автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка энергосберегающих методов для промышленных испытаний передвижных электростанций в условиях производства

оо

СП

8*НКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

_

"V На правах рукописи

ЕИРЮЛИН Владимир Иванович

РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ПРОШДЛЕНШХ ИСПЫТАНИЙ- ПЕРЕДВИЖНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ В УСЛОВИЯХ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 05.14.02 - электрические станции

/электрическая часть/, сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена на кафедре "Электрические системы и сети" Санкт-Петербургского государственного технического университета ] на кафедре "Электроснабжение промышленнных предприятий" Курского государственного технического университета.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

С.В.ШОЛОВИК

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

А.В.ОРЛОВ

кандидат технических наук ст.н.с. В.П.КОВАЛЕНКО

Ведущая организация - АО "ЭЛЕКТРОАГРЕГАТ" (г Курск).

Защита состоится " 22 " мая 1998 г. в /С' часов на заседании диссертационного Совета К 063.38.24 при Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, Главное здание, ауд. 325.

С диссертацией можно ознакомиться в Фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан » 1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета К 063.38.24

к.т.н., доцент В.А.МАСЛЕННИКС

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Повышение эффективности использования энергетических ресурсов является одной из важнейших проблем современности. Это определяется не только ростом потребности в различных видах энергии, но и тем, что по объему использования энергетических ресурсов мир приближается к предельному порогу.

При решении задач снижения энергопотребления следует обращать особое внимание на побочные (вторичные) энергоресурсы, выделяемые в ходе реализации различных технологических процессов.

На электромашиностроительных предприятиях к таким вторичным ресурсам следует отнести в первую очередь электроэнергию, вырабатываемую при испытаниях электрических генераторов. Особенно актуальным это является для предприятий, выпускающих передвижные электростанции, состоящие из приводного двигателя, электрического генератора, аппаратуры управления и представляющие собой готовые изделия для выработки электроэнергии.

Параллельная работа передвижной электростанции с промышленной сетью ео время испытаний позволит отказаться от вспомогательных устройств и получить экономию электроэнергии. Но в этом случае возникает несоответствие требований к параметрам работы передвижной электростанции и требований ГОСТов, особенно, если приводным двигателем является дизель .

Это противоречие можно частично разрешить следующим образом: перед проверкой всех показателей качества электроэнергии испытываемая дизельная электростанция должна выйти на установившийся тепловой режим, для чего она должна один час отработать с номинальной нагрузкой, так как проверку качества электроэнергии производят в установившемся тепловом режиме.

Таким образом, если для вывода на установившийся тепловой режим подключить испытываемую дизельную электростанцию на параллельную работу с промышленной сетью и сделать эту работу на сеть максимально эквивалентной работе на автономную нагрузку ( в первую очередь по тепловому режиму ), то можно сэкономить большое количество электроэнергии, и с другой стороны, избежать применения дорогостоящих вспомогательных устройств.

Для проведения такой работы необходим специальный стенд (менее дорогостоящий, чем вспомогательные устройства), позволяющий осуществлять параллельную работу с промышленной сетью и поддержи-

3

вающий те параметры регулирования, которые в наибольшей степени влияют на эквивалентность работы испытываемой дизельной электростанции как на промышленную сеть, так и на автономную нагрузку.

В качестве таких параметров нужно использовать ток генератора и активную мощность генератора. Током генератора определяется в первую очередь тепловой режим генератора, от которого зависит прежде всего состояние и долговечность изоляции. Следовательно, поддержание номинального значения тока генератора позволит осуществить идентичность испытаний по тепловому режиму.

Активная мощность определяет механические нагрузки на приводной дизель, а также на вал генератора и его подшипники. Поэтому, поддержание постоянной и равной номинальной активной мощности генератора обеспечит соответствие условий испытаний по механическим нагрузкам.

Актуальность работы подтверждается выполнением ее в рамках программы "Экономия электроэнергии" (приказ Минвуза СССР N 101 от 09.02.87 г.) и внедрением разработок в ведущей организации.

Цель работы. Провести разработку и исследования устройств для испытания дизельных электростанций по энергосберегающей технологии - путем параллельной работы с электрической сетью.

Для достижения поставленной цели автор решает следующие задачи:

- разработать методы проведения испытаний дизельных электростанций по энергосберегающей технологии (путем параллельной работы с электрической сетью) и провести разработку и исследование соответствующих устройств;

- разработка математического описания передвижной дизельной электростанции;

- разработка схемы регулятора возбуждения,использующего в качестве входного сигнала значение полного тока статора;

- расчет различных режимов параллельной работы дизельной электростанции с электрической сетью;

- определение коэффициентов регулирования, обеспечивающих устойчивую параллельную работу с электрической сетью;

Методы исследования. В работе использовались методы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений, методы численного интегрирования, алгоритмы расчета собственных значений.

Научная новизна:

- разработана методика математического моделирования синх-

ронного генератора с учетом зависимостей параметров от нагрева;

- предложена стабилизация режима только по току статора, обеспечивающая устойчивую работу дизельной электростанции параллельно с электрической сетью при испытаниях;

- выявлены диапазоны изменения коэффициентов регулирования, обеспечивающих устойчивую работу дизельной электростанции на сеть промышленного предприятия при стабилизации только по току статора.

Практическая ценность:

- разработаны инженерные методики для непосредственного использования при проектировании устройств управления дизельных электростанций;

- результаты, полученные в работе могут быть использованы для совершенствования систем токового компаундирования;

- устройство для вывода генератора из режима обратной мощности может быть использовано при создании защит дизельных электростанций.

Внедрение результатов работы. Разработанное устройство регулирования внедрено в ведущей организации, а также разработано программное обеспечение для проектирования систем управления дизельных электростанций в Государственном научно-исследовательском институте "Электроагрегат".

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных семинарах кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" и на научных конференциях Курского государственного технического университета, а также на научных семинарах кафедры "Электрические системы и сети" Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 работ.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, списка использованной литературы: содержит 49 стр. основного текста, 69 стр. иллюстраций, 4 таблиц, 9 стр. списка использованной литературы из 100 наименований.

При работе над диссертацией автор пользовался научными консультациями кандидата технических наук доцента кафедры "Электроснабжение промышленных предприятий" Курского государственного технического университета Алябьева В.Н.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований, определены основные задачи диссертации, сформулированы научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ существующих методов испытаний и показано, что испытания дизельных электростанций могут проводиться как с отдачей энергии, так и без нее.

Испытания с отдачей энергии можно проводиться на непосредственную или косвенную нагрузку. Метод непосредственной нагрузки можно реализовать тремя способами :

- работа на автономную нагрузку;

- создание взаимной нагрузки;

- параллельная работа с электрической сетью.

Метод косвенной нагрузки основан на создании теплового режима, эквивалентного работе в номинальных условиях..

При испытаниях по способу взаимной нагрузки электрические машины соединяются между собой механически и электрически и подключаются к внешнему источнику энергии, в качестве которого чаще всего используется электрическая сеть. Способ взаимной нагрузки нельзя применить для испытаний дизельных электростанций, как единых агрегатов, по причинам, рассмотренным более полно в диссертации.

Испытания с применением автономных нагрузочных устройств, в качестве которых могут использоваться проволочные, жидкостные или ламповые нагрузочные реостаты, технологически просты, но вся вырабатываемая во время этих испытаний электроэнергия превращается в тепловую и бесполезно рассеивается в окружающую среду, что является главным недостатком этого способа.

Для устранения, хотя бы частично, этого серьезного недостатка было предложено много технических решений, которые можно разделить на две группы. К первой группе относятся способы и устройства, позволяющие применить вырабатываемую электроэнергию непосредственно в тех или иных технологических процессах или в других полезных целях. Во вторую группу входят разработки, позволяющие проводить испытания путем работы на электрическую сеть.

Испытания с возвратом электроэнергии в сеть промышленного предприятия осуществляются в общем случае с применением вспомогательных машин и устройств по различным схемам. 6

Применение вспомогательных устройств и машин диктуется тем, что параметры работы испытываемых дизельных электростанций, установленные ГОСТами ( напряжение, частота, коэффициент мощности и т.д. ) с одной стороны, и с другой стороны параметры электрической сети промышленного предприятия ( напряжение, частота ) отличаются друг от друга.

Вспомогательные устройства, разделяющие испытываемую дизельную электростанцию и промышленную сеть можно выполнить на базе агрегатов либо электромагнитного типа, либо статического типа. Наиболее целесообразно применение преобразователей статического типа, так как они не содержат вращающихся частей, их к.п.д. выше, эксплуатация и обслуживание проще.

В качестве таких статических преобразователей ранее предлагались: самонастраивающийся потенциал - регулятор ( индукционный регулятор с фазными обмотками на статоре и роторе, включенными по схеме потенциал - регулятора ) и индуктивно - емкостный преобразователь, полупроводниковый ( тиристорный ) преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Применение самонастраивающегося потенциал - регулятора позволяет "развязать" системы по напряжению, в то время как связь по частоте остается ( системы должны работать в синхронизме ). Поэтому регуляторы возбуждения генераторов могут при испытаниях поддерживать заданный уровень напряжения на шинах испытаваемой дизельной электростанции независимо от напряжения в промышленной сети. А режим испытываемого генератора задается соответствующей уставкой регулятора частоты и активной мощности и моментом на валу самонастраивающегося потенциал - регулятора .

Для повышения надежности работы такого испытательного устройства позже была разработана усовершенствованная схема с продольным синхронным компенсатором и стабилизирующим синхронным двигателем.

Схема испытательного устройства с самонастраивающимся потенциал-регулятором имеет большую сложность, включение в состав схемы дорогостоящего синхронного двигателя увеличивает капитальные затраты, что снижает экономический эффект от экономии электроэнергии, и связь систем по частоте все же остается.

Индуктивно-емкостный преобразователь стабилизирует ток связи двух систем. По технической сущности это очень простое устройство, но оно обладает также и большими недостатками. К ним можно

7

отнеститрудности регулирования параметров преобразователя, прежде всего из-за дискретной шкалы номинальных емкостей выпускаемых конденсаторов; потери электроэнергии в активных сопротивлениях индуктивных элементов; связь испытываемого генератора и сети по частоте все же остается.

Более перспективно применение испытательных устройств с полупроводниковыми преобразователями. Такие устройства представляют собой полупроводниковые (тиристорные) преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока, где переменное напряжение генератора преобразуется выпрямителем в постоянное, а затем зависимым инвертором снова в переменное.

Двойное преобразование напряжения позволяет поддерживать заданный режим нагрузки. Кроме того, изменяя режим работы выпрямителя, можно менять характер (коэффициент мощности) нагрузки от чисто активной до чисто реактивной.

Такое построение нагрузочных устройств позволяет полностью развязать испытываемую электростанцию и сеть промышленного предприятия по частоте и напряжению и проводить самые разнообразные испытания.Но это устройства имеют следующие недостатки:

- тиристорные преобразователи оказывают неблагоприятное влияние на питающие сети;

- действующее значение напряжения сети в точке подключения преобразователя может изменяться, особенно при резких изменениях потребления реактивной мощности;

- при работе инвертора на маломощную сеть возникает возможность опрокидывания инвертора, т.е. нарушения коммутации тиристоров и полного сброса передаваемой в сеть переменного тока мощности.

Несмотря на отмеченные недостатки, тиристорные нагрузочные устройства с промежуточным звеном постоянного тока наиболее перспективны из всех рассмотренных устройств, даже при наличии ряда технических трудностей, возникающих .при их применении.

Во второй главе представлена математическая модель процесса испытания дизельных электростанций путем параллельной работы с электрической сетью промышленного предприятия, состоящая из следующих элементов: генератора, приводного двигателя - дизеля с регулятором скорости, испытательного стенда с регулятором возбуждения, внешней сети .

Переходные процессы синхронного генератора исследовались по.

известным уравнениям Парка - Горева в системе относительных единиц "Хае" - Они имеют следующий вид :

р?а = - (1 + з)¥а - 1а - иа , р¥с = - (1 + 3)^ - 1« - ич , р?г- = иг - Иг ,

Р?кв = - Кка 1ка , (1)

Р^кч = " Яка 1кс(» рЗ = ( Ме - Ме р5 = ОсБ , Ме = V* ' ^

Для определения фазных величин параметров режима работы рассматриваемой схемы математическая модель была дополнена связью между координатными системами 0,(1,4 и а,Ь,с, базирующейся на преобразовании Блонделя.

Так как синхронные генераторы дизельных электростанций относятся к генераторам малой мощности, то переходные процессы в них рассматривались с учетом тепловых процессов.

Для расчета тепловых процессов в настоящее время наиболее распространены два метода. Один из них основан на представлении объекта с помощью дифференциальных уравнений, другой - с помощью алгебраических уравнений.

Для стационарных и переходных режимов алгебраические методы имеют значительное преимущество перед дифференциальными, потому что при дифференциальных методах расчета в качестве независимой переменной присутствует время в явном или неявном виде и система уравнений решается одним из разностных методов.

Решение дифференциальных уравнений сеточными методами требует значительно большего времени, чем решение систем алгебраических уравнений. По выше изложенным причинам в данной работе тепловой расчет проводился алгебраическими методами, на базе применения метода эквивалентных тепловых схем.

Метод эквивалентных тепловых схем основан на использовании тепловых сопротивлений, которые соединяются в тепловую сеть, т.е. система с источниками тепла и теплопередащими элементами с распределенными параметрами заменяется эквивалентной системой однородных узлов, между которыми устанавливаются сосредоточенные связи, определяемые соответствующими процессами теплообмена.

Основанием для такой замены служит возможность рассматривать распространение теплоты в элементе как результат взаимодействия двух одномерных потоков, каждый из которых испытывает сопротивление в своем направлении.

При решении задач нагрева машины методом эквивалентных тепловых схем основные элементы ее заменяются узлами, в которые вводятся соответствующие тепловыделения, осредненные по рассматриваемому объему элемента, зависимость потерь от температуры учитывается также осредненно. Связи между узлами, устанавливаемые на основе анализа возможных путей теплопередачи, выражаются набором тепловых сопротивлений. В случае расчета нестационарного теплового режима в узлы схемы добавляются специальные ветви, состоящие из тепловых сопротивлений, учитывающих теплоемкости, и источников тепла.

В пределах одного временного шага выполняется полный тепловой расчет, затем пересчитываются значения сопротивлений теплоемкости и мощности источников тепла.

Предложенный метод расчета позволяет обойтись без одной из главных физических величин, используемых во многих методах расчета переходных тепловых режимов - постоянной времени.

Переходные процессы в трансформаторе и линии моделируются уравнениями, записанными в фазной системе координат, использование которой позволяет достаточно просто моделировать практически любые режимы работы сети ( вплоть до переходящих коротких замыканий, их пофазного отключения, АПВ линий, АВР и т.д.)

Третья глава посвящена исследованию статической устойчивости при параллельной работе дизельной электростанции с сетью. Для этого разработан комплекс программ, реализующих алгоритм оптимизации и координации настроек регулирующих устройств агрегата, структура которого приведена на рис.1.

На основе параметров дизельной электростанции и рассчитанного установившегося режима формируется система линеаризованных дифференциальных и алгебраических уравнений. Она включает в себя уравнения Парка - Горева для синхронного генератора, дизеля и их систем автоматического регулирования АРВ и АРС.

Полученная система линеаризованных алгебро-дифференциальных уравнений, приведенная ниже в виде матриц Ао и Во, поступает в блок 1. Кроме того, для работы программы необходимо определить начальные значения настроек АРВ и АРС. 10

А0 Во

Рис.1. Алгоритм численного поиска настроек АРВ и АРС

1 - блок приведения системы линеаризованных уравнений

к нормальной форме;

2 - блок вычисления собственных чисел матрицы;

3 - блок формирования функции качества Р;

4 - блок минимизации ? и корректировки настроек.

На первом шаге оптимизации задаются произвольные величины настроек, например, из области допустимых для данного типа регулятора. В дальнейшем в блок 1 передаются текущие значения искомых коэффициентов, которые являются результатом очередного этапа поиска.

При этом изменение величин настроек приводит к необходимости исправить лишь несколько элементов Ас и Во, что позволяет избежать подготовительной работы по их получению. В блоке 1 исходная система с учетом текущих коэффициентов усиления приводится к нормальной форме. Подученная матрица передается в блок 2, где определяются ее собственные числа.

Коэффициент по отклонению напряжения изменялся в диапазоне от 80 единиц возбуждения холостого хода/единиц напряжения до нуля.

Для каждого Коу рассчитывались собственные числа матрицы линеаризованных уравнений. Подробно рассмотрен характер изменения доминирующих собственных чисел при изменении коэффициента по отклонению напряжения.

В первом столбце табл.1 приведены собственные числа, полученные при нулевых настройках всех каналов регулирования. Первая

11

пара корней Х1.2 расположена ближе к мнимой оси и определяет степень устойчивости и описывает движение ротора генератора. Высокие значения вещественных частей Х\,2 объясняются малым сопротивлением гвн.

Собственное число \з зависит в основном от постоянной обмотки возбуждения Т^о- Корни Х4 и Л5 определяются параметрами демпферных контуров.

Таблица 1

Влияние коэффициентов по отклонению напряжения на собственные числа

1

КОУ = 0 Коу = -15

1 -2,72 + 316,30 -1,34 + ;)20,80

2 -2,72 - 316,30 -1,34 - 320,80

3 -1,31 -3,44 + 38,20

4 -33,57 -3,44 - 38,20

5 -70,03 -68,00

6 -20,00 -35,70 + 33,00

7 -20,00 -35,70 - 33,00

8 -0,46 -0,46

9 -10,00 -10,00

Остальные собственные числа описывают переходные процессы в каналах регулирования и при нулевых настройках определяются как обратные величины к соответствующим постоянным. Так зависят от Тз и Т4, а и Лд - обратные величины к Т^ и Т£ .

Установка коэффициента по отклонению напряжения Коу = - 15 ед.возб.х.х./ед.напр. приводит к следующим изменениям собственных чисел (табл.1 ). Первая пара М.2 смещается вправо на комплексной плоскости и увеличивает частоту. Корни Хз и Х5 и Хе образуют комплексно-сопряженные пары корней.

Явление образования из вещественных корней комплексно-сопряженных пар наблюдается при достаточно низких коэффициентах Коу = 5...7 д.возб.х.х./ ед.налр. Так, в этом случае собственные числа 12

As и Ад, являющиеся параметрами АРС, от Kov не зависят.

В четвертой главе исследовались переходные процессы при наборе и поддержании заданной нагрузки. Сначала производились расчеты по выбору оптимального коэффициента усиления по току статора Ki, при этом использовался комплекс программ, описанный в главе 3.

В первом столбце табл.2 даны доминирующие собственные числа матрицы линеаризованных уравнений, отвечающих случаю параллельной работы дизельной электростанции с сетью при Ki = 0, т.е. при отсутствии регулирования возбуждения.

Таблица 2

Корни характеристического уравнения при различных Kj

i Xi, Ki=0. Ai, Kj=-5 Ai,Ki=-15 Ai, Ki=10

1 -2,75+316,20 -5,10+317,20 -9,39+320,80 0,86+314,90

2 -2,75-jl6,20 -5,10-317,20 -9,39-320,80 0,86-314,90

3 -1,33 -0,76 0,48 -2,35

4 -42,60 -68,20 -74,90 -36,60

5 -128,80 -127,90 -126,90 -130,40

6 -50,00 -35,60+317,20 -30,20+ 34,81 -55,20+323,70

7 -50,00 -35,60-317,20 -30,20- 34,81 -55,20-323,70

Как отмечалось выше, регулируемая дизельная электростанция при параллельной работе с сетью обладает высокими демпферными свойствами. Собственные числа в основном определяют характер переходных процессов.

На основании анализа полученных данных сделан вывод об устойчивости параллельной работы дизельной электростанции с сетью при регулировании только по току статора.

Собственные числа столбца 2 табл.2 соответствуют коэффициенту К1 = -5 ед.возб.х.х./ед.тока. Наряду с позитивным изменением вещественных частей, при введении К1 происходит смещение вправо вещественного корня Аз.

Следует иметь в виду, что при значительных величинах модуля К1 может произойти апериодическое нарушение устойчивости. Это

13

подтверждают корни столбца 3 табл.2, рассчитанные при К1 = -15 ед.возб.х.х/ед.тока.

С другой стороны, положительные аначения вызывают заметное уменьшение степени устойчивости и при К^ > +7 наступает колебательная неустойчивость работы дизельной электростанции. Собственные числа 4 столбца табл.2 расчитаны при К! = +10.

Для определения работоспособности устройства токового регулирования исследовался процесс поддержания заданной нагрузки генератора, т.к. только при этом соблюдается необходимый для проведения испытаний тепловой режим работы дизельной электростанции.

Исследование данного переходного процесса проводилось при следующих возмущениях режима работы:

- изменение напряжения сети на 10%;

- изменение мощности первичного двигателя на 10%.

Поскольку испытания дизельной электростанции являются длительным процессом, они могут совпадать со спадом нагрузки предприятия (обеденный перерыв, конец смены и т.п.). При этом напряжение сети повышается и это повышение может достигать 10% от номинального.

Ввод в действие устройства регулирования приводит к стабилизации статорного тока. При оптимальной настройке регулятора (К1 = - 5 ед.возб.х.х./ед.тока) процесс проходит с требуемым качеством.

Выбор большего коэффициента усиления (К1 = -15 ед.возб. х.х./ед.тока) приводит к возникновению апериодической неустойчивости. Приведенный случай иллюстрирует явление перерегулирования, которое заключается в установке на регуляторе недопустимых коэффициентов.

Это же подтверждается собственными числами матрицы линеаризованных уравнений третьего столбца табл.2. Среди последних есть вещественный положительный корень, обуславливающий апериодическое нарушение устойчивости.

При выборе положительного коэффициента усиления по току в канале тока (К1 = 10 ед.возб.х.х./ ед.тока) возникает колебательная неустойчивость системы, что подтверждается собственными числами четвертого столбца табл.2.

Далее рассматриваются переходные процессы, вызванные изменением вращающего момента первичного двигателя дизельной электростанции. Предполагалось, что дизельная электростанция работает в 14

режиме номинальной нагрузки, а спустя 0,05 с от начала рассмотрения процесса вращающий момент увеличивается на 10%.

На основании приведенных выше результатов можно сделать вывод, что разработанное устройство вторичного регулирования при оптимальной его настройке успешно выполняет свою функцию - поддержание заданного значения тока статора генератора при различных возмущениях режима работы.

В пятой главе рассматривались испытания регулятора возбуждения в составе стенда для испытаний дизельной электростанции мощностью 500 кВт.

Для их проведения в состав производственного испытательного стенда вводился разработанный образец регулятора возбуждения. Собственный регулятор возбуждения, входящий в состав дизельной электростанции, на время проведения испытаний отключался.

Программа испытаний состояла из.нескольких опытов по набору и поддержанию заданной нагрузки при параллельной работе дизельной электростанции с промышленной сетью при разных уставках по отклонению тока статора. Во время испытаний с помощью осциллографа производилось осциллографирование процессов набора и поддержания заданной нагрузки.

Перед началом каждого эксперимента производились изменения коэффициента по отклонению тока статора в регуляторе возбуждения воздействием на регулирующие элементы, установленные на платах регулятора.

По анализу осциллограмм были подтверждены результаты расчетов, из которых следует, что величина и знак коэффициента усиления по каналу тока статора оказывает существенное влияние на устойчивость и качество переходных процессов.

Кроме исследований на реальных дизельных электростанциях, часть экспериментов была проведена на физической модели системы. Был определен структурный состав лабораторного стенда, представляющего собой данную модель.

- модель первичного двигателя, выполненная с учетом подобия механических характеристик реального двигателя;

- модель синхронного генератора;

- коммутационная и защитная аппаратура;

- измерительная и регистрационная аппаратура.

Стенд был создан на базе лаборатории электрических машин кафедры электроснабжения Курского государственного технического

15

университета. Он представляет собой электромеханическую модель дизельной электростанции.

В состав стенда входят: модель первичного двигателя, выполненная с учетом требований подобия механических характеристик реальному двигателю, модель синхронного генератора, коммутационная, защитная и измерительная аппаратура.

В экспериментах дизель моделировался с достаточной для практических -задач точностью воспроизведения его режимов инерционным звеном первого порядка. В качестве электромеханического аналога дизеля использовался двигатель постоянного тока с независимым возбуждением и управлением по напряжению якоря.

Генератор лабораторного стенда моделировал работу синхронного генератора, входящего в состав дизельной электростанции. Инерционность обеспечивалась муфтой-маховиком между приводным двигателем и синхронным генератором. Аналогом вращающего момента в модели является ток двигателя постоянного тока. Управляющим воздействием, имитирующим вращающий момент приводного двигателя, являлось изменение напряжения, приложенного к якорю двигателя.

Запись результатов экспериментов также велась на шлейфовом осциллографе, для чего были разработаны и изготовлены специальные преобразователи.

На физической модели проводились эксперименты, аналогичные описанным выше. Синхронный генератор физической модели подключался на параллельную работу с электрической сетью, затем устанавливались заданные значения напряжения, приложенного к якорю иривод-ного двигателя, и уставки регулятора возбуждения. Перед началом каждого эксперимента также устанавливались заданные значения уставок коэффициентов усиления по току статора, равные по величинам и знакам уставкам, использованным при реальных испытаниях.

На физической модели проводились эксперименты, аналогичные описанным выше. Перед началом каждого эксперимента также устанавливались заданные значения уставок коэффициентов усиления по току статора, равные по величинам и знакам уставкам, использованным при реальных испытаниях.

Данные опытов, проведенных на физической модели, и данные опытов, проведенных на дизельной электростанции, совпадают с достаточной степенью точности.

На основании этого был сделан вывод о достаточной степени адекватности построенной электромеханической модели и реальной 16

дизельной электростанции. Поэтому на электромеханической модели проводились эксперименты по дальнейшей проверке результатов расчетов поддержания заданной нагрузки при изменениях напряжения в сети, которое изменялось при помощи трехфазного автотрансформатора (увеличение на 10% относительно номинального значения).

По полученным осциллограммам сделан вывод о правильности расчетных результатов, так как характер переходных процессов совпадает с расчетными результатами в пределах необходимой точности.

Также были проведены исследования переходных процессов по поддержанию заданной нагрузки при изменениях вращающего момента приводного двигателя (увеличение на 10% относительно номинального значения).

Данные всех этих опытов также совпадают с результатами расчетов в пределах необходимой точности и подтверждают адекватность расчетной и электромеханической модели рассматриваемой системы.

Заключение

На основании проведенных в диссертации исследований получены следующие научные.и практические результаты:

1. Проведен сравнительный анализ различных способов испытаний синхронных генераторов, как самостоятельных изделий, так и входящих в состав дизельных электростанций, что позволяет определить технико-экономическую целесообразность применения этих способов .

2. Разработан метод проведения испытаний дизельных электростанций по энергосберегающих технологии (путем параллельной работы с электрической сетью) и проведена разработка и исследование соответствующих устройств.

3. Разработана математическая модель дизельной электростанции с учетом тепловых процессов, происходящих в синхронных генераторах, как в стационарных, так и в переходных режимах.

4. Разработано программное обеспечение для исследования статической устойчивости системы дизельная электростанция - электрическая сеть с автоматическим формированием матрицы коэффициентов линеаризованных уравнений системы.

5. Проведены исследования статической устойчивости системы дизельная электростанция - электрическая сеть при изменении коэффициентов усиления регуляторов по отклонению напряжения, по отк-

17

лонению тока статора, по отклонению скольжения.

6. Проведены расчеты по выбору оптимальных значений уставки канала регулирования по току статора, по результатам расчетов сделан вывод о устойчивости параллельной работы дизельной электростанции с электрической сетью при использовании регулирования возбуждения по току статора.

7. Проведены расчеты переходных процессов при наборе и поддержании заданной нагрузки, а так же при синхронизации дизельной электростанции с электрической сетью.

8. Предложено устройство, позволяющее осуществить быстрый выход из режима обратной мощности с контролем тока статора, на которое получено авторское свидетельство.

Основные исследования по теме диссертации опубликованы в следующих работах:

1. A.c. 1390705 СССР, МКИ3 Н01 J 3/46. Устройство для распределения активной и реактивной мощностей / Рыбалкин О.М., Бирю-лин В.И. - N 41504020/24-07; Заявлено 21.11.86; опуб. 23.04.88, Бюл. N 15.

2. Бирюлин В.И., Рыбалкин О.М. Устройство для распределения активной и реактивной мощностей / Курский политехнический институт. - Курск,1989. - с.5. - Деп. в ВИНИТИ N 131-эт89.

3. Алябьев В.Н., Бирюлин В.И., Куприянская М.Ю., Рыбалкин О.М. Особенности расчетов переходных процессов синхронных генераторов малой мощности. - Тезисы доклада юбилейной конференции Курского политехнического института / Курский политехнический институт, Курск. 1994.

4. Алябьев В.Н., Бирюлин В.И., Рыбалкин О.М., Шевяков В.В. Об испытаниях электроагрегатов по энергосберегающей технологии / Курский политехнический институт. - Курск, 1995. - с. 5. - Деп. в ВИНИТИ N 691 В-95.

5. Алябьев В.Н., Бирюлин В.И., Рыбалкин О.М., Шевяков В.В. Автоматизация производственных испытаний электроагрегатов. / Курский политехнический институт. - Курск, 1995. - с. 4. - Деп. в ВИНИТИ N 3035 В-95.