автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Разработка метода численного анализа режимов электрических машин, работающих в автономной электроэнергетической системе с обратимым преобразователем

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

УДК 621. 313. 29. 017

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЧИСЛЕННОГО АНАЛИЗА РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, РАБОТАЮЩИХ В АВТОНОМНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ С ОБРАТИМЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

Специальность 05. 09.01 - электрические машины

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

АБРАМОВ СЕРГЕЙ СТАНИСЛАВОВИЧ

САНКТ - ПЕТЕРБУРГ - 1995

Работа выполнена в Санкт-Петербургском НИИ АО "Электросила"

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Сидельников Б. К

Официальные оппоненты - Член-корреспондент Международной

Ведущее предприятие - Санкт-Петербургское СПМБМ "Малахит"

Защита состоится 1995 г. в часов

на заседании специализированного совета К 063.38.15 Санкт,-Петербургского государственного технического университета по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29, СПбГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного технического университета.

Академии Наук Высшей школы, доктор- технических наук, профессор Толкачев Э. А. , кандидат технических наук, доцент Герасимов С. Е.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент ВАЖНОВ С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы. В процессе проектирования электроэнер-етических систем (ЭЭС), объединяющих электромашинные генераторы потребители энергии, необходимо выполнять большой объем работ э расчету их режимов работы с целью выбора характеристик ходящих в систему агрегатов,поиска наиболее рационального решена при создании устройств диагностики и защиты оборудования. :обый интерес представляют режимы автономных, в частности, су-эвых систем, которые характеризует соизмеримость мощностей ге-эраторов и потребителей электроэнергии,'а также более высокая гарость протекания переходных процесов.

Важность разработки методов численного анализа режимов ав-зномных многомашинных ЭЭС обусло&чена как современными тенденции моделирования переходных процессов,- так и особенностями Фактических приложений этих методов. По мере совершенствования числительной техники £ теории электрических машин все заметнее сазывается стремление перехода от цепных моделей к более строгим шно - полевым структурам. При этом существенно уточняются пред-'авления о роли насыщения магнитопровода, вихревых токов в мас-юных участках конструктивных элементов в ходе процессов. Не от-¡цаа ценность подобных исследований,следует обратить внимание на ¡ую сторону проблемы: совершенствование способов описания пере-щных процессов связано с существенным усложнением уравнений,до-)лнительные трудности возникают при реализации алгоритмов расче-I даже с применением самых современных ЭВМ и математических медов. Часто оказывается невозможным физическое осмысление ре-•льтатов, особенно при анализе многомашинных систем. Вместе с м, возникает вопрос о целесообразности учета тех или иных явле-:й, многие из которых не оказывают существенного влияния на ос-вные показатели, а повышение точности результатов перекрывается йствием разных случайных факторов, в том числе, вызванных раз-чными технологическими отклонениями при создании оборудования, целью преодоления противоречия между необходимостью детально, во многих случаях, анализа основных характеристик переходных оцессов- в элементах ЭЭС и значительным усложнением модели сис-мы, может быть предложен подход,заключающийся в сочетании моде-й нескольких уровней. Частные модели высокого уровня адекватно-и целесообразно использовать для анализа режимов отдельных эле-нтов ЭЭС с учетом всех специфических для каждого типа электри-

ческих машин физических явлг-шй, а обще модели системы следуем формировать на базе упрощенных представлений.

Цель работы и задачи исследования. Целью работы является разработка наиболее рационального способа описания переходных режимов в электрических машинах, входящих в состав автономной ЭХ I рекомендаций по формированию математ! ;еских моделей с учето! обеспечения требуемого уровня адекватности. Для реализации это] цели поставлены следующие задачи:

1. Анализ и систематизация переходных процессов в электрических машинах как элементах многомашинной ЭЭС, выявление наиболе! существеных факторов, влияющих на характеристики их режимов.

2. Нормирование математических моделе.. и составление алго ритмов расчета переходных процессов в электрических машинах ( возможно более полным учетом основных физических явлений с цель; получения экспертной количественной оценки их роли при решени: системных задач.

3. Определение параметров электрических машин и их регулято ров, расчет эксплуатационных и аварийных режимов. Сравнение опыт ных и расчетных характеристик для тех переходных процессов, в ко торых анализируемые физические явления в машинах проявляются до статочно заметно.

4. Упрощенное представление физических явлений и процессов а также изучение возможности снижения уровня модели в зависимост от требуемой точности математического описания.

5. Исследование переходных процессов в конкретной автономно электроустановке с целью иллюстрации разработанных приемов и оп тимизации результатов.

Методы исследования.

Поставленные задачи решены с использованием метода математи ческого моделирования. Анализ переходных процессов в автономно ЭЭС проводился на основе аппарата дифференциальных уравнений. Дл определения параметров элементов ЭЭС применен метод минимизаци среднеквадратичной ошибки приближения. Расчеты напряжений в узла электрической сети осуществлены по методу узловых напряжений. Экс периментальные исследования выполнены на опытных образцах серий ных установок,а расчеты- с использованием'вычислительной техники

Научная новизны работы.

1. Рагработаны рекомендации по формированию моделей автоноь* ных ЭЭС из отдельных частных моделей электрических машин.

2. Путем сравнения характеристик переходных режимов машин остоянного тока, рассчитанных с использованием моделей разных ровней, показана возможность существенного упрощения уравнений ри изучении процессов в системе.

3. Проведен подробный анализ характеристик переходных про-ессов машин переменного тока. При этом рассмотрены режимы, типич-ые для судовой ЭЭС: наброс статической нагрузки на синхронный енератор, восстановление напряжения на статоре генератора после тключения короткого замыкания, включение асинхронного двигателя

смешанной нагрузки. Показаны пути упрощения моделей с учетом на-ыщения магнитопровода и вихревых токов в его массивных участках.

3. Разработана математическая модель и проведено исследова-ие режимов обратимого преобразователя постоянно-переменного тока □вого поколения производства АО "Электросила" вместе с системой втоматического регулирования, спроектированной на микроэлектрон-□й элементной базе. Обратимый преобразователь предназначен для беспечения аварийного электроснабжения потребителей и включает

себя машину постоянного тока и явнополюсную синхронную машину, эединенные обшим валом. Основными режимами в данной установке яв-яются выпрямительный, когда синхронная машина преобразователя ра-зтает в режиме двигателя,а машина постоянного тока - генератора,

также инверторный, в котором функции обеих машин меняютя. Вместе асинхронной нагрузкой и нагрузкой на стороне постоянного тока реобразователь рассматривается как пример автономной ЭЭС. Ранее публикованные работы связаны с моделированием обратимого преобра-эвателя,система управления которого была реализована на магнитных зилителях.

4. Решены вопросы, связанные с объединением частных моделей гдельных машин в общую модель многомашинной ЭЭС, на основе метода зловых напряжений разработан способ формирования уравнений связи

системе произвольной структуры, содерд&щей машины переменного эка, активно - индуктивные нагрузки, системы управления и защиты.

Практическая ценность.

1. Разработан пакет программ расчета на ЭВМ переходных режи-эв электрических машин разных типов.

2. Исследованы режимы работы обратимого преобразователя при эрмальных начальных условиях и после отключения Короткого замыка-т на стороне переменного тока. Определены значения параметров зтонсмной системы, включающей преобразователь, способствующие

более благоприятному переходу.

3. Проведены расчеты режима пуска обратимого преобразовать ля от синхронного генератора, выбраны параметры пусковой схем! Даны рекомендации по выбору величины индуктивности пускового ре актора, типа и числа выключателей. Результаты данного исследове ния практически реализуются в настоящее время при доработке схе мы управления обратимого преобразователя.

4. Разработаны программы расчета ряда параметров математиче сксй модели ЭЭС, ускоряющие подготовку исходных данных;

5. Благодаря использованию многоуровневых моделей удаетс существенно расширить область исследований, сократить время рас чета и упростить процесс подготовки задачи исследования перехо; ных процессов в ЭЭС на ЭВМ без заметного снижения качества ре зультатов. Необходимый уровень адекватности модели ЭЭС и опьп ной установки достигается за счет предварительной корректировь параметров упрощенных частных моделей всех ее элементов.

6. Разработаны вспомогательные программы, обеспечивающие не обходимую информативность и наглядность получаемых результатов.

Реализация результатов работы. Анализ ряда переходных режиме обратимого преобразователя, рассчитанных с вариацией параметре системы автоматического регулирования машины постоянного тока, дг возможность скорректировать предварительно рассчитанные параметг регуляторов и тем самым сократить объем испытаний на опытном оС разце данной установки. Методы анализа режимов автономных ЭЭС ис пользуются в АО "Электросила" при проектирования новой серии оС ратимых преобразователей и режимов ЭЭС, создаваемых на осно! оборудования производства АО "Электросила".

Апробация и публикации результатов. Результаты работы обсуг дались на заседании кафедры электрических машин СПбГТУ и научне технического совета АО "Электросила". Основное содержание диссег тации отражено в 4 опубликованных работах, в 1 отчете по НИР и 2 материалах технического предложения на создание электрооборудс ванин.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состс ит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 193 стрг ницах машинописного текста, 75 иллюстраций на 73 страницах,спись литературы из 131 наименования на 14 страницах и приложений на £ страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулирована эль и задачи исследования, показана научная новизна и практиче-<ая ценность работы.

В первой главе рассмотрены особенности расчета переходных сжимов в автономных ЭЭС, проанализировано современное состояние юрии переходных процессов в машинах постоянного и переменного жа, осуществленное применительно к цепным моделям этих машин.

Рассмотрены используемые в настоящее время подходы к форми-эванию математических моделей различного уровня адекватности для ашин постоянного и переменного тока. По результатам анализа опуб-даованной литературы проведена систематизация и разработаны ча-гные модели электрических машин, позволяющие учесть насыщение, гаревые токи в массивных участках магнитопровода, коммутационные зления в перехс^ных процессах.

Во второй главе исследовано влияние основных физических яв-?ний в коллекторных машинах постоянного тока традиционного лс-элнения на их динамические характеристики. С этой целью осуще-рвлеко сравнение характеристик переходных процессов при вариации [■дельных параметров. При этом использованы следующие уравнения:

I. = и—J - г. ,1 ., I фа.* - ЬЛ

Здесь Гл) ) Г^) активные сопротивлений обмоток яко-возбуждения, а также эквивалентных продольных и поперечных ви-

>Жс = ГаСа~ и.

хревых контуров, обусловленных токами в массивных участках магни топровода машины, 1Л) ¿¿у, - соответствующие токи, Х^

Хоус/^Х,,-^- индуктивные сопротивления рассеяния обмотки возбудде ния и вихревых контуров. Напряжение приложено к обмотке воз буждения, - к соединенным последовательно обмоткам якоря,по следовательного возбуждения и добавочных полюсов,60- угловая ча стота вращения ротора,^' - инерционная постоянная машины, 1Лщ -пе реходное падение напряжения в щеточном контакте. Символомрг обоз качены производные потокосцеплений и частоты вращения по относи тельному времени Т= , где базисное время. Переменны ми (рЬц,, Фаг/, обозначены потокосцепления обмотк

возбуждения,вихревых контуров,а также взаимоиндукции в продольно и поперечной осях. Потокосцепление равно

где Ц/а- потокосцепление якоря, а коэффициентКс выражается че рез отношение чисел витков независимой и последовательной обмото возбуждения, а также базисных величин цепей якоря и возбуждения.

В приведенных уравнениях учтено,что на динамические характе ристики машин постоянного тока процессы коммутации оказываю влияние за счет коммутационной реакции якоря, увеличения падени напряжения на щетках в переходных режимах и добавочного электро магнитного момента от взаимодействия потокосцепления в зон коммутации и тока ¿у (4) в эквивалентном короткозамкнутом контуре равного = (8). Данный короткозамкнутый контур содер

жит 2.К^\а/с витков, где /Сд - коэффициент щеточного перекрытия \л/с - число витков секции якоря. Сопротивление Г^ в уравнени (4) равно сумме Гщ+Гс , где Гщ - переходное сопротивление щеточ ног о контакта, Гс - сопротивление секции якоря. Переменная представляет потокосцепление короткозамкнутого контура, перво слагаемое (4) я относительных единицах равно коммутирующей ЭДС пропорционально потокосцеплению в зоне коммутации, 1а

реактивная ЭДС. Коэффициенты 0Ст и Хгк выражаются через геометри ческие характеристики машины и величины ЭДС секции якоря в номи нальком режиме:

_ ^ "С • V _ £гн2\л/д. (а"

.^'7ТгЬк иа§7Гр1л/с '

где Wа- число последовательно соединенных витков обмотки якоря, Т- полюсное деление, Ьк - ширина зоны коммутации, Ц^ -базисное напряженно, якоря , р - число пар полюсов.

Переменные f l^fflj^ представляют собой собственные и 1заимные дифференциальные индуктивности, введение в расчет кото->ых позволяет в полной мере учесть влияние насыщения магнитопро-юда на основные свойства объекта.

В качестве базового переходного режима рассмотрен реостатный [уск двух мощных машин,сопровождающийся значительными,до 3f,5 o.e., сратностями тока якоря. В одном из примеров изменение основ-юго потока после отключения пускового сопротивления составляет ),8...1,4 o.e. При этом основные физические процессы в машине фоявляются весьма заметно. Высокое качество использованной модели шюстрируется сравнением опытных и расчетных характеристик дан-гого переходного процесса.

Было оценено влияние на параметры переходных режимов следую-дах факторов:

1. насыщения магнитопровода;

2. вихревых токов в массивных участках магнитопровода;

3. коммутационных процессов и их влияния через коммутацион-гую реакцию якоря, падение напряжения на щетках и момент 1Т1КМ.

Для этого проведен расчет переходных процессов при вариации соответствующих коэффициентов уравнений. По результатам дачного шализа разработана упрощенная модель машины постоянного тока:

3tl^d = U/d-rfdLfd , ifd = ; ([10)

)xia = -L(Ua-(J4JaJ- Г*1Л) j (//)

\)ad = a-a.rctg(bLzd) , a.,b= const ; (/2)

[lcj = LfJ+kcia. , (/j)

^^(^¿«-Wc). (i'i)

Учет коммутационной и продольной реакции якоря можно осуществить за счет корректировки параметраКсв уравнении (13). Входя-цая в уравнение (И) величинаХлпредставляет собой эквивалентное индуктивное сопротивление якоря. Следует отметить, что даже при значительной вариации индуктивностиХлотклонение основных характеристик переходных процессов весьма невелико. По этой причине параметр Ха можно определять достаточно приближенно.

Выбор и коррекцию параметров приближенной модели в зависимо-

сти от исследуемых режимов рекомендовано проводить с помощью по: ной системы уравнений (1-8).

В третьей главе основное внимание уделено сравнению парам« тров переходных режимов, характерных для машин переменного токг работающих в составе автономной ЭЭС. Дифференциальные уравнен! машины переменного тока представлены в виде:

Ргфс/= , ¿,= ; (/6

= ч' ;

, ^ = ; (и

(И

Рг^ = Ьрт^+п^РгЧ}; (11

ртфа9 = + ; (22

= (23

Влияние потока рассеяния статора на индуктивность пазе вого рассеяния аппроксимировано функциональной зависимостью

гдеХд^-индуктлвное сопротивление рассеяния лобовых частей, Х^,, ненасыщенное, а Хп-П -насыщенное значение сопротивления пазозм рассеяния, 1Т= ]/Ц^ + .

Более полные модели, описанные в литературе, учитывают изме ненме индуктивных сопротивлений рассеяния статора и ротора кг потоками рассеяния соответствующих контуров, так и потоками вза! моиндукции. Для синхронных машин отмеченные факторы существен} проявляются лишь при больших кратностях тока якоря, например, щ коротких замыканиях.

В уравнениях (16-23) ^¿^ - потокосцег

ления якоря в продольной и поперечной осях, обмотки возбуждена продольных и поперечив: демпферных контуров, , ¿^ ¿¿^

соответствующие тога, Г- активные сопротивления яке ря. обмотки возбуждения и демпферных контуров. Хо-Д^Х^^Х^ индуктивны?- сопротивления рассеяния этих контуров.

Приведены опытные и расчетные характеристики основных переменных в режиме пуска мощного асинхронного двигателя, а также в режимах короткого замыкания и послеаварийного восстановления напряжения синхронного генератора Их сравнение иллюстрирует высокое качество модели и отсутствие ошибок в алгоритме расчета.

В приведенной модели уравнения (19) и (20) учитывают вихревые токи в массивных участках магнитопровода и эффект вытеснения тога в глубокопазных и двухклеточных двигателях. В ряде работ было показано, что частотная характеристика асинхронных машин с достаточной для практических задач точностью описызается схемой с двумя контурами. Поэтому,для асинхронных двигателей используем двух-контуркую модель,при этом в уравнениях (18) и (19) п=ш=2.

Модель машины переменного тока, названная в диссертации упрощенной, представляет собой широко используемую модель на основе уравнений Парка-Горева. Сравнение параметров переходных режимов в системе с синхронным генератором, асинхронной и активно'- индуктивной нагрузкой, рассчитанных по модели (16) - (24) и по упрощенной, показало, что корректировка продольного индуктивного сопротивления реакции якоряХ^11 сопротивлений эквивалентных вихревых контуров асинхронного двигателя Г^(19),Г^(20) для упрощенной модели обеспечивает приемлемую точность определения напряжения И.сг на статоре генератора, приложенного к нагрузке, как показано на рис. 1.

на синхронный генератор:

—— модель с учетом насыщения магнитопровода; --- упрощенная модель

Однако, для интервала времени 1,3 с<£<1,9 с погрешност расчета переменной Истпо упрощенной модели достигает 0,12 о.е Расчеты переходных процессов с переменными сопротивлениями реак ции якоря при раздельном учете насыщения по осям (} и ^ в некото рых случаях, могут привести к погрешностям, даже большим, чем пр анализе режимов с постоянными параметрами. Для преодоления проти воречия между необходимостью обеспечить точность расчета напряже ний Шст в автономной ЭЭС и обоснованной выше целесообразностью проведения расчетов по упрощенной модели в работе выделен дополнительный уровень математического описания машин этого типа, на званный средним. Модель среднего уровня,включающая выражения (16) (23) и формулы для определения дифференциальных индуктивностей от существующих более точных моделей отличается тем, что в перво; случае не учитывается изменение индуктивных сопротивлений рассея ния статора и ротора Рациональное сочетание моделей машин переменного тока среднего и низкого уровней при объединении их в об шую модель автономной ЭЭС позволяет обеспечить анализ режимов системы с высокой эффективностью.

В основном, все расчеты переходных процессов в машинах переменного тока проведены при постоянстве их индуктивных сопротивлений рассеяния статора. Данное упрощение позволило на основе метода узловых напряжений сформировать сравнительно несложный без-итерационный алгоритм для определения напряжений в узлах электрической сети при учете насыщения магнитопроводов машин. Более точное определение ударных значений тока статора и электромагнитной момента синхронного генератора в режиме короткого замыкания достигается за счет коррекции параметра Хд.. Непосредственное применение для этой задачи формулы (24) возможно лишь на основе итерационного алгоритма расчета напояжений в узлах автономной ЭЭС.

В четвертой главе дано описание схемы обратимого преобразователя с системой автоматичес;сого регулирования.

Структурная схема автономной ЭЭС приведена на рис. 2.

Регулирование машины постоянного тока обратимого преобразователя осуществляется по цепи возбуждения от однофазного полууправляемого тиристорного выпрямителя (ТВ), а синхронной машины -от системы фазового компаундирования с тиристором отбора (СФКТО). Тиристорный выпрямитель получает питание от трансформатора Т, .первичная обмотка которого подключена к статору синхронной маши-

ы. Для задания угла управления тиристорного выпрямителя исполь-уется двухконтурная схема подчиненного регулирования СП Р. помощью автомата 0.Р, в цепи статора синхронной машины произво-ится коммутация асинхронной нагрузки, выключатель й/% служит для существления пуска установки от генератора СГ.

Для иллюстрации качества разработанной модели автономной ЭЭС обратимым преобразователем приведено сравнение опытных и рас-етных характеристик при пуске мощного асинхронного двигателя от реобразователя, работающего в инверторном режиме.

Анализ переходного процесса при переводе обратимого преобра-ОЕателя из выпрямительного режима в инверторный,рассчитанный при ариации ряда параметров рассматриваемой ЭЭС,позволяет всесторон-е исследовать работоспособность установки. Рассмотрен как режим братимости при нормальных начальных условиях, так и аварийный ереход, осуществляемый после отключения с выдержкой времени ко-откого замыкания на шинах генератора СГ выключателем 0.

Было исследовано влияние на основные характеристики этих пе-еходных процессов следующих факторов:

- нагрузки эквивалентного асинхронного двигагеля;

- нагрузки двигателя постоянного тока;

- инерционной постоянной асинхронного двигателя;

- коэффициента компаундирования синхронной машины обратимого

преобразователя;

- напряжения источника постоянного тока;

По результатам проведенного исследования определены эначенш параметров установки,способствующие более благоприятному перехода в инверторный резким.

При наличии математических моделей отдельных элементов автономной ЭЭС необходимо решить задачу объединения их в общую модель системы. В большинстве опубликованных работ предпочтение отдается методу узловых напряжений. Основной тенденцией при разработке различных Оезитерационных алгоритмов расчета этих напряжений является стремление выделить уравнения элементов в отдельные блоки, а для нахождения напряжений в узлах формировать уравнения связи.

Разработанный в четвертой главе способ определения узловых напряжений позволяет учесть насыщение магнитопроводов машин и влияние друг на друга переменных во взаимно перпендикулярных осях. В то же время, предложенный метод использует более простые выражения, чем известные. Разработанный в диссертации метод применен для расчета режимов в системе, объединяющей обратимый преобразователь , статическую и асинхронную нагрузку,а также для анализа реакторного пуска преобразователя при наличии в системе асинхронного двигателя. Предложенный способ формирования уравнений связи применим к любой автономной ЭЭС, объединяющей генераторы и двигатели переменного тока, статические нагрузки,а также системы их регулирования.

Уравнения связи представлены во , Ц ~ координатах, причем уравнения каждого из синхронных генераторов системы записывают-ются в собственных осях 6 и Ц, , связанных с их роторами. Уравнения соединительных перемычек, асинхронных и статических нагрузок сформированы в общих- осях, например, относящихся к одному из генераторов или к синхронным осям. Согласование координат для составляющих токов и Ц синхронных генераторов осуществляется в уравнениях связи путем преобразования их к общим осям. Определение напряжений в узлах электрической сети осуществляется с использованием матричного уравнения вида

В автономной системе с синхронным генератором и смешанной •нагрузкой матрица£б5^ определяется выражением

SA A ] +[3 SOI ] (26)

юрвое слагаемое [[BjCrJ формируется с использованием параметров -енератора

ЙСП-

M

X»

ïl

4J L

nidy

'Aoj о

•де коэффициенты X nj Хае определяются по

-L = -L + -L \ £ /

' = Î4—+'

'А*

формулам:

(27)

(28)

(Р)

(30)

, ¿у, с^г --сгь^ -и

^-индуктивность рассеяния статора машины переменного тока. Выра-кния для матрицы [В5ЛД] асинхронного двигателя совпадают по фор-!е с (27) и (28), :кой нагрузки

[в5сн]= ¿из[/Ам, /Ас«]

X

xf

(31)

отличаясь значениями параметров. Для статиче-

Ча«[.

5 выражении (25) []]= к]г - вектор усе-

юнных производных от приведенных к общим осям токов I^ и I^ всех < ветвей, вычисленный при нулевых напряжениях в узлах. Для автогамной ЭЭС,содержащей произвольное число узлов П .вектор состав-[яющих напряжений [&] ..., ¿¿.^п-] . Множитель

Лзл] = представляет собой узловой вектор усеченных про-

[зводных статорных теков, [П] - матрица соединений статорных ;етвей. Строки матрицы[П] соответствуют узлам электрической се-■и, а столбцы - ее ветвям. Модуль элемента этой матрицы равен динице, если соответствующий узел связан с ветвью и нулю-в про-'ивном случае. Вектор для синхронного генератора находим по хэрмуле

ЦгЗ

AAÏ

хе

[Bscr ld

] Г

V + со l

A. /

m

¿4,

J

PxVfJ X

a-f

m

y ЬШ

j=; x*Jd

Xcrio.

(32)

[п].

Для асинхронного двигателя в формуле (32) следует исключит слагаемое, учитывающее контур возбуждения, вектор [3Сн] статиче ской активно-индуктивной нагрузки определяется выражением:

иен]- [-§гЛ<" + , " 4т/*« - (3с

Отображение произвольной структуры автономной ЭЭС в модели

обеспечивается через уравнения связи с помощью матрицы [П] , задающей структуру, и.матрицы ■ При анализе режима наброса

смешанной нагрузки на синхронный генератор матрица £ П 3 запишется в виде:

"10 10 10 0 10 10 1

Полученные выражения (27)-(30), (32) позволили осуществит расчет режимов в системе, объединяющей модели машин переменног тока среднего уровня,в частности, переходного процесса на рис.1

Анализ асинхронного пуска обратимого преобразователя прово дится с целью определения технической возможности такого режима расчета параметров пусковой схемы. Прямой пуск преобразовател исключается исходя из условия обеспечения провала напряжения н статоре, не превышающего 20%. Наиболее простым решением, требую щим минимальных изменений в силовой схеме и системе управлени действующих установок, следует признать использование режима ре акторного пуска.

На основе анализа основных переменных при пуске определен минимальная величина индуктивности реактора, при которой снижени напряжения в ЭЭС остается допустимой - 0,14 мГн. Цэи увеличени параметра £_р до 0,53 мГн время . пуска достигает 140 с, что 15-20 раз превышает время пуска обратимого преобразователя п штатной схеме от источника постоянного тока. Поэтому, представля ется целесообразным в новых образцах обратимых преобразователе предусмотреть установку пусковой обмотки в синхронную машину, то время как сейчас используется демпферная обмока.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены следующие основные результаты.

1. Численный анализ переходных процессов в автономной электроэнергетической системе целесообразно проводить с использованием математически моделей ее элементов, сформированных при упрощенном представлении ряда физических явлений. Это дает везмож-

:ость определять напряжения в узловых точках.системы при меньшем ;ремени счета на ЭВМ, обеспечивая, тем не менее, приемлемую точ-:ость расчета данной характеристики. Полученные зависимости наряжений в узлах автономной системы от времени можно использо-¡ать для анализа поведения отдельных ее элементов в исследуемых «жимах по частным моделям высокой точности, учитывающем все специфические для каждого типа электрических машин физические [роцессы.

2. Показано,что на динамические характеристики мощных неком-;енсированных машин .. постоянного тока существенно влияют насыще-[ие магнитопровода в продольной и поперечной осях, коммутационная >еакция якоря, вихревые токи в поперечной оси. В то же время,роль ¡ихревых токов в продольной оси в исследованных режимах весьма «значительна. Момент от взаимодействия добавочного тока в ком-|утируемых секциях с потоком в зоне коммутации не превышает 17. п величины основного момента. Это позволило исключить переменив, характеризующие процессы в эквивалентных продольных вихревых :онтурах,и момент\ПКМ при формировании упрощенной модели машины, 'прощенная модель машины постоянного тока дает возможность с :орошей точностью эквивалентировать "внешние" ее свойства, характеризуемые отклонениями в токе якоря.

3. Расчет переходных режимов машин переменного тока.работа-)ших в составе автономной судовой ЭЭС,целесообразно осуществлять : использованием упрощенных моделей на основе известныу уравне-[ий типа Парка-Горева. Подстановка в упрощенную модель "насыщен-[ых" значений сопротивлений реакции якоряХЛс| и Ха.у способно обеспечить приемлемую точность расчета напряжений на статоре в системе, объединяющей синхронный генератор, статическую и асин-:ронную нагрузку. Однако,на отдельных участках рассмотренных переходных процессов отмечено увеличение погрешности расчета этой [временной. Поэтому, признано целесообразным ввести в рассмотре-[ие систему уравнений, названную в диссертации моделью среднего ровня. Она предназначена для проведения дополнительного анализа режимов в автономной системе, при этом значительная часть расче-ов проводится с использованием модели низкого уровня.

4. Разработанный в диссерт?'щи способ формирования ураЕце-:ий связи в системе с произвольной структурой, содержащей машины [временного тока, активно - индуктивные нагрузки и системы регулирования машин,позволяет проводить уточненные расчеты в системе

при учете насыщения магнитопроводов машин и влияния друг на другг переменных во взаимно перпендикулярных осях.

5. Решен ряд практических задач по выбору параметров регуляторов проектируемых установок. Разработаны программы, позволяющие реализовать последовательную настройку многоконтурных систем подчиненного регулирования электрических машин постоянного тока, входящих в состав электромашинных обратимых преобразователей.

6. Всесторонне исследован режим обратимости преобразователя из нормального и аварийного режимов, определены значения параметров, способствующие более благоприятному переходу в инверторный режим. Проведены расчеты режима пуска обратимого преобразователя от синхронного генератора, выбраны параметры пусковой схемы. Даны рекомендации по выбору величины индуктивности пускового реактора, типа и числа выключателей.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Сидельников Б. В. , Абрамов С. С. Влияние погрешности определения кривой намагничивания машин постоянного тока на результаты -режимных расчетов. / Электромеханика. 1991. № 2. С. 13 - 16. (Изв. высш. учеб. заведений).

2. Сидельников Б. К, Абрамов С. С. Моделирование машины постоянного тока как элемента электроэнергетической системы. / СПбГТУ-СПб. ,1994.-13 с. -Рус. - Деп.в Информэлектро. N2 27 ЭТ 94.

3. Сидельников Б. В. , Абрамов С. С. Математическое моделирование динамических процессов в автономной многомашинной системе. -Задачи динамики электрических машин: Межвуз. темат. сб. науч. тр. / Омский политехн. ин-т - Омск: ОмПИ, 1989. С. 19-26.

4. Сидельников Б. К ,Абрамов С. С. Исследование режима обрати-тимости электромашинного преобразователя постоянно - переменного тока / СПбГТУ-СПб., 1994. -14 с. -Рус. -Деп. в Информэлектро. № 21 ЭТ 94.