автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Параллельная работа судовых синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ _ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.И.УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

РГ6 од

' На правах рукописи

Васин Игорь Михайлович

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА СУДОВЫХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ С РАЗНОТИПНЫМ СИСТЕМАМИ ВОЗБУЩДЕНИЯ

Специальность:05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург-1994

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университет^ им.В.И.Ульянова (Ленина)

Официальные оппоненты:

доктор технических наук профессор Вилесов Д. В.

кандидат технических наук ст.науч.сотр. Смирнова Н.'Н.

Ведущая организация - Центральный научно-

исследовательский институт судовой электротехники и технологии.

Защита состоится " б 7" ьШЦ 1994 г..в часов 'на еаседании специалиэированного совета К 063.36.08 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета км.В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197278, Санкт-Петербург. ул.Йроф.Иоаова.Б

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан апрелд 1994 г.

Ученый' секретарь специализированного совета

Балабух А.И.

■ - 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

Актуальность раОогы. Задачи, решаемые в диссертационной работе, относятся к области проектирования, эксплуатации и ремонта электрооборудования судовых электроэнергетических систем. Предметом исследования является один наиболее сложных комплексов современного корабля - судовая электростанция (СЭС).

СЭС является жизненно важной и неотъемлемой принадлежностью любого судна и потому всесторонне изучалась и изучается. Имеются десятки книг, монографий, статей, посвященных этой тематике.- В этом направлении работали и продолжают работать ЦНИИ иы. академика Крылова, ЦНИИ СЭТ, ЯКИ, ЛЭТИ, Морская академия, ШО " Аврора ", и др., профессора Баданов А.П., Веретенников Л. П., Видесов Д.В., Константинов В.Н., Коськин Ю.П., Токарев Л.Н. Ясаков Г.С. и др. .

Однако развитие судовой электроэнергетики вьщвигаег все новые задачи. Одна из таких задач связана с появлением на отечественных судах большого количества синхронных генераторов иностранных фирм. Системы возбуждения многих из них выполнены без отрицательной обратной связи по напряжению, т.е. в этих системах отсутствуют корректора напряжения. К таким системам относятся системы возбуждения синхронных генераторов фирм Dessau, Rade Conchar, Siemens, Heemaf, Ganza Motoren и др.

В результате обострились две проблемы обеспечения параллельной работы судовых синхронных генераторов,' а именно:

- невозможность параллельной работы синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения, -

- невозможность параллельной работы с береговой сетью синхронных генераторов, в системах возбуждения которых отсутствуют корректора напряжения.

•Отсутствие решения этих проблем не позволяет: в области эксплуатации - быстро и оперативно проводить замену вышедшего из строя генераторного агрегата на генератор другой фирмы той же или соизмеримой мощности (наиболее остро эта проблема стоит на судах иностранной постройки с постгарантийными сроками эксплуатации) ,

ь области проектирования - проектировать электростанции, рас-

читанные на режимы длительной параллельной работы валогенераторов с генераторами.СЭС, либо, в случай необходимости, комплектовывать СЭС разнотипными генераторными агрегатами,

в области судоремонта и строительства судов - не позволяет.

экономить электроэнергию и препятствует широкому внедрению экологически чистых ресурсосберегающих методов швартовных испытаний СЭС с использованием береговой сети.

Из сказанного видно, что реиение указанных проблем является важной, актуальной научно-технической задачей.

Цель работы. Разработка методов и средств, обеспечивающих устойчивое и пропорциональное распределение реактивной нагрузки мевду генераторами с разнотипными системами возбуждения.

Методы исследованы. Результаты доследований, включенные в диссертадао базируются на теории математического моделирования. теоретических основах электротехники, теории электрических машин, а-также на методах анализа и синтеза линейных и нелинейных замкнутых систем, численном анализе, и теории оптимизации.

Научная новизна. Основные научные результаты, представляемые на ващиту, состоят в следующем:

- разработана математическая модель синхронного генератора с

' системой возбуждения без корректора напряжения,

- разработана структура и получено математическое описание устройств распределения и стабилизации реактивной мощности генераторов с разнотипными системами возбуждения,

- создана математическая модель судовой электростанции, содержащей синхронные генераторы с разнотипными системами возбуждения,

- разработана методика формирования структуры и определения областей параметров машин и регуляторов, обеспечивающих требуемое качество распределения реактивных нагрузок в СЭС.

Практическая ценность. Разработанные методы распределения реактивной нагрувки в СЭС с разнотипными синхронными генераторами позволили:

- решить задачу проведения швартовных испытаний на береговую сеть судовых электростанций с синхронными генераторами иностранной постройки,

- разработать практические рекомендации по проектированию СЭС

с разнотипными синхронными генераторами, в том.числе по замене вышедших из строя генераторов на генераторы других фирм такой ке или соизмеримой модности, '

- разработать комплекс программ, позволяющий моделировать режимы параллельной работы разнотипных генераторов и обосновывать требования к структуре и параметрам специальных согласующих устройств.

Кроме того разработаны и технически реализованы устройства стабилизации реактивной мощности, обеспечивавшие параллельную работу синхронных генераторов с системами возбуждения без корректоров напряжения с береговой сетью и специальные согласующие устройства для синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения.

Основная часть диссертационной работы выполнена в рамках межвузовской целевой программы работ по решению научно-техничес кой проблемы:" Разработка методов и средств экономии электроэнергии в электрических системах", научно-исследовательских работ по договорам с Волгоградским, Мурманским и Калининградским судостроительным и судоремонтными заводами, а также работ, свя-анных с модернизацией судовых электростанций судов Санкт-Петербургского пассажирского речного пароходства.

Внедрение результатов работы. Результаты работы внедрены на судах Санкт-Петербургского речного пароходства в качестве основных регуляторов СЭС, на Калининградском .судоремонтном заводе в виде технологической" оснастки при испытании СЭС на береговую сеть, на кафедре"Электрификации и автоматизации судов" С-ПбГЭТУ им.В.И.Ульянова (Ленина) в качестве'лабораторных макетов и стендов, используемых в учебном процессе.

Указанное подтверждено соответствующими актами внедрения.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 1ой Всесоюзной конференции по злектромеханотронике ( Ленинград,1987 ) на семиках НТО .им.академика А.Н. Крылова," Экономия топливных ресурсов при испытаниях судовых ЭЭС " ( Ленинград,1986 ), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТИ им. В.И.Ульянова С Ленина ) ( Ленинград, 1987-1992 ).'

Публикации. По теме диссертационой работы опубликовано б тучных статей,2 учебных пособия и тезисы доклада на конференции.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введе-

ния, четырех разделов с выводами, заключения, списка литературы, включающего 32 источника и приложения. Основная часть работы изложена на 150 страницах' машинописного текста й содержит 60 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ведении обоснована актуальность решения проблем параллельной работы судовых синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения. Сформулирована цель работы и поставлены ва-дачи исследования, направленные на достижение этой цели. Кратко наложено содержание диссертации, перечислены научные и практические результаты, выделены научные положения, выносимые на ва-щиту.

Первый раздел посвящен анализу состояния вопроса распределения реактивной нагрузки между судовыми синхронными генераторами. Целью анализа является:

а) оценка степени теоретической проработки вопросов распределения реактивной нагрузки ыедду синхронными генераторами судовой электростанции и возможности использования существующего математического описания для исследования параллельной работы генераторов с разнотипными системами возбуждения,

б) 'рассмотрение возможности использования существующих способов и средств обеспечения режима параллельной работы для достижения требуемого качества распределения реактивной нагрузки между генераторами с разнотипными системами возбуждения.

Судовая электростанция является одним из наиболее сложных технических комплексов судна, состоящим из нескольких генераторных агрегатов со своими устройствами управления и регулирования Управление этим комплексом даже при однотипных функциональных элементах СЭС как объекта управления является достаточно сложной задачей. Тем больший интерес представляет решение задачи, связанной с управлением СЭС при разнотипном составе ее функциональных элементов. Проведенный анализ показывает, что на сегодняшний день на флоте находятся в эксплуатации несколько десятков типов систем возбуждения судовых синхронных генераторов, предназначенных для обеспечения процесса самовозбуждения, поддержания гребуеюго уровня напряжения и распреднления реактивной нагрузки между генераторными агрегатами при их параллельной

- - Б - .

работе.

Для исследования режимов параллельной работы генераторов, системы возбуждения которых имеют устройства коррекции напряжения, существует хорошо разработанный математический аппарат. Однако указанный аппарат не позволяет исследовать параллельную работу генераторов с системами возбуждения без устройств коррекции напряжения. Он оказывается неприменим и для исследования параллельной работы СЭС, содержащей генераторы с разнотипными системами возбуждения.

При решении задач распределения реактивных нагрузок междупараллельно работающими генераторами СЭС в настоящее время используются следующие технические способы и средства:

- для систем регулирования с коррекцией напряжения и устройствами параллельной работы, распределение реактивных нагрузок осуществляется за счет введения уравнительных соединений между устройствами параллельной работы.

Однако этот способ распределения возможен только для генераторов с аналогичными по принципу действия и схеме системами возбуждения.

- для систем возбуждения без корректоров напряжения распределение реактивных нагрузок осуществляется за счет введения уравнительных связей на стороне постоянного или переменного тока систем возбуждения..

Параллельная работа_таких генераторов с генераторами, оборудованными другими системами возбуадения недопустима. Параллельная работа с береговой сетью невозможна.

- для генераторов с разнотипными системами возбуждения при наличие устройств коррекции распределение реактивных нагрузок осуществляется за счет введения в систему регулирования статизма' по реактивному току.

Однако в динамических режимах работы СЭС в наиболее тяжелых условиях оказывается генератор с более инерционной системой возбуждения, 'что может привести к нарушению режима параллельной работы.

Делается вывод о том, что задача распределения реактив.ной нагрузки при параллельной работе генераторов с разнотипными системами возбуждения может быть решена только за счет введения в контур регулирования специальных согласующих устройств. Для определения структуры и параметров этих устройств, а также в це-

лях определения путей достижения оптимального распределения реактивной нагрузки в данных условиях эксплуатации СЭС, вся сово-вокупность систем возбуждения отечественных и зарубежных синхронных генераторов "сведена к трем типам систем регулирования, принимаемых за базовые при разработке математического Описания систем распределения реактивной нагруэки СЭС.

Второй раздел связан с разработкой математического описания и исследованием параллельной работы синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения.

Поэтапный процесс разработки математического описания преследует цель создания моделей, обеспечивающих наиболее адекватное отражение процессов распределения реактивной нагрузки между судовыми синхронными генераторами при их параллельной работе на судовую или береговую сеть. Позволяет работать над улучшением качественных характеристик систем распределения реактивной'нагрузки при различной организации и условиях эксплуатации СЭС.

Для достижения намеченной цели ставятся задачи:

а) обоснование степени допустимого упрощения математического описания основных элементов системы генерирования и распределения нагрузки СЭС, позволяющие исключить неоправданные трудности при моделировании многоагрегатной системы,

б) выбор и использование алгоритмов, наиболее полно сохраняющих различные,, типы связей и взаимодействия между ее функциональными элементами СЗС при разработке математических моделей систем распределения реактивной нагрузки,

в) использование разработанного математического аппарата для проведения вычислительного эксперимента и.определения условий построения систем распределения, позволяющих добиваться оптимальных показателей качества распределения при различной организации и условиях.эксплуатации СЭС.

Результатами сравнительного анализа вычислительного эксперимента, проведенного по полным и упрощенным уравнениям генератора, нагрузки и линий связи, обоснована возможность исключения апериодических составляющих из уравнений статора генератора и рассмотрения уравнений статической нагрузки и линии связи в качестве безинерционных элементов системы. Такое упрощение позволяет значительно сократить порядок системы дифференциальных уравнений, исг..льзуемых для исследования процессов распределения реактивных нагрузок в СЭС, особенно при моделировании, много-

агрегатных станций, без нарушения . достоверности получаемых результатов.

Предложена принципиальная доработка существующего математического описания синхронного генератора с системой возбуждения без устройств коррекции напряжения. Необходимость уточнения модели связана с невозможностью получения в рачках существующего математического описания' характеристик, соответствующих, реальному физическому объекту. Эффект достигается за счет введения з уравнения существующей математической модели нелинейнос-тей в функции насыщения магнигопроводов генератора и системы возбуждения. Для учета насыщения используется интерполяционная функция кривой намагничивания стали линейными сплайнами вида:

1*<Х) - с (Х-Хк)/(Хц+а-Хц) )*СГ<Хк+1М (Хк) ] +1 (Хк). Погрешность аппроксимации на всем диапазоне кривой намагничивания составляет не более 1,1Х. А так как устойчивое равновесное состояние замкнутой системы достигается исключительно за счет эффекта нелинейностей объекта регулирования и регулятора, то комбинацией интерполяционных параметров удается получить любой желаемый вид нелинейной зависимости и добиться нужных характеристик системы регулирования.

Выбрана структура я предложено математическое описание устройств стабилизации реактивной мощности и показана его эффективность при моделировании динамических режимов параллельной работы с береговой сетью ^генераторов с системами возбуждения беа корректоров напряжения. Система уравнений, описывающая режим параллельной работы синхронного генераторного агрегата с береговой сетью, имеет вид: -

С и ] - С С Г1С 2П § ] , С 1СТ] - С К 1Ш 1 + С I Н Ур ] , С 1р ] [ М ] [ % ] + С N ] С 1ст 3 . С УстЗ -[ЯП 1ст] + С Р И 1р ] . М - У<1Г<, + , Р - ис|1с1 + , <3 - ич1«1 - . [ 1Н ] - С Ун К и ].

[ 1свЗ - I УсвНи ] +■ [- УсвК ис]1 г ] , С Ур ] - С А К % ] + С В К 1ст з + С Б К \}{ У . Рр - 1г - к1<1 + .

- Г(Рр.ЬСХ)) ,

'Рг - кии + кхха^'+ Ь .

иг - ГРг.ИЮ) ,

1Л - УдЦтои .

иТо - С05(Й)/2) ,

ЛЦ- 0 - Он .

ос - (Он " МО + Ти1ЛИЬ)Лв(>) . 9 ' (1/Тв)(Цр - Мэ) , ТеДр + - " КэСФ ~ Но) •

На примере известных экспериментальных данных подтверждена адекватность используемого математического описания- системы распределения реактивной нагрузки СЭС, содержащей генераторы с однотипными системами возбуждения.

Так вычислительный эксперимент показал, что распределение реактивной мощности между генераторами- с астатическими по виду характеристиками систем регулирования напряжения является Неопределенным параметром. Для достижения устойчивости распределения реактивной нагрузки в систему регулирования необходимо, ввести либо статизм по реактивному току, либо уравнительные свяви между блоками параллельной работы.

Распределение реактивной нагрузки между генераторами с системами возбуждения без корректоров напряжения возможна лишь за счет включения уравнительных связей между обмотками возбуждения Однако при различных параметрах систем возбуждения эти технические решения не позволяют получить требуемого качества распределения.

Определена структура к предложено математическое описание специальных устройств согласования реактивных нагрузок, обеспечивающих требуемое качество распределения реактивной- мощности при параллельной работе генераторов с различными типами систем возбуждения.

Система уравнении, олисывавдая режимы-параллельной работы СЭС, содержащей два синхронных генераторных агрегата с разнотипными системами возбуждения, записала в виде: 1С 1Н 3 1 г V-»11-11

I I УиЗ! ад Г1! с Ох 3! С и2 1 '1-е 5м.3с У2г]| 1С *5г Л 1С 1с*13| 1-е Yr.it 0 I 1 3 * |с 1ст23|1 о ¡-ГУг'гзПс и2 31

С 1Р13| 1ШК4131-0 НС ?Р131 1СМК513! о _11С 1ст13(

С 1р23| I О ¡ЕМХ42Л IС Ур23' I О 1СМК52311С 1ст23|

с 01 31 С & з|

С УцЗ I У12З с У21З с У22З с 3

г УщЗ + Г

С УпЗ +. С УсшЭ С Усв1] + с СК12] . с УсвгЗ + с иск«]", С уг8]'+ с УсвгЗ + С Уяг! * г Уг1Н Ое-13 С *Р13- . С 1св1Э1|[ Усв^СС и_1_]_- [_(Ж12Н и2_]) I с 1св2]Г|ГУСв23([~и2 3 ОСК12ЗС 3)1 Рр1 - 1г1 - «11(11 + 101 » *п - Г1(РР1,Ь(Х1)) , С ?стЗ - С I? 3С 1стЗ + с Р З.с 1р 3 , ип - к1лич + кц1«й .

1у1- ("1у1 + к(и - (иН1 + ид))/ТК1 ,

ид - кд0 .

Гг2 " ки11ч + кхХс!1с12 + 1и2 . игг- Г(РГ2,КХ)) , 1д - УдУтоУ . 11то - иС1 + С03(й)/2) ,

£1лг(в) ,

$ - к„№ + ТиУйСЩЬ . •

АН - <51 - Ог ,-

+ .

и^Ха + ТМс . ио^ - .,

и р

о и

. *

С ?Р131

с ?Р23

?1 I 92 Др1 ш

-

имкц]|_о

СМК21З} о

"о" ~ Г[МК22] 1/тв1 !_о_ I ~ о 11/т££|

-1/Тв_1[_ о I ""о* !- Г/Тег!

С ?Р13|

с ?Р23|

IIе 1ст1]

||[ 1стгЗ Ирг

£Уп] ШггЗ

Мр2 Цр1

Йз2

-1/Таг! О _ 0 Г1/Та2

|М»1| кг!

I о -"КвеЛзг!

<и <?г1

|Кз1/Тз1|_ 0 |1|1о1|

ч 0 Т^ТйПивв!

С О12З - К12( VI - «Р2 ) • В третьем разделе разрабатывается методика формирования структуры и определения областей параметров системы распределения реактивной нагрузки СЭС. Дается решение, при которой дости-

- 10 - •

гаруся наилучшие, или по крайней ыере, отвечающие поставдевдгм трзбозавиш. показатели функционирования системы распределения.

С уочки ареакя теории САУ судовач электростанция, оборудо-вшная синхронными генераторами с разнотипными системами возбуждения относится к типу систем управления, для которых необхеди-шо по техническим условиям свойства не могут быть получены ва-сч$г испо©сования только основных функциональных элементов. Требуемое качество рассматриваемых'систем может быть достигнута исключительно га счет введения дополнительных функциональных элементов и устройств. Ввиду неоднородности основных функциональных элементов и большого количества вариантов дополнительных функциональных устройств, первостепенное значение преобретает вадача поиска оптимальных технических решений при проектировании системы раопределения реактивной нагрузки СЭС. Судовая электростанция является многосвязной, нелинейной системой большой размерности, что обусловило отсутствие стандартных методов решения вадача оптимизации для этой системы. Кроме того, при использовании того шщ иного метода оптимизации считается, что исходная математическая -модель уже записана в стандартной форме. Однако для СЭС, состоящей ив нескольких генераторных агрегатов, редача приведения исходного математического описания к стандартной форме, рассматривается как вполне самостоятельная задача.

Исходная система нелинейных уравнений, описывающая- режш параллельной работы двух генераторов на судовую сеть эаписана 9

»ИД®:

[ Фр] - С А 3 С *Рр] + С В ] С и ],

С 0 ] - [ ¡«¿К ич] - С 1ЧП и«1].

['а ][ и э - [ о п *Р],

[ иг ] - [ I ][ ?р] - [ 1у],

[I Э—сызсиз+с М ][ Ур], с 1У] - с К1ЗС 1у].+ [ к2]((/с [ ич]г) - шнз) + с> здо, ЛИ - йа - 02.

Матрица коэффициентов С А ] имеет вид:

с Акз

[ Ак] 0 0 С Ак]

. Ак- ( ак14). и-НЗ, к-1,2.

[0 1-

- и -

Для определения вектора напряжений [ I! ] выделим вектор [ и ] удовлетворяющий следующей системе уравнений:

[ 3 ЗС и ] - С Ь ][ Ч ] ,

где

[СгЗ [VI] СУ2] ГСЙ1 для к - 1,2 имеем;

скц- гнк - Всв ; ск12- + Ьнк + ьсв ;

Ск21- -1/Хсрс - Ьнк - Ьсв : ск22 - ?нк + Всв : У*11 - -ВсвСОЗ(а) + ЬСв31п(8) ; У2ц - -еСвС03(5) - Ьсвз1п(8); уЧг - -Всвз1п(б) - ЬсвСОБСб) ; У212 - гСв31п(8) - ЬсвСОБС»); У121 - ЬсвСОЗ(8) + гСв51п(8) У221 - ВсвСОБСВ) - Ьсв31п(8); У*22 - Всв51п(8) - (?свС05(3) ; у2гг - -Ьсв31п(8) - гСвСоз(8).

Здесь видно, что часть коэффициентов матрицы С 0 3 является функцией от угла расхождения роторов параллельно работающих агрегатов ( 8 ) » .который является" переменной состояния при моделировании основных режимов работы системы. В режиме параллельной ''работы, при исследовании процессов распределения реактивной нагрузки, ив-за различных постоянных времени электромагнитных и электромеханических контуров системы, характер перераспределения реактивной нагрузки в СЭС определяется системами регулирования потоков возбуждения. Это дает возможность при решении задач оптимизации систем распределения реактивной нагрузки рассматривать угол 8 в качестве линейно изменяющейся функции.

Управление распределением реактивной мощности при параллельной работе генераторов осуществляется за счет управления потоками возбуждения генераторных агрегатов. Решение исходной системы уравнений относительно вектора управления потоками возбуждения параллельно работавших машин ищем из системы, полученной в виде:

I Фр^.З - [ Аон1К ?рлЗ + С Воя1П 1У1 ] . . [ !у1] - ( АонйН Та -3 - Е КцН иЯ1] - С К21П 1У1] , для 1 - 1тб , 1 - 1т2, приравняв нулю [ ^П 1У13. Вектор упра-

доения находим как:

tlyi] - (-[АоигПАощГЧВон!] - С К21])_1[ Кц][ UHi]. Задача обеспечения" заданной точности системы распределения реактивной нагрузки СЭС решается в процессе параметрического синтеза, за счет поиска в области основных и дополнительных параметров системы распределения, при ограничениях вида: CKiD,. [К2], IF] > 0 , После ввода системы в область заданного распределения,границы этой области становятся дополнительными ограничениями процедуры поиска и ищется оптимальное для данных условий соотношение параметров, минимизирующее целевую функцию вида:

Fi - Ii + ra(l/Cxi) + Г8(1/Сх8).

где Ii - ÍAQe'^^^in(k2ct)dt, _ -

oí - Pimin- степень устойчивости, С, - |Uiinax|//(Pi2+ «t2Imln - степень колебательности системы, ¿Q -IQi - 0г1- ошибка распределения реактивных нагрузок в СЭС, Pi.ui- вещественная и мнимые части 1-го комплексного корня характеристического уравнения системы, ki,k2,ri,r2 .--весовые коэффициенты.

Здесь ri(l/Cxi), г2(1/С*2) - штрафные ограничения целевой функции.

Процедура поиска экстремума целевой функции организована с использованием классического метода оптимизации-метода Нелдера-Мида. Целевая функция связывает исходную математическую модель СЭС с показателями качества распределения через вектор параметров ошибки распределения реактивной нагрузки и комбинацию параметров собственных чисел исследуемой системы. Такое сочетание позволяет в рамках критерия эффективности наложить на классическое понятие устойчивости системы реальные технические ограничения.

Алгоритм синтеза искомой системы, удовлетворяющей требуемым показателям качества, выполняется на линеаризованной модели с дальнейшей проверкой полученных результатов на полной нелинейной модели СЭС.

Четвертый раздел посвящен экспериментальной проверке результатов моделирования и возможных вариантов их реализации. Известно, что любая математическая модель является принципиально ограниченной. В этой связи говорить о ценности результатов моделирования можно лишь после того,как будет установлено определен-

нов соответствие'между моделью и реальной физической системой.

Отсюда задачей последнего раздела диссертационной работы является экспериментальная проверка основных результатов, полученных в процессе проделанной работы и оценка возможностей технической реализации согласующих устройств, обеспечивающих распределение и стабилизацию- рактивной мощности при параллельной работе генераторов, оснащенных разнотипными системами возбуждения.

Для экспериментальных исследований режимов работы системы распределения реактивной нагрузки СЭС и ее основных функциональных узлов подготовлен стенд, в состав которого входят как силовые, так и измерительные и регистрирующие приборы. Основным измерительно-регистрирующим узлом стенда является персональный компьютер со специально разработанным интерфейсом связи и аппаратурой сопряжения с внешними объектами, рассчитанным на регистрации внешних сигналов по восьми каналам. На экспериментальном стенде проводилась регистрация процессов самовозбуждения синхронного генератора на холостом ходу и под нагрузкой, процесс на-броса активной нагрузки и запуска асинхронного двигателя, процесс к.з. на шинах генератора,режим параллельной работы синхронного генератора с сетью, и режим параллельной работы синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения,

Как следует из перечня экспериментов, часть экспериментального материала посвящена режимам работы автономного генератора. Ьто вызвано тем, что в работе предложена математическая модель синхронного генератора с системой возбуждения , без коррекции напряжения и поэтому часть экспериментального материала посвящена оценке допустимости использования этой модели. Полученные результаты подтверждают допустимость- использования модели в качестве математического эквивалента реальной систею при моделировании ее основных режимов работы.

Результаты физических экспериментов режимов параллельной работы с сетью подтверждают выводы о возможности обеспечения параллельной работы с сетью генераторов с системами возбуждения без коррекции напряжения за счет введения в эти системы устройств стабилизации реактивной мощности.

Результаты .физических экспериментов режимов параллельной работы генераторов с разнотипными системами возбуждения позволяют- сделать вавод о возможности согласования в рамках автономной электростанции генераторов с разнотипными системами возбуа-

девия ^а счет использования специальных устройств, обеспечивающих требуемое качество распределения реактивных нагрузок между параллельно работающими машинами.

Равработаны и отлакёны варианты технических устройств стабилизации реактивной мощности и устройств согласования реактивных нагрузок, позволяющие обеспечить параллельную работу с сетью генераторов с параметрическими системами регулирования напряжения и согласовать в рамках^ единой электростанции генераторы с разнотипными системами возбуждения.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Решение проблем параллельной работы судовых синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения позволяет значительно расширить область технической эксплуатации этих систем Дает возможность более универсально использовать ресурсосберегающие методы швартовных испытаний СЭС с использованием береговой сети в качестве нагрузочного устройства. Позволяет снять часть проблем при проектировании и эксплуатации перспективных СЭС, рассчитанных на длител: кую параллельную работу валогенера-торов с автономными генераторами СЭС. Решает многие вопросы аварийной замены и модернизации синхронных генераторов СЭС.

2. Разработана математическая модель синхронного генератора о системой возбуждения без корректора напряжения, основанная на введении в существующие математические модели генераторов и регуляторов нелинейностей в функции насыщения . магнитопроводов и дозволяющая ва счет комбинации интерполяционных параметров сплайн-функции получать желаемые характеристики систем регулирования.

3. Выбрана структура и предложено математическое описание устройств, стабилизации реактивной мощности. Показана его эффективность при моделировании динамических режимов параллельной работы с береговой сетью генераторов с системами возбуждения без коррекции напряжения.

4. Определена структура и предложено математическое описание специальных устройств согласования реактивных нагрузок, обеспечивающих требуемое качество распределения реактивной мощности при параллельной работе генераторов с различными типами систем возбуждения.

5. Сформулировала и решена задача параметрической оптимизации системы распределения реактивной нагрузки СЭС, на баве' которой разработана методика формирования структуры и определения областей параметров системы управления, обеспечивающей достижение оптимальных, для данных условий эксплуатации, показателей качества распределения реактивной нагрувкн в СЭС.

6. Теоретические и экспериментальные исследования позволила обосновать требования к технической реализации устройств согласования. и стабилизации, обеспечивающих достижение необходимого качества распределения и загрузки параллельно работающих машин, осиащейных разнотипными системами возбуждения при их работе с сетью или на собственные потребители.

В приложения вынесены программные реализации задач аналива Я синтеза систем распределения реактивной нагрузки СЭС, программы р1асчетов основных режимов работы параметрических систем регулирования напряжения синхронных генераторов-, структурные схемы оптимизируемых систем, принципиальные электрические схемы устройств согласования реактивных нагрузок и устройств стабилизации реактивной мощности синхронного генератора с параметрической системой возбуждения, представлены копил актов внедрения.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Васин Ü.M.,Леута A.A..Ставицкий A.M. Определение параметров модели синхронного генератора по переходным характеристикам// 1 Всесоюзная научно-техническая конференция по элв-ктромеханогронике: Тез. докл. нау,.-техн. конф., Ленинград, 21-23 окт. 1987 г. -Л.: ЛЭТИ, 1987.- - СЛбБ^б?.

2. Васин И.М.,Леута A.A..Макаров A.A. Программное обеспечение микропроцессорного комплекса для исследования качества электроэнергии//Ивв. Ленингр. электротехн. ин-та: Сб.нау^тр. -Л. ,1987. -Вып.386: Системы электроэнергетики и управление движением судов. -С.69-72.

3. Васин И.М. Моделирование режимов испытания судового синхронного генератора при различных нагруэках//Изв.Ленингр.электротехн. ин-та:Сб.науч, .тр.-Л. ,1989. -Вьш.410: Системы электроэнергетики и управления движением судов. -С.80-86.

4.. Васин И.М..Воскобовйч В.Ю. Автоматизированные гребные электрические установки: Методические указания к лабораторным

-16 -

работай. -Л.: ШШ, 1989, -32 с.

5. Васин И.И. Определение коэффициентов модели параметрических систем возбуждения судовых.синхронных генераторов//И8в. Леншгр.электротехн.ин-та; Сб.науч.тр. -Л. ,1891. -Вып.435: Системы управления движением и длектрооборудсшааием судов. -С. 10-13.

6, Васин K.M..Токарев Л.Н. Математическое описание системы распределения реактивных нагрузок между синхронными генера-тораш//Иэв.Ленингр.алектротехн.ин-та: Сб.науч.тр.-Л., 1991. -Вып.435: Системы управления движением и электрооборудованием судов. -С.13-17

7, Васин И.М..Полгинникова и.о. исследование нелинейной модели судовых синхронных генераторов//Изв.С.-Петербург.алектротехн.ин-та:Сб.науч.тр.-СПб. , 1092.-Вып.460: Электроэнергетические системы судов и управление движением. -С.74-79.

8. Настройка и испытание судового электрооборудования:Учебное пособие./ И.М.Васин, Т.Н.Королева, А.А.Лвута, Ю,И.Максимов -C.-IK5.: С.-Пб.ЭТИ, 1992. -48с.

Васин K.M. Параллельная работа судовых синхронных генераторов с разнотипными системами возбуждения // Изв. С. -Петербург. электротехн.ин-та:Сб.науч.гр.-СПб., 1992.-Вып.450:Эде-ктроэнергетические системы судов и управление движением. -С.79-84.

Подписано-в печать 13.04.94. Формат 60x841/i6-Офсетная печать. Печ.л. 1,0; уч.- изд.л. 1,0. Тираж 100 аks. Зак.Ы 59.

Ротапринт МГП " Псшжоы " 197376, Санкт-Петербург, уд.Ироф.Пдпова.Б.