% территории страны) отсутствует централизованное электроснабжение от единой энергосистемы. В таких регионах получили широкое развитие системы автономного электроснабжения (САЭ) на базе дизельных, газопоршневых и газотурбинных электростанций, способные, при отсутствии связи с внешней энергосистемой, длительно обеспечивать электроснабжение и теплоснабжение объектов различного назначения.

К таким объектам относятся поселки нефтяников и газовиков, строителей, моряков и пограничников, буровые по добыче нефти и газа, промышленные объекты перекачки и переработки нефти и газа, стартовые комплексы космической отрасли, а также многие другие объекты в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Однако современный этап развития автономной энергетики требует перехода к созданию быстровозводимых блочно-модульных электростанций на базе модулей контейнерного исполнения и стационарных зданий в легко возводимых строительных конструкциях общей мощностью от 3 до 50 МВт в формате «под ключ».

При разработке электростанции любого исполнения специалисты должны ориентироваться на создание электростанций «единого технологического комплекса» включающего:

1 Источники электроэнергии и их вспомогательное оборудование.

2. Ограждающие конструкции (либо в контейнерном исполнении, либо в легко возводимых сборных конструкциях).

3. Устройства преобразования и распределения электроэнергии (высоковольтные закрытые распределительные устройства, комплектные контейнерные трансформаторные подстанции, низковольтные распределительные устройства и т.п.).

4. Автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) выработки электрической и тепловой энергии.

5. Вспомогательное оборудование и помещения электростанции (мастерская по ремонту оборудования электростанции, помещения для хранения запасных частей, бытовые помещения, помещения начальника электростанции и т.п.).

В настоящее время усиливается направление создания стационарных и блочно-модульных электростанций контейнерного исполнения с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии (коогенерационные электростанции или МИНИ-ТЭЦ). Поэтому в состав электростанций вводятся источники тепловой энергии (газо-водяные и водо-водяные утилизаторы) и системы утилизации тепла на их основе, позволяющие довести коэффициент полезного действия автономных энергоисточников до 7585%.

Среди наиболее существенных причин, побуждающих потребителей принять решение о строительстве собственных автономных источников энергии (АИЭ), можно выделить следующие:

1. Себестоимость электроэнергии от собственных АИЭ (особенно работающих на природном или попутном нефтяном газе) значительно ниже стоимости покупаемой у энергосистемы электроэнергии.

2. Стоимость строительства таких электростанций для многих предприятий соизмерима со стоимостью ущерба от перерыва в электроснабжении длительностью более 2 часов, а для некоторых (например, космическая отрасль) - со стоимостью ущерба от перерыва в электроснабжении длительностью 15-30 минут.

3. Надежность электроснабжения от АИЭ значительно выше, чем от энергосистемы, особенно если для АИЭ предусмотрен режим параллельной работы с внешней энергосистемой.

4. Наличие АИЭ позволяют предприятиям обеспечить энергетический суверенитет, а как следствие - экономическую независимость от рынка электроэнергии.

Большую роль играет малая энергетика в обеспечении надежности электроснабжения и энергетической безопасности (ЭБ) потребителей электроэнергии, которая является важной компонентой национальной безопасности страны и трактуется как состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от обусловленных внутренними и внешними факторами угроз дефицита всех видов энергии и энергетических ресурсов. По ситуативному признаку при анализе ЭБ выделяют три основных варианта, соответствующих нормальным условиям функционирования, критическим ситуациям и чрезвычайным ситуациям. ЭБ в условиях нормального функционирования связывается с необходимостью обеспечения в полном объеме обоснованных потребностей в энергетических ресурсах. В экстремальных условиях (то есть в критических и чрезвычайных ситуациях) ЭБ требует гарантированного обеспечения минимально необходимого объема потребностей в энергии и энергоресурсах. Непосредственно на ЭБ нашей страны сказываются острый дефицит инвестиционных ресурсов, недофинансирование капиталовложений в топливно-энергетический комплекс и многие другие угрозы экономического характера. В связи со значительной выработкой технического ресурса энергооборудованием всё большее влияние на ЭБ оказывают аварии, взрывы, пожары техногенного происхождения, а также стихийные бедствия. События последних лет показали существенную неустойчивость в обеспечении электроэнергией и теплом потребителей различных категорий от централизованных энергетических систем. Одна из причин этого - состояние «отложенного кризиса» в энергетике страны, обусловленное быстрым старением основного оборудования, отсутствием необходимых инвестиций для обновления и строительства новых энергетических объектов и их ремонта, сложности со снабжением топливом.

Другими причинами нарушения энергоснабжения являются природные (прежде всего климатические) катаклизмы, приводящие в ряде случаев к тяжелым последствиям для значительных территорий и населенных пунктов. Весьма уязвимыми являются централизованные системы энергоснабжения и с военной точки зрения. Например, с помощью сравнительно недорогих боевых блоков, разбрасывающих проводящие нити или графитовую пыль, НАТО удалось всего за двое суток вывести из строя до 70% электроэнергетических систем Югославии [68]. Кроме того, стратеги ядерных держав в качестве одного из вариантов начала войны рассматривают «ослепляющий удар»: взрыв над территорией противника на большой высоте ядерного боеприпаса, в том числе и специального, с усиленным выходом электромагнитных излучений. Электромагнитный импульс (ЭМИ) высотного взрыва охватывает огромные территории (с радиусом в несколько тысяч километров) и может выводить из строя не только системы управления, связи, но и системы электроснабжения, прежде всего за счет наведения перенапряжений на воздушных и кабельных ЛЭП. Характерно, что одним из стандартов МЭК рекомендуется проверка устойчивости энергетических систем к воздействию ЭМИ высотного ядерного взрыва. Насколько известно, в России работа в этом направлении практически не ведется. Уязвимыми являются централизованные системы энергообеспечения и для террористических актов. Опасность прекращения энергоснабжения вследствие указанных выше причин весьма значительна. Устранить ее средствами централизованного энергоснабжения по тем же причинам затруднительно. Однако задача повышения ЭБ ответственных объектов может быть решена средствами малой энергетики. Государство должно поощрять повышение энергетической безопасности объектов за счет строительства собственных электростанций малой мощности, например, снижением налогов или их отменой на определенное время с момента ввода электростанции в строй (опыт такого поощрения есть за рубежом).

Таким образом, несмотря на относительно скромную долю малой энергетики в общем энергобалансе страны по сравнению с большой энергетикой, которой уделяется основное внимание нашей науки и промышленности, значимость малой энергетики в жизни страны трудно переоценить.

В первой главе рассказывается о перспективах развития дизельных, газотурбинных и газопоршневых электростанциях, приводится ряд научно-технических и методологических проблем систем энергоснабжения на основе многоагрегатных дизель-генераторных электростанций. Рассматриваются вопросы управления и регулирования процессов в них.

Вторая глава посвящена вопросам комплексного математического моделирования элементов автономной энергосистемы для определения составляющих электромагнитного момента, учета насыщения и для обеспечения качества потребления электроэнергии системы автономного электроснабжения.

Математическая модель для анализа электромеханических переходных процессов разработана на основе уравнений синхронного генератора Парка-Горева. Выполнена разработка комплексной математической модели, включающей математическую модель нагрузки.

Реализованы математические модели автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и регуляторов частоты вращения. В основу математического описания АРВ и регуляторов частоты вращения положен набор передаточных функций его отдельных элементов.

В третьей главе приведены результаты расчетов демпферного и синхронизирующего моментов, колебаний мощности и напряжения при регулировании возбуждения и учете влияния насыщения на установившиеся и переходные процессы синхронного генератора при конечных возмущениях.

В четвертой главе рассмотрены способы снижения колебаний электромагнитной мощности при сохранении приемлемого качества напряжения в условиях автономной электрической станции с разнотипными генераторами с дизельным приводом. Предлагается использование дополнительных сигналов в законе регулирования возбуждения генераторов и применение дополнительных устройств стабилизации напряжения.

В результате выполнения работы были получены следующие результаты:

- Разработана математическая модель генератора с учетом насыщения для анализа колебательных процессов системы автономного электроснабжения и оценки показателей качества электрической энергии.

- Выполнено математическое описание элементов автономной энергосистемы.

- Разработана математическая модель системы возбуждения бесщеточного типа и системы фазового компаундирования для анализа эффективности регулирования системы возбуждения с точки зрения подавления колебательных процессов.

- Разработаны математические модели регуляторов частоты вращения дизель-генератора для прогнозирования нестабильности частоты вращения и влияния на неё до момента критических значений.

- На основе аналитической методики оценки демпферного момента синхронной машины выполнены оценки влияния параметров демпферной системы генератора с дизельным приводом на демпферный момент в заданных условиях.

- Рассмотрены условия демпфирования колебаний, вызванных неравномерностью вращающего момента первичного двигателя (дизеля) в условиях ЭЭС различной структуры.

- Выполнена оценка эффективности использования каналов регулирования возбуждения по производной тока статора и по производной частоты как в условиях параллельной работы с ЭЭС, так и при работе многоагрегатных систем электроснабжения.

На основе применения разработанных моделей и выполненных условий показано, что:

1. Параметры демпферной системы генератора должны отрегулироваться на этапе конструирования.

2. Наибольшую эффективность в подавлении колебаний электромагнитной мощности генератора обеспечивает регулирование возбуждения.

Заключение

1. Разработана математическая модель генератора с учетом насыщения для анализа колебательных процессов САЭ и оценки показателей качества электрической энергии. Выявлено значительное насыщение стали генератора СБГД 16,5. В установившихся режимах уровень насыщения стали на пути основного магнитного потока, выражаемый коэффициентами насыщения, достигает: по продольной оси Kad = 0,95, ^ по поперечной оси Kaq =0,82. Увеличение тока возбуждения при учете насыщения составляет 24%. Для компенсации влияния насыщения, при проектировании генераторов, увеличивают мощность системы возбуждения.

2. На языке Modelica реализована математическая модель дизель -генератора и системы его регулирования, позволяющая воспроизвести требуемые режимы САЭ.

3. Разработана математическая модель системы возбуждения бесщеточного типа и система фазового компаундирования для анализа эффективности регулирования системы возбуждения с точки зрения подавления колебательных процессов. ДБС и СФК обеспечивают надежное демпфирование колебаний во всем возможном диапазоне настроек АРВ.

4. Выполнено математическое описание элементов автономной энергосистемы, в том числе, разработаны математические модели регулятора частоты вращения изодромного типа и регулятора частоты вращения фирмы «Вудвард».

5. Рассмотрена качественная методика оценки демпферного момента генератора. На ее основе выполнены оценки влияния параметров демпферной системы генератора на демпферный момент в заданных условиях. Применение данной методики позволяет на этапе проектирования рекомендовать параметры демпферной системы, обеспечивающие оптимальные показатели демпфирования на заданной частоте. Наличие демпферной обмотки обуславливает высокие значения демпферного момента на протяжении всей области изменения углов. Наличие демпферных контуров оказывает существенное влияние на демпфирование колебаний.

6. Рассмотрены условия демпфирования колебаний, вызванных неравномерностью вращающего момента первичного двигателя (дизеля) в условиях ЭЭС различной структуры. Определены особенности колебательных процессов при параллельной работе с системой бесконечной мощности и при автономной работе многоагрегатных систем электроснабжения.

7. Обеспечение устойчивости и надежности работы ЭЭС обеспечивается за счет применения различных систем управления, важное место среди которых занимают системы автоматического регулирования возбуждения генераторов. Достижение высоких демпферных свойств реализуется благодаря использованию в АРВ в качестве параметров стабилизации сигналов производной напряжения статора, отклонения частоты напряжения статора и производной частоты. Установлена высокая эффективность использования канала регулирования возбуждения по производной тока статора и по производной частоты. Показано, что подавление колебаний электромагнитной мощности генератора за счет регулирования возбуждения приводят к увеличению колебаний напряжения на шинах приемной станции. Даны рекомендации по выбору настройки канала регулирования по производной тока статора и по производной частоты, обеспечивающих удовлетворение всех ограничений.

1. Абрамович Б.Н. Возбуждение, управление и защита промышленных (бесщеточных) синхронных машин Текст. М.: Ин-т "Информэлектро", 1981. -75 с.

2. Абрамович Б.Н. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей Текст. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1983. - 128 с.

3. Электромеханические комплексы с синхронным двигателем и тиристорным возбуждением Текст. / Б.Н. Абрамович, В.Я. Чаронов, Ф.Д. Дубинин, Ю.В. Коновалов. СПб.: Наука, 1995. - 263 с.

4. Абрамович Б.Н. Надежность систем электроснабжения Текст.: учеб. пособие: [Для студентов спец. 180400 «Электропривод и автоматизация горн, робот» и 170100 «Горн, машины и оборуд.»] / Б.Н.Абрамович. СПб.: С.Петербург. гос. горн, ин-т., 1997. - 37 с.

5. Алексеев Б.А. Определение состояния (диагностика) крупных турбогенераторов Текст. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. - 150 с.

6. Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы Текст. : учебник для студентов (курсантов) высших учебных заведений / А.П. Баранов. С-Пб.: Элмор, 2005. - 518 с.

7. Новые технологии и современныое оборудование в электроэнергетике газовой промышленности Текст. / И.В. Белоусенко [и др.] М. : Недра : Недра-бизесцентр, 2002. - 299 с.

8. Основы переходных процессов в электрических системах. Конспект лекций Текст.: конспект лекций. Часть II / А.Н. Беляев, Р.В. Окороков, Г.А. Першиков, И.Е. Рындина, С.В. Смоловик, B.C. Чудный СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.- 91 с.

9. Основы переходных процессов в электрических системах Текст.: конспект лекций. Часть II / А.Н. Беляев, Г.А. Першиков, И.Е. Рындина, С.В. Смоловик СПб.: Изд-во СПбГПУ, 2004.- 133 с.

10. Беляев А.Н., Смоловик С.В. Исследование статической устойчивости и динамической устойчивости электроэнергетических систем Текст. / А.Н. Беляев, С.В. Смоловик Изд-во СПбГПУ, 2002. - 89 с.

11. Беркович М.А. Автоматика энергосистем Текст. : учебн. для вузов / М.А. Беркович, В.А. Гладышев, В.А Семенов. М.: Энергоатомиздат, 1991. -238 с.

12. Богомолов B.C. Судовые электроэнергетические установки подчинённого управления Текст. Калининград: Кн. изд-во, 1996. - 239 с.

13. Бобров А.Э., Герасимов С.Е., Смоловик С.В. Влияние насыщения на параметры и переходные процессы генераторов Текст. / А.Э. Бобров, С.Е. Герасимов, С.В. Смоловик // Современные проблемы энергетики: Тез. док. VI республик, конф. Киев, 1985. - 51 с.

14. Бондаренко В.В. Быстродействие исполнительных устройств электронных регуляторов частоты вращения дизелей Текст. / В.В. Бондаренко // Двигателестроение. 1997. - №10. - С.38.

15. Брускин Д.Э. Электрические машины Текст. : учебн. для электротехн. спец. вузов : в 2 ч. / Д.Э. Брускин, А.Е.Зорохович, B.C. Хвостов. М.: Высшая школа. 1987. - ч.1. 318 е., ч. 2. 335 с.

16. Системы управления электроэнергетическими агрегатами Текст. : Сб. научн. тр. ВНИИ электромашиностроения / В.В. Буевич. JI. :ВНИИЭлектромаш, 1988. 126 с.

17. Bucci R.M., Hassan I.D., Weronick R. Evaluating the transient performance of standby diesel-generator units by simulation. IEEE Transactions on Energy Conversion / R.M. Bucci, I.D. Hassan, R. Weronick Vol. 7, No. 3, September 1992.

18. Важное А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока Текст. -JI.: Энергия. Ленигр. отд-ние, 1980. 256 с.

19. Веников В.А. Оптимизация режимов электростанций и энергосистем Текст.: учебн. для энерг. спец. вузов / В.А. Веников, В.Г. Журавлёв, Т.А. Филиппова. М. :Энергоатомиздат, 1990. - 349 с.

20. Веников В.А. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах Текст. / В.А. Веников, В.И. Идельчик, М.С. Лисеев. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 214 с.

21. Camporeale S.M., Fortunato В. Dynamic analysis and control of turbo-gas power plant. / IEEE Transaction on Power Systems. 1999.

22. Cordeiro V., Travassos J. Large Slow Speed Diesel Generators for Stationary Applications. / IEE 2nd International Conference on Advances in Power System Control, Operation and Management, December 1993, Hong Kong.

23. Глебов И.А. Электромагнитные процессы систем возбуждения синхронных машин Текст. / Отв. ред. д.т.н. С.И. Логинов. Л.: Наука. 1987. -344 с.

24. Глухивский Л.И., Дячншин Б.В., Фильц Р.В. Влияние насыщения на условия самораскачивания явнополюсной синхронной машины при работе на мощную сеть Текст. / Л.И. Глухивский, Б.В. Дячишин, Р.В. Фильц // Изв. вузов. Электромеханика. 1975. - №9. - С. 51.

25. Глухивский Л.И., Лябук Н.Н., Фильц Р.В. Расчет характеристик и процессов насыщенных явнополюсных синхронных машин Текст. / Л.И. Глухивский, Н.Н. Лябук, Р.В. Фильц // Электричество. 1977. - №2. - С.22

26. Глухивский Л.И., Фильц Р.В. Основные положения магнитно нелинейной теории явнополюсной синхронной машины Текст. / Л.И. Глухивский, Р.В. Фильц // Электричество. 1970. - №6. - С. 35.

27. Глухивский Л.И., Фильц Р.В. Расчет статических характеристик насыщенных явнополюсных синхронных машин Текст. / Л.И. Глухивский, Р.В. Фильц // Электричество. -1971. №3. - С. 11.

28. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины Текст. / А.А. Горев. Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1985. - 502 с.

29. Гольдштейн М.Е. Вентильные системы возбуждения синхронных генераторов Текст.: учебн. пособие для вузов по спец. «Электр, станции». / М.Е. Гольдштейн. Челябинск: Изд-во Юж. - Урал. гос. ун-та, 2001. - 99 с.

30. Грачев П.Ю., Костырев М.Л. Математические методы моделирования вентильных электрических машин Текст. / П.Ю. Грачев, М.Л. Костырев. -Куйбышев: КПтИ, 1986. 45 с.

31. Груздев И.А., Торопцев Е.Л., Устинов С.М. Определение настроек АРВ для совокупности режимов энергосистемы Текст. / И.А. Груздев, Е.Л. Торопцев, С.М. Устинов // Электричество. 1986. - №4. - С. 24.

32. Груздев И.А., Шахаева О.М. Системы автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов Текст.: учебное пособие / И.А. Груздев, О.М. Шахаева. Л.: ЛПИ, 1978. - 72 с.

33. Евдокимов Ф.Е. Теоретические основы электротехники Текст. : учебн для студентов учреждений сред. проф. образования, обучающихся по энергет. и радиотехн. спец. / Ф.Е. Евдокимов. М.: Высшая школа.: Academia, 2001. - 495 с.

34. Евдокунин Г.А. Электрические системы и сети Текст.: Учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей вузов / Г.А. Евдокунин. -С-Пб.: Изд-во Сизова М.П., 2001. 304 с.

35. Жданов П.С. Статическая устойчивость электрических систем Текст. / П.С. Жданов. М., 1945.

36. Huang Yu Analysis of A Possible Reason for Oscillation Phenomena in A Diesel-Generator Set through Catastrophe Theory / IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 10, No. 4, December 1995.

37. Зархин M.C. Оптимизация режимов судовых дизель генераторов на основе разработки системы стабилизации частоты, фазы и активной мощости Текст.: автореф. дис. канд. техн. наук /М.С. Зархин. - JL: ЛПИ, 1987. - 17 с.

38. ЗеккельА.С. Оценка качества регулирования и методика настройки стабилизации АРВ-генераторов Текст. / А.С. Зеккель // Электричество. 1988. - №5. - С. 41.

39. Зубков A.M. Дизель- генератор с предельно достижимой точностью регулирования частоты вращения Текст.: автореф. дис. канд. техн. наук / A.M. Зубков. - М.: Всесоюз. заочн. политехи, ин-т., 1985. - 20 с.

40. Идельчик В.И. Электрические системы и сети Текст.: Учебник для студентов электроэнергетических спец. / В.И. Идельчик. М.: Энергоатомиздат, 1989.- 592 с.

41. IEEE std 1110-1991, IEEE Guide for synchronous generator modeling practice in stability analyses, IEEE. 1991.

42. Кантер B.K. Параметры и характеристики явнополюсных синхронных машин с насыщенным магнитопроводом в симметричных установившихся режимах Текст. / В.К. Кантер. Рига: Зинатне, 1983. - 255 с.

43. Кац A.M. Автоматическое регулирование скорости двигателей внутреннего сгорания Текст. / А.М.Кац. М.-Л.: Машгиз. 1956. - 195с.

44. Кириенко Б.Г., Логинов А.Г., Фадеев А.В. Новое поколение статических систем возбуждения турбо- и гидрогенераторов Текст. / Б.Г. Кириенко, А.Г. Логинов, А.В. Фадеев // Сб. «Электросила». С-Пб, 2000. - №39. - С. 51

45. Кириллов И.И. Автоматическое регулирование паровых турбин и газотурбинных установок Текст. : учеб. для вузов по спец. «Турбиностроение». / И.И. Кириллов. Л.: Машиностроение, ленингр. отд-ие, 1988.-445 с.

46. Кита В.Ф. Газотурбинный наддув судовых двигателей внутреннего сгорания Текст. / В.Ф, Кита. М.: Речной транспорт. 1960.

47. Клима И. Оптимизация энергетических систем Текст.: Пер. с чешского Л.Г.Ублинский / Под. ред. В.Р. Окорокова. М. Высшая школа, 1991. - 301 с.

48. Ковач К.П., РацИ. Переходные процессы в машинах переменного тока Текст. / К.П. Ковач, И.Л. Рац. М.: Госэнергоиздат, 1963. - 744 с.

49. Королев Л.К. Газовые двигатели поршневого типа Текст. / Л.К. Короев. -М.-Л.: Машиностроение, 1968. 256 с.

50. Королев Л.К. Газомоторные установки Текст. / Л.К. Короев М.: Машгиз, 1951.- 352 с.

51. Королёв Л.К. Газовые двигатели поршневого типа Текст. / Л.К. Королев. Л.: Машиностроение, 1968. - 389 с.

52. Костырев М.Л. Электрические машины: Спец. курс Текст. : учебн. пособие. / М.Л. Костырев. Куйбышев : Авиац. ин-т, 1984. - 82 с.

53. Паровые и газовые турбины Текст.: учебник для ВУЗов. / Под ред. А.Г. Костюка. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 351 с.

54. КостюкА.Г. Динамика и прочность турбомашин Текст.: учебн. для студентов вузов, обучающихся по спец. «газотурбин., паротурбин, установки и двигатели»./ А.Г. Костюк. М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 478 с.

55. Электроснабжение, энергосбережение и электроремонт Текст. : Науч.-техн. конф., 16-18 нояб. 2000 г: Тез. докл. / Под общ. ред. Б.И.Кудрина, Б.В. Жилина Новомосковск: НИ РХТУ, 2000. - 173 с.

56. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий Текст. : учеб. для студентов вузов, обучающихся по курсу «Электроснабжение пром. предприятий» / Б.И. Кудрин. М.: Интермет Инжиниринг, 2005. - 670 с.

57. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах Текст.: учеб. пособие / Ю.А. Куликов. М.: Мир. 2002. - 283 с.

58. Левинштейн М.Л., Щербачев О.В. Статическая устойчивость электрических систем Текст. : учеб. пособие / М.Л. Левинштейн, О.В. Щербачев. СПб.: СПбГПУ, 1994.

59. Литкенс И.В. Колебательные свойства электрических систем Текст. / И.В. Литкенс. М. Энергоатомиздат, 1988. - 216 с.

60. Логинов А.Г., Фадеев А.В. Расширение производства и опыт внедрения статических систем возбуждения нового поколения АО «Электросила» Текст. / А.Г. Логинов, А.В. Фадеев // Сб. «Электросила». С-Пб, 2001. - №40. - С. 38.

61. Луков Н.М. Автоматизация тепловозов, газотурбовозов и дизель-поездов Текст. / Н.М. Луков. М.: Машиностроение, 1988. - 269 с.

62. Murray W. Davis, Fellow IEEE, Mini Gas Turbines and High Speed Generators for Micro grids. 1998.

63. Мельников H.A. Электрические сети и системы Текст. / Н.А. Мельников. -М.: Энергия. 1975.

64. Николаев Н.И. Конструкции судовых паровых турбоприводов вспомогательных механизмов Текст. : учеб. пособие. / Н.И. Николаев, В.А. Савченко. Новорос. гос. мор. акад. - Новороссийск: НГМА, 2003, - 77 с.

65. Новости электротехники: информационно-справочное издание. // Подбор статей 2003-2004гг.

66. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования Текст. : учеб. для студентов вузов. / И.П. Норенков. -. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 446 с.

67. Основы автоматического регулирования Текст.: Теория / Под ред. Солодовникова В.В. М.:Машгиз,1954.

68. Pourbeik P., Senior Member IEEE, Modeling of Combined-Cycle Power Plants for Power Systems Studies, 2003.

69. Педан Э.В. Интенсивное регулирование возбуждения судовых синхронных генераторов Текст.: автореф. дис. канд. техн, наук. / Э.В. Педан. JL, 1984. -22 с.

70. Пинский Ф.И. Перспективы комплексного совершенствования дизелей информационными связями и компьютерными технологиями в адаптивном управлении Текст. / Ф.И. Пинский // Двигателестроение. 2002. - №1. - С. 9.

71. Полетавкин П.Г. Парогазотурбинные установки Текст. / П.Г. Полетавкин. М.: Наука, 1980. - 141 с.

72. Постников Н.П., РубашовГ.М. Электроснабжение промышленных предприятий Текст.: учеб. для техникумов / Н.П. Постников. JL: Стройиздат Ленингр. отд-ие, 1989. - 351 с.

73. Системы возбуждения и регулирования мощных энергетических агрегатов. // Сб. статей АН СССР, нов. Л., 1979.

74. Основы переходных процессов электроэнергетических систем. Конспект лекций. Часть I Текст.: конспект лекций / С.В. Смоловик, Г.А. Першиков, Р.В. Окороков, Ю.Г. Селезнев С-Пб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. - 107 с.

75. Смоловик С. В. Методы математического моделировании переходных процессов высокоиспользованных и нетрадиционных синхронных генераторов электроэнергетической системы Текст.: автореф. дис. докт. техн. наук / С.В. Смоловик. Л.: ЛПИ, 1988. - 31 с.

76. Сухарев Е.М. Судовые электрические станции, сети и их эксплуатация Текст.: учеб. для сред. спец. учеб. заведений / Е.М. Сухарев. JL: Судостроение, 1986. - 299 с.

77. Сыпко С.А. Повышение эффективности импульсной системы наддува судовых дизель генераторов Текст.: автореф. дис. канд. техн. наук / С.А. Сыпко. - Николаев, 1987. - 24 с.

78. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы Текст. / С.А. Ульянов. М.: Энергия, 1970. - 501 с.

79. Бесщеточные системы возбуждения мощных синхронных машин Текст. / В.Ф. Федоров // Сб. науч. трудов ВНИИ электромашиностроения. Л.: ВНИИэлектромаш, 1986. - 171 с.

80. Федоров А.А. Основы электроснабжения промышленных предприятий Текст.: учеб. пособ. / А.А. Федоров. М.: Энергия, 1979. 104 с.

81. Харин В.М. Судовые вспомогательные механизмы и системы Текст.: учеб. для спец. 14.03 «Эксплуатация судовых энерг. установок» и 21.03 « Автоматизация судовых энерг. установок» / В.М. Харкин. М.: Транспорт, 1992.-319 с.

82. Цыркин М.И., Гольдинер А.Я. Дизельные агрегаты резервного электропитания Текст. / М.И Цыркин., А.Я. Гольдинер. СПб.: Чистый лист, 2003. - 277 с.

83. Читетян В.И. Синхронные и асинхронизированные генераторы автономных систем Текст.: автореф. дис. канд. техн, наук. / В.И. Читетян. -М., 1990.-21 с.

84. ЮргановА.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов Текст. / А.А. Юрганов. СПб.: Наука, 1996. - 137 с.

85. Юрганов А.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов Текст. / А.А. Юрганов. СПб.: Наука, 1996. - 137 с.

86. Юревич Е.И. Проектирование технических систем Текст.: учеб. пособ. / Е.И. Юревич. М.: Энергия, 2002. - 107 с.

87. Undrill John General Electric International Incorporated, Issues of power Plant Control in Relation to System Frequency Control. 1998.