автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Устойчивость двухмерной электрической машины - генератора в нетрадиционной энергетике

На правах рукописи * —

□0305т81б

ГОЛУБЕВ Николай Робертович у*

устойчивость двухмерной электрической машины - генератора в нетрадиционной энергетике

05 09 03- Электротехнические комплексы и системы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2007

003057816

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Гайтов Багаудин Хамидович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Стрижков Игорь Григорьевич кандидат технических наук, доцент Кашин Яков Михайлович

Ведущая организация:

Высшее военное училище (военного института) имени генерала армии Штеменко С М

Защита диссертации состоится «15 мая 2007г » на заседании диссертационного совета Д 212 100 06 Кубанского государственного технологического университета (350058, г Краснодар, ул Старокубанская 88, ауд № 410)

Отзыв на автореферат в двух экземплярах направлять по адресу 350072, г Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ, ученому секретарю

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета по адресу 350072, г Краснодар, ул Московская, 2

Автореферат разослан 13 апреля 2007г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 100 06 кандидат технических наук, доцент

ЛЕ Копелевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время основным (82 %) источником получения электрической энергии в мире является ископаемое топливо и отчасти (на 16 %) - растительное топливо Вместе с тем энергия, поступающая от Солнца на Землю, превышает современное энергопроизводство в 2 104 раз К этому следует добавить, что около 2 % поступающей на Землю солнечной радиации превращается в энергию ветра, как результат тепловых процессов, происходящих в атмосфере

В общем случае энергию ископаемого топлива, и даже гидроэнергию, используемую человеком для получения электрической энергии, можно рассматривать как преобразованную солнечную энергию по схеме солнечная радиация - органический синтез (образование каменного угля, нефти, газа и т п ) - сжигание топлива (получение тепловой энергии) - преобразование тепловой энергии сначала в механическую (в турбине), а затем - в электрическую в (генераторе), или по схеме солнечная радиация - испарение влаги - конденсация - осадки -водоемы преобразование механической энергии водного потока в электрическую энергию

Тем не менее можно сказать, что едва начавшейся эре энергии ископаемого топлива, уже сейчас грозит закат В силу известных причин

Эти обстоятельства привели к естественной активизации поисков других, нетрадиционных, экологически чистых источников энергии, таких как : энергии Солнца, ветра, малых рек, биотоплива, приливов -отливов, морских волн и морских подводных течений, геотермальных вод и др При этом естественной является попытка обойтись без многоступенчатой схемы преобразования энергии, а в идеальном случае - достичь непосредственного, прямого безмашинного преобразования энергии.

Однако до настоящего времени вопросы прямого преобразования энергии, не нашли широкого развития, с одной стороны, и принципиально не могут

охватить всю гамму известных в природе нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) В связи с этим не случайно вопросы использования ВИЭ, в большинстве своем решаются с использованием электромеханических преобразователей энергии (ЭМГТЭ), т е электрических машин (ЭМ),которые успешно конкурируют с установками прямого преобразования энергии, например с фотоэлектрическими преобразователями (ФЭП) солнечной энергии в электрическую, имеющими КПД на уровне 10-15 %

Однако работы по оценке устойчивости систем энергетики на базе подобных машин не производились, а это непосредственно связано с качеством электроснабжения Кроме того, если иметь ввиду, автономные системы электроснабжения, которые представляют собой систему источник-потребитель соизмеримой мощности, вопрос исследования устойчивости таких систем становится еще более актуальным

Цель работы. Целью работы является совершенствование системы автономного электроснабжения на базе ДЭМ-Г и оценка устойчивости работы ДЭМ-Г в системе автономного электроснабжения (САЭ)

Задачи исследования. Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие основные задачи

-создание математической модели ДЭМ-Г в САЭ с учетом демпфирующего короткозамкнутого контура,

-разработка алгоритма расчета устойчивости ДЭМ-Г в САЭ, -разработка рекомендации, обеспечивающие устойчивость работы САЭ на базе ДЭМ-Г

-совершенствование схемы комплексного электроснабжения на базе

ДЭМ-Г

Методы исследования. В теоретических исследованиях автором использована теория обобщенного электромеханического преобразователя энергии с применением математического аппарата матричного анализа электрических машин, теория электромагнитного поля и метод синтеза электрических машин, а

также использованы методы критерии Михайлова и Гурвица для решения устойчивости системы Поставленные задачи решены аналитическими и численными методами

Научная новизна. Научная новизна заключается в следующем

- разработана математическая модель ДЭМ-Г с учетом демпфирующего короткозамкнутого контура,

- произведен анализ влияния параметров ДЭМ-Г на границы областей устойчивости в установившемся режиме,

- разработан алгоритм для оценки устойчивой работы ДЭМ-Г в системе автономного электроснабжения (САЭ),

- сформулированы рекомендации, обеспечивающие устойчивость САЭ на базе ДЭМ-Г

Практическая ценность Работа имеет прикладной характер и ставит своей основной задачей повысить эффективность нетрадиционной энергетики В связи с этим решены следующие практические вопросы

- разработана методика расчета на ЭВМ границ устойчивой работы ДЭМ-Г,

- усовершенствована система автономного электроснабжения на базе ДЭМ-Г с учетом вопросов устойчивости системы,

- предложены рекомендации повышения устойчивости системы автономного электроснабжения на базе ДЭМ-Г,

- разработана программа для решения в среде Маре! 9 границ устойчивости

Автор защищает:

- математическую модель ДЭМ-Г с учетом демпфирующего короткозамкнутого контура,

- основы и методики инженерного проектирования ДЭМ-Г для САЭ,

- методику исследования устойчивости ДЭМ-Г для систем нетрадиционной энергетики,

- рациональную систему автономного электроснабжения на базе ДЭМ-Г с учетом вопросов устойчивости,

- методику, обеспечивающую устойчивую работу САЭ на базе ДЭМ-Г

Реализация результатов работы. Научные результаты работы использованы на заводе "Тензоприбор" (г Краснодар) при изготовлении ДЭМ, в отчетах по научно-исследовательской работе за 1989-1995 г г по Российской научно-технической программе (шифр Т.14 01), а также в учебном процессе по курсу электрических машин и в дипломных проектах по специальности 10 04 "Электроснабжение по отраслям "

Апробация работы. Основные положения работы докладывались, обсуждались и получили одобрения на следующих конференциях

- международной конференции "Возобновляемая энергетика состояние, проблемы, перспективы", Санкт- Петербург 2003

- международной научно практической конференции "Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств", Краснодар 2002

- 2-й южно-российской научной конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", Краснодар 2003

- 3-й южно-российской научной конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", Краснодар 2004

- 4-й южно-российской научной конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", Краснодар 2005

- 5-й южно-российской научной конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", Краснодар 2007

Публикации. По теме диссертационной работы имеется 15 публикаций, перечень которых приведен в общем списке использованных источников

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из (116 наименований) и трех приложений Общий объем диссертационной работы 156 страниц машинописного текста, включая 2 таблицы, 33 рисунка

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, кратко изложены теоретические и практические результаты работы, представлена их научная новизна и практическая значимость, сформулированы основные положения, выносимые на защиту

В первой главе на основе литературных источников дается анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования Сформулированы задачи исследования, произведен сравнительный анализ существующих технических решений задачи использования ВиЭ, показаны переходы к решению проблем, а так же произведен краткий обзор теоретических исследований устойчивости электрических машин

Во второй главе обоснована целесообразность использования обобщенной теории ЭМПЭ для исследования переходных процессов ДЭМ-Г В связи с тем, что ДЭМ-Г представляет собой сложную электромеханическую систему, имеющую две степени свободы, то принята трехфазная система координатных осей с^-б, вращающаяся синхронно с якорем рисунок 1.

Рисунок 1— Пространственная модель ДЭМ-Г в преобразованной системе координат

В этом случае система дифференциальных уравнений существенно упрощается и вместе с тем позволяет учесть все многообразие факторов, воздействующих на переходный процесс (1)

UяJ=(rя+Lя)(dlя/dt)-(M/2)(dlяУdl)-(M/2)(dlяУdt)+M(dlJ/dt)-(M/2)(dl¿ \

(М/2)(й1р/ск),

^]^-(Ш2)(dlя/dt)^(rя+L^(dl^dt)-(м/2)(dlя/dt)-(Ш2)(dlJ/dt)^м(dlJ/dt)-

(M/2)(dlяУdt)УM/2)(dlp,f/dt)+M(dlp^dtHM/2)(d^^

(М/2)(сЬ;/с11),

и,"=-; ^//¿л; - ; +- -

(М/2)(с11рУЖ)

-ия/=М(с11я1'М)-(М/2)(с11ячМ)-(МУ2)(си'/ск) +гя,,+иМя/М) -(М/2) (М/2)(&;Щ,

(М/2) (с11яУШ) - (М/2) (с11р,?/Ж)+ЩЖ^Щ - (М/2) (с11Р, "/сП)-(М/2) М1Р/Ж)+М(с11рУ(И)~

(м/2)(ж;/ж),

-UJ=-(M/2)(dlяd/dt)-(M/2)(dlяУdt)+M(dlяУdt)-(M/2)(dlJ/dt)-

(М/2)(с!1я,УсП)+гя,,+и,(с11яУс11) -(М/2)(й1^/(И)-(М/2)(Ж„дУЛ) +М(Жрд*/Ж)-

(а>я-ыр) М (с11я,('/с1() -

сор)М(йЬрЦ/ск) +гр+Ьр(с11ра/Ж)+(1/л!3) (соя-сор) (Ьр+М/2) (с11рч/с11) -(1/<3)(соя-юр)(1р+М/2)(й1рШ),

-U;,^yЬ/2)(wя-o)p)M(dl:Уdl)+Nз/2)(ыя-шp)M(dl.Уdt)У<3/2)(a>я-

юР)М(с/1Я/М)+(Ь/2)(сия- а)р)М(с11я;/ск)-(Ь/2)(соя-сиг)М(с1^;'М)+N3/2)(шя-

шр)(Ьр+М/2)(с11рУЖ),

-и;=вЗ/2)(юя-юр)М(Жяа/Ж)-(Ь/2)(тя-юр)М(Ж^ (^3/2)(юя-о)р)М(^^/Л)+(^3/2)(ая-тр)М(^ралМ0-(Ь/2)(соя-сор)М(Жр,УЖ)^У1Мз)(шя-(ор)(1р+М/2)Ш1рМ1)-(]/Ь)(соя-сор) (Ьр+М/2) (с11рУс11) +гр+Ьр(с11;М),

(М/2)(с11р"/с!1)-(М/2)(с{1;т,

Up^=0^yM/2)(dlf/dt)+M(d¡яУdt)УM/2)(dlя7dt)-(M/2)(d^J/dt)+M(dlJ/dí)-

(M/2)(dlJ/dt)-(M/2)(dlpдУdt)+rяp+Lp¿(dlяУdt)-(Ш2)(dlpдs/dt)-

(М/2)^1,?Щ+М@1рчМ1)-(М/2)@1рвМ1),

Up,)í=()=-(M/2)(dlяJ/dtПM^2)(d^:Уdt)+M(d^яУdt)-(M/2)(dlJ/dt)-

(М/2) ЧЩ+ММ1у;Щ-(М/2) ^¡^Щ-ГМЛ^^М) +ГЯ.+ЬРМР,"М)-

(М/2) @1рЩ-(М/2) ^1р"М)+М^1РКМ,)

Построена математическая модель ДЭМ-Г, как наиболее общая для исследования переходных процессов в различных вариантах исполнения ДЭМ-Г

Базовая математическая модель электромеханических переходных процессов ДЭМ-Г выражена через потокосцепления, через индуктивности и взаимные индуктивности машины Уравнения электромеханических переходных процессов выражены через токи, что представляется наиболее удобным во всех случаях моделирования на ЭВМ

Уравнения электромеханических переходных процессов выражены через токи, что представляется наиболее удобным во всех случаях моделирования на ЭВМ

М

м. = # Рм

(Ог=-

'((«.*+С Х'р4+с,)+«+с х«;+&)+с:+с + С » ((>;+С х-:+с)+(<:+'1 х»:+о+о;+х<г+«:» (о?+'IX''+с)+и+с Х'р+с)+о:+с Х'р +£)>-'

Ц.-11.1. ю,

с.к 1,'

1

+— Т — +гу т р р Ж р

_1 т

р Л г.

(2)

Система (2) - это математическая модель электромеханических переходных процессов ДЭМ-Г

Здесь Мр - момент, приложенные к ротору из вне (например от ветротур-бины) и Ма - момент нагрузки якоря ДЭМ

В третьей главе При построении системы автономного электроснабжения на базе двухмерной электрической машины-генератора (ДЭМ-Г) остро встает вопрос исследования устойчивости данной системы, поскольку автономная система электроснабжения представляет собой систему источник-потребитель соизмеримой мощности, то возникают вопросы исследования устойчивости этих машин Полученная нами ранее математическая модель ДЭМ-Г представляет собой систему нелинейных дифференциальных уравнений. Исследования статической устойчивости возможно выполнить по линеаризированным уравнениям или уравнениям первого приближения При этом исследуется устойчивость исходно-

го установившегося режима работы машины будет ли он являться устойчивым или нет при наличии достаточно малых возмущений Принимая во внимание, что возмущения, вызывающие периодические колебания являются малыми и гармоническими, проведем лиаризацию основных уравнений

Возможность решения задачи устойчивости на основании уравнений первого приближения, когда об устойчивости можно судить по линеаризованным уравнениям без привлечения к анализу точных уравнений была доказана А М Ляпуновым Линеаризированная система уравнений возмущенного движения может быть записана в общем виде следующем образом

dx ,

—l--a. х.+а. х,+ +а х ,(/ = 1, ,п) , (3)

dt 111 /2 2 тпк/ 4 '

где а,„ - постоянные коэффициенты системы,

х, - вариации (или приращения) переменных системы, обусловленные малыми возмущающим воздействием

На основании изложенной методики разработан алгоритм расчета статической устойчивости ДЭМ-Г на ЭВМ Алгоритм реализован в математическом пакете Maple 9 Задаются исходные данные для расчета — параметры математической модели активные и реактивные сопротивления, а также скорость вращения ротора При расчетах на ЭВМ границ устойчивости и рабочих характеристик ДЭМ-Г необходимо знать их параметры, которые можно получить экспериментально, Основную трудность при испытаниях представляет опытное определение синхронных индуктивных сопротивлений Известен способ определения синхронных индуктивных сопротивлений методом малого скольжения, однако, применение этого метода для машин малой мощности приводит к значительным ошибкам в следствии существенного активного сопротивления обмоток

и

Целью экспериментальных исследований явилось подтверждение правильности теоретических разработок в области исследования устойчивости ДЭМ-Г Экспериментальный стенд позволил регулировать частоту вращения в пределах от 100 об/мин до 2000 об/мин

Выбрали промежуток от 100 об/мин до 2000 об/мин Активное и реактивное сопротивления =0 15 Ом, Ха=0 2 Ом, ИагЮ 5 Ом, Хаг=1 5 Ом, Яр=0 35 Ом, Хр=0,7 Ом, Хт=3 Ом, Уа=1000 об/мин

При Уг=100 об/мин получим характеристическое уравнение 9-го порядка

-0 18-0023 ¿>-23 09 р1 +4606 ръ + 3 82 р4 +0068 р'- 0 001 /-000005 р1 --28 Ж1 /-3 7 Ю"10 р9 = 0 (4)

Определитель Гурвица

5 3/3 46 Ом зек о сою; -37СС5 0 с с 3

1? 23 № 0 501 0 ж.т>51 0 С 3

С 0 065 о :юс5 з 7: и' С 0 1

С -1? 23 05 3 С ОС 45 0 Л»"80 1 3 -

о — с 0 ОС23 -вое СОЙ 0 ж л зим"0 а -

с С -13 23 05 3 8? СМ) -с смог!. з 3

с 0 0 о ог: 4ьС6 С С6Ч 9 -оогао: -310 1С 3

с 0 0 - 15 1 82 3 301 0С10С02ЕЗ 0

■ г 0 0 с -с огз 45 06 3 068 с саос 5 -3"'0 1С

из условия (3 8) минор Д1=-0 023 и меньше 0, В=2 9 10 19, В>0 т

режиме ДЭМ-Г работает не стабильно а о, „

(5)

то в этом

Рисунок 2 — Годограф Михайлова

Установлено и количественно оценено влияние параметров ДЭМ-Г, которые оказывают существенное влияние на характеристики режима. Влияние параметров ДЭМ-Г , входящих в математическую модель на границы статической устойчивости можно охарактеризовать следующим образом. Как показали ис-сисдодания, повышению устойчивой работы машины способствует увеличения индуктивного сопротивления рассеяния якоря, а при увеличении или снижении активного сопротивления на обмотках якоря, ротора, а также скорости вращения -ДЭМ-Г становился неустойчивым.

Рисунок 3 - Диаграмма устойчивости ДЭМ-Г

Экспериментальное подтверждение полученных теоретических результатов позволяет рекомендовать разработанную методику расчета границ устойчивости и методику расчета рабочих характеристик к практическому использованию.

Методику расчета границ устойчивости следует включать в качестве составной части в САПР ДЭМ-Г , что позволит уже па этапе проектирования гарантировать их устойчивую работу в заданных режимах.

Анализ устойчивости ДЭМ-Г рекомендуется проводить по системе линеаризованных дифференциальных уравнений с использованием алгебраического критерия I урвица и геометрического критерия Михайлова.

Предлагаемая методика расчета границ устойчивой работы позволяет проанализировать с использованием ЭВМ влияния всех параметров, входящих в исходные уравнения Выведено характеристическое уравнение ДЭМ-Г в общем виде

Выполнен анализ влияния параметров машины на границы статической устойчивости Результаты анализа можно свести к следующему

- все параметры машины, входящие в математическую модель в той или иной степени оказывают влияние на его статическую устойчивость,

- уменьшение активного сопротивления обмотки приводит к увеличению перегрузочной способности,

- увеличение индуктивного сопротивления приводит к снижению перегрузочной способности,

- устойчивая работа машины при снижении скорости вращения ротора на 30% или якоря повышается путем увеличения индуктивного сопротивления рассеяния якоря на 10% - 15%

Четвертая глава. При создании системы автономного электроснабжения (САЭ) на основе ДЭМ, прежде всего следует выделить два типа нетрадиционных источников энергии наиболее ярко выраженные для данного региона из множества присутствующих там ВИЭ

После выбора двух, рациональных источников их следует согласовать с характеристиками потенциально возможных потребителей. Это согласование предполагает выполнение следующих условий- энергоустановка должна максимально эффективно использовать возобновляемую энергию с учетом того факта, что повышать эффективность и экономичность источника и потребителя значительно выгоднее, чем просто увеличивать производство электроэнергии,

- поскольку закономерности спроса и производства энергии в нетрадиционной энергетике в общем случае никогда не совпадают, то естественным является включение в САЭ накопителя энергии, что позволяет уменьшить мощность

энергоустановки При этом комбинированное использование двух источников энергии в ДЭМ позволяет уменьшить мощность накопителя до 40 - 50 %, ВЕТЕР СОЛНЦЕ

и и -

ВТ

дв>

* ! 4

/

/

33

дэм

"Г

л

& ! Щ

■Э!

/

^_V

м

~Пз

"П.

зл

Л

е*т

Рисунок 4 — Структурная схема комплексной системы нетрадиционной энергетики

- - электрическая связь, 1 - тепловая связь,

- холодосвязь, > - механическая связь,

- электрическии выключатель

Причем, один из источников должен быть легко преобразуемым в механическую энергию, а другой - в электрическую

- наиболее эффективная САЭ на базе ДЭМ предполагает дозированное включение или отключение потребителей в строгом соответствии с текущей суммарной мощностью двух выбранных источников энергии,

- наконец, если очень сложно согласовать нетрадиционную энергоустановку с потребителями, то целесообразно подключить ее к более крупной и универсальной по составу источников энергии системе Если последние имеют накопители энергии, их эффективность повышается за счет увеличения в них доли установок на возобновляемой энергии

Как известно, задачей системы нетрадиционной энергетики (СНЭ) является обеспечение энергией локальных объектов В общем случае эта задача сводится к электроснабжению, теплоснабжению, холодоснабжению и снабжению горячей водой В настоящее время СНЭ по существу является автономной поскольку она не имеет, как правило, электрическую связь с энергосистемой, общеизвестные системы автономного энергоснабжения (САЭ) базируются в основном на дизельных электростанциях, являющихся одновременно источником электрической энергии, источником тепло- и холодоснабжения, используя иногда тепловую энергию от систем утилизации отбросного тепла дизеля При этом потребители САЭ делятся на промышленные, аграрные и бытовые Электроснабжение при этом, как правило, осуществляется трехфазным переменным током 380/220 В, 50 Гц со средне взвешенным сох ср =0,8 Если при этом промышленные потребители работают в одну смену, то график нагрузки в САЭ будет резкопеременным с пиком нагрузки около 8-9 часов утра По этой причине энергоблок САЭ обычно составляют из несколько параллельно работающих ДЭС

Для устойчивой работы ДЭМ-Г была разработана схема АВР при изменении или пропадании напряжения на входе от солнечной батареи

Структурно-устойчивыми называются системы, которые при каких-либо значениях их параметров могут стать устойчивыми Структурно-неустойчивыми

называются системы, которые не могут стать устойчивыми ни при каких комбинациях значений их параметров Вопросы структурной устойчивости возникают при введении дополнительных элементов, т е получаемая система должна быть, в первую очередь, структурно-устойчивой В ряде случаев по виду структурной схемы можно определить, является система структурно-устойчивой или структурно-неустойчивой Система является структурно-устойчивой, если в ее состав входят только устойчивые элементы Хорошей геометрической интерпретацией является рассмотрение годографа Михайлова

Ввод 1 Ввод 2 Ввод 3

Рисунок 5 - Автоматический ввод резерва

где 8П-8Г4 — автоматические выключатели, ЕЛ —11 реле контроля трехфазного напряжения Предназначены для использования в схемах автоматического управления для контроля наличия и симметрии напряжений Реле могут также использоваться для контроля наличия и порядка чередования фаз в систе-

мах трехфазного напряжения, защиты от недопустимой асимметрии фазных напряжений и работы на двух фазах Заменить ЕЛ-11 можно на любое реле напряжения

При проектировании ДЭМ - Г, необходимо задаваться наибольшим значением индуктивного сопротивления рассеивания ротора

Устойчивость системы может зависеть от следующих факторов

1) если в состав исследуемой на устойчивость системы входят активные нелинейные сопротивления, обладающие падающим участком характеристики, и когда точка равновесия оказывается на падающем участке характеристики,

2) в схемах с чрезмерно большим воздействием выходной цепи на входную цепь - в схемах с чрезмерно большой положительной обратной связью В этом случае поступление энергии из выходной цепи во входную превышает потребление энергии во входной цепи и приращение Ах возрастает,

3) в схемах с управляемыми нелинейными индуктивностями и управляемыми нелинейными емкостями при наличии неявно (а в некоторых случаях явно) действующих обратных связей В таких схемах обратные связи при определенных условиях приводят к появлению на характеристиках нелинейных ин-дуктивностей или нелинейных емкостей падающих участков Режим работы системы может оказаться неустойчивым, если изображающая точка окажется на падающем участке управляемой нелинейной индуктивности или управляемой нелинейной емкости

4) При понижении напряжения на якоре на 10% и более , необходимо в цепь включать аккумуляторные батареи

5) При проектировании машины необходимо задаваться максимально большим значением индуктивного сопротивления рассеивания

По условиям устойчивости энергосистем нормируются минимальные коэффициенты запаса статической апериодической устойчивости по активной мощности в сечениях и по напряжению в узлах нагрузки Кроме того, устанавливаются группы возмущений, при которых должны обеспечиваться как

динамическая устойчивость, так и нормируемые коэффициенты запаса статической устойчивости в после аварийных режимах В области допустимых режимов должно быть обеспечено отсутствие самораскачивания Если самораскачивание проявляется, то должны приниматься меры по устранению его причин, а оперативно должно быть дополнительно разгружено сечение, в котором наблюдаются колебания, до исключения этих колебаний Допустимые перетоки определяются также допустимыми токовыми нагрузками (перегрузками с учетом их длительности) оборудования в заданном и в нормативных после аварийных режимах и другими имеющимися ограничениями Показатели устойчивости должны быть не ниже указанных в табл 1 При эксплуатации энергосистем в нормальной схеме и при нормальном перетоке в случае возмущения группы I устойчивость должна обеспечиваться без применения ПА, за исключением тех случаев, когда

- выполнение требования приводит к необходимости ограничения потребителей, потере гидроресурсов или к ограничению загрузки

(запиранию мощности) отдельных электростанций,

- в результате возмущения предел статической устойчивости в сечении уменьшается более чем на 25%

Таблица 1

Ре- Мин ко- Мин Группы возмущений,

жим, переток эф запаса по ак- коэф запаса при которых должна обесп

в сечении тивной мощно- по напряже- уст энергосис

сти нию В норм схеме В рем сх

Нормальный 0 20 0 15 I, II, III 1,11

Утяж 0 20 0 15 I, II I

Вынужд 0 08 0 10 - -

В указанных случаях устойчивость должна обеспечиваться без воздействия ПА на разгрузку ЭС, если возможны другие управляющие воздействия Для пусковых схем объектов допускается применять ПА для предотвращения нарушения устойчивости при возмущениях группы I Послеава-рийный режим после нормативных возмущений должен удовлетворять следующим требованиям

- коэффициенты запаса по активной мощности - не менее 0,08,

- коэффициенты запаса по напряжению - не менее 0,1,

- токовые перегрузки сетевых элементов и генераторов не превышают

значений, допустимых в течение послеаварийного режима

Длительность послеаварийного режима определяется временем, необходимым диспетчеру для восстановления условий нормального режима, не большим 20 мин В течение этого времени возникновение дополнительных возмущений (те наложение аварии на аварию) не учитывается Динамическая устойчивость должна быть обеспечена для максимально допустимых перетоков в сечении, увеличенных на ДЕЛЬТА Р Устойчивость может не сохраняться в следующих случаях

- при возмущениях более тяжелых, чем нормативные в данных

схемно-режимных условиях,

- если при возмущении, приводящем к ослаблению сечения, предел статической апериодической устойчивости в рассматриваемом сечении не превышает утроенной амплитуды нерегулярных колебаний мощности или уменьшается более чем на 70%,

- если аварийный небаланс мощности приводит к приращению мощности в сечении, превышающему 50% от предела статической апериодической устойчивости в рассматриваемом сечении

При не сохранении устойчивости деление по сечению должно не приводить к каскадному развитию аварии при правильной работе ПА или к погашению дефицитной по мощности подсистемы из-за недостаточности объе-

ма АЧР В эксплуатации любое отступление от требований, относящихся к нормальному перетоку (первая строка табл 3) или к длительности послеаварий-ного режима (20 мин ), означает переход к вынужденному перетоку и должно быть разрешено высшей оперативной инстанцией, в ведении или управлении которой находятся связи этого сечения Такое решение, как правило, принимается при планировании режимов, исходя из располагаемых оперативных резервов активной мощности Переход к вынужденному перетоку в сечении на время прохождения максимума нагрузки, но не более 40 мин (дополнительно к 20 мин, разрешенным для послеаварийного режима), или на время, необходимое для ввода ограничений потребителей и/или мобилизации резерва, может быть выполнен оперативно по разрешению дежурного диспетчера указанной высшей оперативной инстанции При планировании режимов энергосистем должна быть исключена работа сечений, обеспечивающих выдачу мощности ЭС, с вынужденными перетоками На связях, по которым возможны асинхронные режимы, предусматриваются устройства ликвидации асинхронных режимов, действующих, в том числе, на деление энергосистем Ресинхронизация, как с применением автоматических устройств, так и самопроизвольная, должна резервироваться делением

Постановка цели и задач настоящего исследования вытекает из объективной необходимости развивать и совершенствовать электромеханические системы, включая их управление, для одновременного комбинированного использования нескольких нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ВИЭ)

ВЫВОДЫ

Постановка цели и задач настоящего исследования вытекает из объективной необходимости развивать и совершенствовать электромеханические системы, включая их управление, для одновременного комбинированного использования нескольких нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) Основные результаты и выводы по работе.

1 Показано, что современные методы освоения ВИЭ с учетом количественных и качественных характеристик последних при помощи традиционных преобразователей энергии являются малоэффективными и бесперспективными, что приводит к необходимости разработки нетрадиционных (специальных) электромеханических преобразователей энергии (ЭМПЭ) и систем, одним из перспективных вариантов которых является разработанная на уровне изобретений двухвходовая электрическая машина (ДЭМ) в различных модификациях

2 Разработана и реализована математическая модель ДЭМ-Г с учетом демпфирующего короткозамкнутого контура, которая позволяет исследовать переходные и установившиеся режимы работы, а так же производить расчеты и оценки устойчивости ДЭМ-Г в САЭ

3 Экспериментальное подтверждение полученных теоретических результатов позволяет рекомендовать разработанную методику расчета границ статической устойчивости и методику расчета рабочих характеристик к практическому использованию

4 Влияние параметров ДЭМ-Г , входящих в математическую модель на границы статической устойчивости можно охарактеризовать следующим образом Как показали исследования повышению устойчивой работы машины способствует увеличения активного сопротивления на обмотках ротора 10-15%, а при снижении активного сопротивления на обмотках якоря — ДЭМ-Г 10-15% становился не устойчивым

5 Построена и реализована на ЭВМ математическая модель ДЭМ-Г, а также было выведено характеристическое уравнение ДЭМ-Г в общем виде, позволяющая оценить устойчивость ДЭМ-Г

6 Сформулирован основной принцип построения системы автономного электроснабжения (САЭ) на базе ДЭМ, предложены различные схемы САЭ, в том числе комбинированная на базе ДЭМ-Г, предусматривающая питание как потребителей переменного, так и потребителей постоянного тока, позволяющая уменьшить мощность накопителя энергии до 40-50% и обеспечить удовлетвори-

тельное качество энергии (колебания частоты и напряжения не более 10%) при двукратном колебании входных параметров ДЭМ

7 Сформулированы рекомендации, обеспечивающие устойчивость САЭ на базе ДЭМ-Г, а именно когда в состав исследуемой на устойчивость системы входят нелинейные активные, индуктивные и емкостные сопротивления, а так же влияние ветра и солнца

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1 Гайтова Т Б , Самородов А В , Голубев Н Р Особенности математического моделирования двухмерной машины-генератора для установок гарантированного питания объектов пищевой промышленности Сб трудов межд научно-практической конф «Научные основы процессов, аппаратов и машин пищевых производств», Россия, Краснодар 2002 с.162-164

2 Гайтов Б X., Самородов А В., Копелевич Л Е , Кошевой А Г , Голубев Н Р Установки гарантированного питания с использованием возобновляемых источников энергии Материалы н-т конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ЭМПЭ-03, Краснодар, 2003, с 27-32

3. Копелевич Л Е , СамородовА В , Косолапое А В , Кошевой А Г, Голубев Н Р Особенности математического моделирования ДЭМ для систем автономного электроснабжения Материалы н-т конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ЭМПЭ-03, Краснодар, 2003, с 71-74 4 Копелевич Л.Е., Косолапое А В , Кошевой А Г , Самородов А В , Голубев Н Р Расчет электромагнитного поля двухмерной электрической машины Материалы н-т конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ЭМПЭ-03, Краснодар, 2003, с 180-182

5. Гайтова Т Б , Самородов А В , Голубев Н Р Построение комплексной системы нетрадиционной энергетики Сб трудов международной кон-

ференции «Возобновляемая энергетика 2003 состояние, проблемы, перспективы» С Петербург, СПбГПУ, с 564-469

6 Самородов А В , Голубев Н Р., Копелевич JIЕ , Поликаренков С В Разработка экспериментального стенда испытания двухмерных лектрических для автономных систем электроснабжения Материалы н-т конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ЭМПЭ-04, том 1, Краснодар, 2004г, с 204-206

7 Самородов А.В , Голубев Н Р , Копелевич JI Е Установление зависимости влияния входных параметров на входные в ДЭМ для автономных систем электроснабжения Материалы н-т конференции «Электромеханические преобразователи энергии» ЭМПЭ-04, том 1 Краснодар, 2004г, с 89-91

8 Голубев Н Р Двухмерная аксиальная электрическая машина - генератор для системы автономного электроснабжения Материалы н-т конференции «Энерго - и ресурсосберегающие технологии и установки», Краснодар, 2005г, с 59-62

9 Голубев HPK вопросу устойчивости системы автономного электроснабжения на базе двухмерной электрической машины Материалы н-т конференции «Энерго - и ресурсосберегающие технологии и установки», Краснодар, 2005г, с 56-59

10. Гайтова Т Б , Таршхоев Р 3 , Голубев Н Р Электоромагнитное торможение конусных и аксиальных электродвигателей Материалы н-т конференции «Энерго - и ресурсосберегающие технологии и установки» Краснодар, 2005г, с 78-85

11 Гайтов Б X , Копелевич JI Е , Самородов А В , Гайтова Т Б , Голубев Н Р Исследование устойчивости двухмерной электрической машины в системах автономного электроснабжения на базе ВИЭ Материалы 11 й международной конференции "Электромеханика, электротехнологии, электротехнические материалы и компоненты" , Крым, Алушта, 2006г с 263-264

12 Гайтов Б X, Самородов А В, Голубев Н Р Устойчивость специальных электрических машин для систем автономного питания в пищевой промышленности Известия ВУЗов Пищевая технология №6/2006, Краснодар, 2006г,с 101-102

13 Гайтов БХ, Самородов АВ, Копелевич ЛЕ, Иванников И О ,Косолапое А В , Голубев Н Р. Исследование устойчивости специальных электрических машин для систем гарантийного питания Материалы 5-й южнороссийской научной конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", Краснодар 2007, с 71-73

14 Гайтов Б X. Копелевич Л Е Иванюк В А, Самородов А В Голубев Н Р , Иванников И О Технологический КПД асинхронных двигателей с переменными параметрами Материалы 5-й южно-российской научной конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", Краснодар 2007, с 16 -19.

15 Гайтов Б X , Самородов А В , Копелевич Л Е , Голубев Н.Р , Иванников И О , Булавинцева О Н Оптимальное построение автономной системы энергетики на базе возобновляемых источников энергии Материалы 5-й южнороссийской научной конференции "Энерго- и ресурсосберегающие технологии и установки", Краснодар 2007, с. 64- 66

Подписано в печать 12 04 2007г Гарнитура Тайме Печать ризография Бумага офсетная Заказ № 409 Тираж 100 экз

Отпечатано в типографии ООО «Копи-Принт» Краснодар ул Красная, 176, оф 3 т/ф 279-2-279 ТК «Центр города»