автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Влияние насыщения стал синхронных генераторов средней можности на переходные процессы при регулировании возбуждения

оардт-пктереУгГск!'?. г 'ударствыш! ТЕХН!лчг:ск1:п

Болашаж /шдрой го."5"ргл-:*.ч

Ш b¿ 1 .313.22^.01 о.зь.сг;:».л

влияние нлсщамя стали синхрошшх гежрлтогсз

СРЕДНЕЙ МОЩНОСТИ НЛ ПЕРЕХОДНИК ПГОЦЕССЫ ПРИ РЕГУЛИРОВАНИИ ВОЗБУЖДЕНИЯ

С::"!).::мы!сс?ь ОЬ.Н.й! - ¡мюктрмчосш» стяпикк «элтрачосксш часть), сита, ал-жтро-yiiijprrTK'iocKií'í ;; ,y:ip'i!j:<:H:'."

Л В T o i' К ■!> К Г' А Т а'ппорт::::;!]! нч ocn:<'-K:;»;v учено;! emir1:;:; '■•■:!!:;,:т'^-гачоских ¡¡пук

?о;с"Г£| шполшна на ксфодре "Электрические системы и сети" Сгжт-Пугсроургского государственного технического университета.

НаучннЯ руководитель - доктор технических наук, профессор С.В.С.'/ОЛОСИК.

Официальные оппоненты - А.Л.¡Органов,

заседании специализиро:

тербургском государственном техническом университете по адресу : 195251, Санкт - Петербург. Политехническая ул., 29, главное здание, ауд. .

С диссертацией моаяо ознакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

А.Х.Ескгювич.

Ведущая организация - 1Ш ЛПЭО "Электросила".

Защита состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат технических наук, доцент А.И.Таджибаев.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблем;. Тенденция к увеличению степени использования активных материалов, ярко проявившаяся при создании турбо и гидрогенераторов , предельных мощностей, прослеживается и в отношении генераторов средней модности. В течение последних 10+15 лет били разработаны и изготовлены генераторы нового поколения мощностью 8С0 4 3000 кВт, предназначенные для работы в автономных системах электроснабжения различного назначения и отличающиеся повышенными электромагнитными нагрузка;«. Последнее обстоятельство позволило достичь существенного снижения веса и габаритов генераторов, однако повлекло за собоЯ возрастание индуктивных сопротивлений и снижение маховых масс, что привело к снижении показателеЯ устойчивости и ухудшению качества электроснабжения.

В то ко время совершенствование систем автоматического регулирования возбуждения, имещих в качестве выходных устройств преобразователи на основе полупроводниковых приборов, позволяет скомпенсировать ухудзетае параметров и характеристик р.ысокоис-пользовашшх синхронных машин и обеспечить заданные показатели качестпа протекания различных динамических процессов. В отличие от моатых генераторов, систем; возбуждения машин средней мосно-сти работают с достаточными запаса?« и могут обеспечить воздействия значительной интенсивности, амплитуды которых ограничиваются только характеристиками изоляции ротора.

Широко" использование вычислительной техники, автоматизация процесса пргектировзния позволяют существенно повысить качество проектирования и обеспечить комплексную оптимизацию конструкции агрегата вместе с системой регулирования возбуждения. Однако качество процесса проектирования в значительной мере зависит от пзлнотн математических моделей элементов системы электроснабжения, в первую очередь синхронных генераторов. Учитывая весьма интенсивные воздействия на обмотку возбуждения генераторов, важ-¡гым методическим уточнением является учет насыщения магнитопро-вода синхронных машин. Насыщение сердечников машин обуславливает изменение их параметров, как объектов регулирования, в условиях параллельной работы с автономной или объединенной энергосистемой. Учет насыщения необходим при выборе настроек регуляторов возбуждения и других устройств автоматического управления, обес-\ печирамжх надежность и качество электроснабжения.

В связи с этим в диссертации рассмотрено влияше насыщения стали синхронных генераторов средней мощности на установившееся и переходные режимы автономных электроэнергетических систем, а также на их статическую устойчивость и демпферные свойства. Работа выполнялась в рамках проведения исследований по программам Минвуза СССР и Минэнерго СССР и была связана с исследованиями, проводившимися в ЛПЭО "Электросила".

Целью работы является исследование влияния насыщения стали на установившиеся режимы, электромагнитные переходные процессы и колебательную статическую устойчивость синхронных генераторов средней мощности с различными системами возбуждения, работающих в автономных электроэнергетических системах.

В соответствии с этим были поставлены'и разрешены следующие основные задачи:

1. Разработка математических моделей трех систем возбуждения - диодной бесщеточной системы (ДБС), тиристорной бесщеточной системы (ТБС) и системы фазового компаундирования (СФК).

2. Разработка математических моделей автономных ЭЭС с генераторами, оснащенными любой из трех систем возбуждения. Модели предназначены для расчета нормальных установившихся режимов, переходных процессов при конечных Еозмущениях и анализа устойчивости работы электроэнергетической системы при малых возмущениях. К конечным возмущениям относятся изменение величины и состава нагрузки, возникновение аварийных режимов как в случае сохранения симметрии, так и при ее нарушении и переход от аварийного режима к нормальному.

3. Анализ влияния насыщения стали синхронных генераторов различных мощностей и типов на параметры установившихся режимов, в том числе на угловые характеристики мощности.

4. Анализ влияния насыщения стали генераторов средней мощности на характер протекания переходных процессов при типовых возмущениях, проверка точности разработанных моделей путем сопоставления результатов расчетов и натурных экспериментов.

5. Сравнение эффективности различных систем возбуждения в отношении качества регулирования напряжения в переходных процессах. Определение перспективных направлений конструирования систем возбувдения.

6. Анализ влияния насыщения стали на статическую устойчивость работы ЭЭС и выбор настроек АРВ генераторов, обеспечивающих удовлетворительное-качество протекания переходных процессов.

Методика выполнения исследований. Модели синхротшх генераторов базируются на применении теории цепей. Учет насыщения сердечников выполняется с помощью схем замещения магнитной цепи при различной степени их детализации. Исходя из схем замещения магнитной цепи получаются соотношения, связывающие потокосцепления и токи контуров синхронной маглиш, что позволяет выполнить переход к уравнениям, близким по форме к уравнениям Парка - Горева.

Насыщение на путях магнитных потоков рассеяния учитывается с помощью зависимостей, связывающих значения индуктивных сопротивлений рассеяния статора, обмотки возбуждения и демлфер!шх контуров с токами, протекающими по соответствующим контурам.

Полученная система уравнений, дополненная нелинейными характеристиками участков магнитной цепи, использовалась для расчета установившихся рекимов, перэходних процессов, а также как основа для построения моделей системы электроснабжения для исследования статической устойчивости.

Оценка демпферных свойств ЭЭС и оптимизация настроек регуляторов возбуждения выполнялась на основе анализа корней характеристического уравнения, соответствующего системе линсаризован-1шх уравнений переходных ггроиоссов автономной энергосистемы. Корни находились с помощью процедуры, реализующей СП - алгоритм.

Основные научные результаты и их новизна:

1. Разработаны математические модели автономной ЭЭС, предназначенные для расчета установившихся режимов, переходных процессов при конечных возмущениях и устойчивости при малых возму-пениях. В моделях учитывается наалэтгне стали синхронных генератора» на путях основного магнитного потека и потоков рассеяния.

2. Рыполн'чш расчеты установившихся режимов ' генераторов различных типов и мощностей. При этом выявлено значительное насыщение стали на пути основного потока, проявлявшееся в изменении параметров магнии и ее характеристик, в том число угловых характеристик мощности.

3. выполнены расчеты типовых переходных процессов синхронного генератора средней мощности СБГ-8ОО-75О-0М4, оборудованного различными системам: возбуждения. Результаты расчетов проанализированы с двух точек зрения.

Во-первых, оценивалось влияние насыщения стали на протекание электромагнитных переходных процессов генераторов и качество регулирования напряжения при возмугомтях типа коротких замыканий и толчков нагрузки. Выявлено как благоприятное влияние, выразив-

- ^ -

соеся в некотором снижении ОроскоЕ напряжения и времени его I эс-становления, так и отрицательное, проявившееся в росте величины ударного тока короткого заикания. Отмечена необходимость повышения мощности системы возбуждения.

Во-вторых, проводился сравнительный анализ эффективности различных систем возбуждения. Наилучшие показатели качества регулирования обнаружены у тиристорной бесщеточной системы.

4. Выполнены расчеты по определению влияния насыщения на демп&фование колебаний в случае применения диодной Сесщеточной системы возбуждения. Обнаружена повышенная вероятность возникновения колебательной неустойчивости режимов генераторов <• АРВ данного тша. Для компенсации этого явления требуется специальный выбор настроек АРВ. Обнаружено некоторое увеличение степени устойчивости работы насыщенного генератора по сравнению с ненасыщенным и сильное влияние насыщения на расположение зон максимума степени статической устойчивости. Выбраны оптимальные настройки регуляторов возбуждения.

Практическая значимость работы и ее внедрение. Полученные в диссертационной работе научные положения, выводы и рекомендации, а также разработанное программное обеспечение могут быть использованы в проектных, научно-исследовательских и эксплуатационных организациях для определения запасов статической и динамической устойчивости автономных ЭЭС, качества регулирования напряжения, а также для оптимизации настроечных параметров регуляторов возбуждения. В частности* они применяются в практике конструирования синхронных генераторов средней мощности и их систем возбуждения в ЛГОО "Электросила", и при выполнен™ научно-исследовательских работ кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ (ЛПИ) по программе "Энергосистема".

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на семинаре кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ. (ЛПИ)-и на научно - технической конференции молодых ученых и специалистов Архангельского лесотехнического института.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 106 страниц основного текста, 14.таблиц, 6Т иллюстраций, библиографический список из 114 наименований.

СОДЕЕХЛНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 диссертации дан обзор систем возбуждения, применяемых для оснащения синхронных генераторов средней мощности к математических моделей, используемых для их исследования. Указано, что степень детализации описанных п литературе моделей недостаточна для их применения в практике конструирования.

Отмечена перспективность беещеточных систем, отличительной особенностью которых является исполнение возбудителя по обращенной схеме, то есть с обмоткой возбуждения на статоре и трехфазной обмоткой переменного тока на роторе. Современный уровень полупроводниковой технологии позволяет создать вентильные мостовые преобразователи, обладай::;:'; габаритами и надежностью, достаточными для размещения их на валу генератора.

Преобразователь может быть кок управляемым, собрании на тиристорах, так и неуправляемым - диодным. В диссертационной работе рассмотрены оба варианта. Режим работы преобразователя определяет название систпми возбуждения. Обо систем'обеспечивают, благодаря отсутствию скользких контактных пар, высокую надежность работы генератора, но у тнристорной систем; она снижается из-за необходимости размещения аппаратуры управления вентилями на валу генератора. При этом возникает необходимость в передаче упрапляиаих сигналов бесконтактш;м способом. Существующая аппаратура не обладает достаточным уровнем надежности для иирокого внедрения ситемы. Однако TBC является весьма перспективной из-за высокого быстродействия, обусловленного как отсутствием в цепи возбужден;;.-! стг«р:егогак>го звена - возбудителя, так и эффективным газенкем пеля синхронисЯ к.тапш при работе преобразователя в режиме инвестора, динамические показатели диодной бесщеточной систем; воглудонюя ниже, чем у тиркстсрной, но ее преимуществами являются простота конструкции и высокая надежность.

В работе приведено подробное описание моделей этих систем, а также и модели статической систем; фазового компаундирования. Несмотря на некоторое снижение надежности, обусловленное наличием щеточного аппарата, ОН ;;;ироко применяется в настоящее время. Не достоинствами являются простота (отсутствуют возбудитель и подвозпуднтель) и достаточно высокие показатели качества регулирования .

Модели трех ситом возбуждения разработаны для проведения сопоставительных расчетов, а степень их детализации достаточна

для применения в практике конструирования систем Еозбуждеш-л.

В главе 2 диссертации приведено подробное описание дин >ми-ческой модели автономной ЭЭС.

Отмечается, что моделирование современных высокоиспользо-ванных генераторов без учета насыщения сердечников приводит к недопустимо большим погрешностям. Дается обзор существующих методов учета насыщешш, которые можно разделить на два больших класса: методы, основанные на теории поля, и методы, основанные на теории цепей.

Наиболее полным и универсальным методом учета насыщения стали ■ является расчет картины магнитного поля синхронной маиины, который может быть выполнен аналитически или численно. Однако быстродействие широко распростране1шых ЭВМ недостаточно для применения полевых методов при расчете переходных процессов.

Основы методики учета насыщения, базирующейся на теории цепей, заложил Р.Рихтер. Его разработки послужили основой для создания методов учета насыщения стали синхронных машин. Первыми отечественными работами, посвященными проблеме насыщения, являются работы А.А.Горева, Д.А.Городского, Г.Н.Петрова. Методики, предложенные ими, основывались на использо_вании характеристики холостого хода и неучете насыщения в поперечной оси явнополюсных синхронных машин. Способ приближенного учета насыщения в поперечной оси явнополюсной машины первым предложил Р.А.Лютер.

Хорошо .алгоритмизируемая методика учета насыщения, базирующаяся на схемах замещения магнитной цепи синхронной машины и характеристиках намагничивания ее участков, предложена В.В.Дом-бровским и П.М.Платовым. Она позволяет учесть взаимное влияние продольного и.поперечного полей и применять существующий аппарат теории двух реакций для моделирования работы синхронной машины. Указанный метод учета насыщения развит в совместных работах ЛПЭО "Электросила" и кафедры электрических систем и сетей СПбГТУ.

Эта методика использована в настоящей.работе. Она характеризуется следующими положениями:

1. Методика предназначена для учета насыщения при расчетах переходных процессов и, соответственно, включает в себя учет насыщения на путях как основного магнитного потока, так и потоков рассеяния.

2. Методика пригодна для анализа как электромагнитных, так л электромеханических процессов и допускает большую длительность интегрирования дифференциальных уравнений, то есть характеризу-

ется умеренным уровнем вычислительных затрат.

Необходимость получения удовлетворительней точности рещен/.я при приемлемом объеме вычислительных затрат обусловила выделение из магнитной цепи явнополюской синхронной машины двух зон на пути основного магнитного потока, в которых насыщение проявляется наиболее сильно. Эти зоны состоят из участков: 1 ) зубцы статора - воздушный зазор - полюсный наконечдак, 2) сердечник полюса ротора. Их магнитные свойства характеризуются соответствуюдам кривыми намагничивания. Насыщение на путях рассея)шя учитыв.-" тся для потоков статорных контуров, контура возбуждения и демпферных контуров.

Учет насыщения в продольной оси осуществляется по кривой намагничивания зоны зубцы статора - воздуишй зазор - полюсный наконечник, которая аппроксимируется выражением

Г = фтл + а: фол™. (1)

Относительная величина индуктивного сопротивления взаимоиндукции в продольной оси определяется по формуле Х»1 = Хоао-К)М ,

!

где: Юм / К =--г - (2)

1 + а-фол

- коэффициент насыщения в продольной осн.

При расчете насыщения в поперечной оси учитывается, что поток поперечной реакции якоря проходит по стал;!, магштное состояние которой определено уровнем, насыщения по продольной оси. Кроме того, конструктивной особенностью явлополюсной синхронной Маиини является наличие м°к,туполк!Сного промежутка такой велнга-!ш. что магиитипя индукция в мекдуполюсном пространстве во много раз метсе, чем в воздушном зазоре мекду полисом и статором. Это позволяет воспользоваться одной кривой намапшчивания для определения насыщенных значений сопротивлений взаимоиндукции в продольной и поперечной осях. Тогда выражение для коэффициента насыщения в поперечной оси примет вид

Кит = (ф(Р+ЛКт) - ф(К-Л?ч)]/(2-ДГч) , где: ¥ = '(<|ча) определяется по (1),

п

1

А?г> = (Хч + ХаЗо ' 1 Ъглз)-51п(а-%/2),

- разность мовду величинами МПС на краю полюсного башмака и на его середине, а - ког.Климент полюсного перекрытия, п - количество эквивалентных демпферных контуров.

Насыщенное значение индуктивного сопротивления взаимоиндукции в поперечной оси вычисляется через Код как:

Ха<1 = Хь + (Хадо - Хь)'Кнч ,

где: Хь = ОИб--^-~ 1ШДУктивное сопротивление, обусловленное магнитным потоком в мевдуполюсном промежутке, введенное Р.А.Лютером; Г - частота сети; 41 - число витков обмотки статора; Ги - обмоточный коэффициент; р - число пар полюсов; 11 - активная длила статора (см); гбаз - базисное сопротивление. Графическая интерпретация методики расчета коэффициентов насыщения Кна. и Кнц приведена на рис. 1.

Наиболее простым и приемлемым по точности методом учета насыщения на путях потоков рассеяния является определение величин индуктивных сопротивлений рассеяния статора, обмотки возбуждения и демпферных контуров в зависимости от токов, протекающих по ним. Обоснованность такого подхода доказана В.В.Домбровским на основе обработки результатов расчетов магнитных полей в активной зоне машины. Аппроксимирующая зависимость, принятая в работе, имеет вид:

с-1т

X = Хо- (А + В-е ) , где: Хо - ненасыщенное значение индуктивного сопротивления рассеяния, I - ток контура,

А, В, 'с, ш - аппроксимирующие коэффициенты (в выражениях, описывающих зависимости индуктивных сопротивле-ций рассеяния статора, коэффициенты А, В имеют вид: Ьп, Ьг).

В главе выведет формулы расчета величины напряжения в узле подключения нагрузки в нормальном эксплуатационном рржиме ЭЭС и в аварийных симметричных и несимметричных режимах. Методика основана на использовании уравнения баланса производных токов в узле подключения нагрузки.

Приведено подробное описание алгоритма расчета исходного установившегося режима работы электроэнергетической системы, который выполняется методом последовательных приближений.

Рис. 1. Определение коэффициентов насыщения в продольной (Кна) и в поперечной (Кнч) осях.

ОЕ фаа

Кна = ) = — = -

ОВ Р

ВС ф('Р+ДРч) -

Кнч - = — = -

ЛС

В главе 3 диссертации проведен анализ влияния насыщения нэ установившиеся и переходные режимы работы генораторов я дан сравнительный анализ эффективности различных систем возбуждения. Проанализированы установившиеся режимы работы трех синхронных генераторов: мощного турбогенератора ТВВ-500-2, мощного гидрогенератора СВФ 1690/185-64 и явнополюсного генератора средней мощности СБГ-800-750-СШ. Отмечено сходное влияние насыщения на параметры генераторов. Синхронные индуктивные сопротивления уменьшаются по сравнению с ненасыщенными значениями - Xd на 3+16%, Xq на 36+40%. Высокий уровень насыщения в поперечной оси приводит к уменьшению угла мевду поперечной осью ротора и вектором напряжения на шинах генератора на 15+33%.

Показано значительное влияние насыщения на угловые характеристики .мощности Р = Г(б)у/рассчитанные для режима работы генератора на иины бесконечной мощности при постоянстве синхронной и переходной э.д.с. Полученные зависимости приведены на рис. 2. Их анализ позволяет сделать следующие выводы:

1). Влияние насыщения при E'q = Const, сказывается в росте максимума характеристики в 1,5 + 2,0 раза и сдвигу максимума в сторону увеличения угла б на величину 5° + 14° (максимальнное увеличение б наблюдается у мощной явнополюсной машины).

2). Рост максимума угловой характеристики за счет влияния насыщения при Eq = Const не столь значителен и составляет 6 + 9 % для всех генераторов. Максимум зависимости при Eq = Const смекается незначительно (на 3° + 6°).

Анализ характеристик мощности указывает на благоприятное влияние насыщения на динамическую устойчивость синхронных генераторов.

Влияние насыщения на динамические режимы анализировалось на примере генератора СБГ-80а-750-()М4, оснащенного различными'системами возбуждения. Насыщение приводит к значительному росту ударных токов короткого замыкания (на 17?), увеличению всплеска тока возбуждения генератора (до 24%) по сравнению с параметрами, характеризующими аналогичные режимы ненасыщенной машины, то есть к росту электромагнитных и тепловых нагрузок и к необходимости увеличения мощности системы возбуждения. С другой стороны следствием влияния насыщения является некоторое уменьшение перепадов напряжения и времени восстановления нормального уровня напряжения.

11 - Г'Ч

Q / \ \

(?) \ \ V

\\\ / \ /' К V- \ \

..Ay / y' \\ \

v< « X

•is > N

J. p (o.e.)

f,0

0,8 0,6 ом 0,2

Tso 180 о Ce)

Рис. 2. Угловые характеристики мощности с!шхронных генераторов: а), при E'q = Const, b). при Eq = Conat; 1). с учетом насыщения; 2). без учета насыщения.

--- СВФ (690/185-64;

---------- ТВВ-500-2;

------- СБГ-800-750^0М4.

Сравнение эффективности различных систем возбуждения позволяет сделать вывод о том, что наиболее перспективной является тиристорная бесщеточная система. Однако хорошие технико-экономи-1 ческие показатели диодной системы позволяют рекомендовать ее к широкому внедрению, так как она обеспечивает высокую надежность работы'при приемлемом качестве регулирования.

В заключительной части главы проведен сравнительный анализ результатов натурного и численного/экспериментов, свидетельствующий о том, что точность разработанных моделей достаточна для их применения в практике конструирования синхронных генераторов с системами возбуждения. /

В главе 4 диссертации дан обзор методов, применяемых для оценки демпферных свойств ЭЭ6: корневых, частотных, интегральных и матричных. Показаны области применения этих методов, их достоинства и недостатки. Обоснован выбор матричного Ой - алгоритма, примененного в диссертации. Преимуществами ,метода являются универсальность, быстрая сходимость и высокая точность определения степени устойчивости работы ЭЭС. Доказана необходимость нахождения оптимальных, в отношении статической устойчивости, настроек АРВ диодной бесщеточной системы возбуждения.

В главе подробно описана линеаризованная система уравнений электроэнергетической системы, в состав которой входят высокоиспользовагаше синхронные генераторы. Для учета насыщения стали в систему уравнений введены линеаризованные коэффициенты :

К'на. - насыщения в продольной оси,

К'нч ,- насыщения в поперечной оси,

К'нг - насыщения сердечника полюса,

К'нз1, К'нвг - насыщения на путях потоков рассеяния сто-торных контуров,

К'нзг - насыщения на пути потока рассеяния контура возбуждения.

Линеаризованный коэффициент насыкошш в продольной оси вычисляется по формуле

К'нл = дф^ , где Кна определяется по (2).

После.дифференцирования получим выражение:

= - .

(1 f а-фаг»

В соответствии с принятой методикой учета насыщения в попе-

речной оси явнополюсной синхронной машины, коэффициент насыщения в поперечной оси при малых возмущениях является производной коэффициента Кнл:

а* - & ■

Тогда, продифференцировав зависимость Кнр = Г(фад), можно получить выражение для определения величины линеаризованного коэффициента насыщения в поперечной оси в форме:

К'нч =

а-п-(п-1)-фол"'г (1 + а-п-фаап"1 )г

Линеаризованный коэффициент насыщения К'нг определяется по кривой намагничивания сердечника полюса Ут = апол-фг + Ьпол-фгПпол, как:

К'нг =

сЦ^) Ьпол • (ппол-1 ) .фгШол-г

(апол + Ьпол-фгшол"1 )г

Линеаризованные коэффициенты насыщения сопротивлений рассеяния определяются по формулам:

* т 2

К'нзг = - 2-Кп-Ъг«а-1г.е а'хГ ,

— — 2 *

К'нз1 = (Ьп+Ьг-е х ) 'Кп'Ьг «а* (П-1 ) *фад

О+а-фал"-')2

К'нзг = 2-Кп.

Ьп +

Ъг-а-Ье а'12

1+а-фоЛп-1_ где: I - полный ток статора,

Хг - ток контура возбуждения, »

Ьп - относительная ширина паза, *

Ъг - относительная ширина зубца,

Кп - коэффициент, учитывающий долю пазового рассеяния в общей величине рассеяния.

Результаты расчетов степени устойчивости показывают значительное влияние насыщения стали генераторов на координаты максимума степени устойчивости и его величину. Доказано, что настройки АРВ, выбранные без учета насыщения, могут привести к значительному снижению степени устойчивости работы автономной энергосистемы.

В главе приведено описание итерационного алгоритма нахоаде-ния оптимальных настроечных коэффициентов.

Получены значения настроечных параметров АРВ, обеспечивающие приемлемую степень устойчивости а = 1,41, величина которой

гарантирует затухание колебаний за 2+2,5 с.

В заключительной части главы приведены данныо, свидетельствующие об адекватности разработанной модели и реального объекта и пригодности модели для применения в практике конструирования высокоиспользованных синхронных генераторов средней мощности с системами возбуждения.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ:

1. Разработаны математические модели автономной электроэнергетической системы, предназначенные для расчета установившихся режимов, переходных процессов при конечных возмущениях и устойчивости работы при малых возмущениях. Модели установившегося режима и переходного процесса предусматривают использование в энергосистеме генераторов, оснащенных тремя системами возбуждения: тиристорной бесщеточной (ТБС), диодной бесщеточной (ДБС) и фазового компаундирования (СФК). Определение статической устойчивости предусмотрено только для случая применения в ЭЭС генераторов с ДБС, так как остальные системы возбуждения обеспечивают надежное демпфирование колебаний при типовых настройках АРВ. В разработанных моделях учитывается влияние насыщения стали синхронных генераторов как на пути основного магнитного потока, так и на путях магнитных потоков рассеяния. Степень полноты отражения свойств реальных объектов достаточна для применения моделей в практике конструирования високоиспользоважшх генераторов срег дней мощности и их систем возбуждения. Модели построены по блочному принципу и допускают модернизацию.

2. Выявлено значительное влияние насыщение стали синхронного генератора средней мощности СЯГ-800-750-0М4 на параметры установившегося режима работы и протекание переходных процессов. В установившемся режиме уровень насыщения стали на пути основного магнитного потока, выражаемый коэффициентами насыщения достигает: по продольной оси Кал =0,9!, по поперечной оси Ка^ -0,57, в сердечнике полюса К'п =0,15. Насышетю на путях потоков рассеяния в установившихся режимах незначительно. Коэффициенты насыщения индуктивных соггротивлений рассеяния с.тоторных контуров (Кв)контура возбуждения (Кбг) и демпферных контуров (Кога, Кзгд) уменьшаются но более чем на 1,5 » 2,0 % по сравнению с расчетом, выполненным без учета насыщения.'

В переходных процессах уровень насыщения может быть значи-

тельно больше. При проведении серии расчетов типовых' переходных процессов зафиксированы следующие пикоЕые значения коэффициентов насыщения : К ad. = 0,87 , Kaq = 0,47 , Ks = 0,77 , Ksx- = 0,86 , Ksrd = Ksrq = 0,93 . Максимальные уровни насыщения на .пути основного магнитного потока достигаются в ходе процессов изменене-ния статической нагрузки (сброс нагрузки до нуля из режима S =1, Cos ф = 0,3), а на путях потоков рассеяния при коротком замыкании на шинах генератора. Такой уровень насыщения заметно изменяет характеристики эксплуатационных и утяжеляет протекание аварийных режимов ЭЭС. За счет насыщения ударный ток короткого замыкания возрастает на 17Ж, а всплеск тока возбуждения на 24%.

3. Для компенсации влияния насыщения необходимо повышение мощности системы возбуждения. Расчеты показывают, что напряжение возбуждения в установившихся режимах должно быть больше на 14 + -5- 23", а в переходных процессах пиковые значения напряжения возбуждения достигают уровня 167 % от аналогичной величины, рассчитанной без учета насыщения.

4. Насыщение сердечников оказывает благотворное влияние на запасы статической и динамической устойчивости, оцениваемые по угловым характеристикам мощности, и на режимы напряжения на зажимах генератора при конечных возмущениях. Максимумы угловых характеристик мощности насыщенных машин заметно больше, чем у ненасыщенных (на 6 + 9 % при условии постоянства Eq и на 50 + 100Ж при условии постоянства E'q). В переходных процессах отмечено некоторое снижение величины бросков напряжения на зажимах генератора (до 3,2 % номинальной величины) и значительное уменьшение времени восстановления напряжения (до 44 %) по сравнению с ненасыщенной машиной.

5. Анализ типовых переходных процессов показал значительное преимущество ТБС над остальными системами по достигнутым показателям качества регулирования напряжения в динамических режимах, особенно в процессах, требующих гашения поля. Однако сложность и недостаточная надежность аппаратуры передачи управляющих импульсов на ротор генератора препятствует широкому внедрению этой системы в настоящее время. Совершенствование ТБС следует считать наиболее перспективным направлением в конструировании систем АРВ генераторов средней мощности. Диодная бесщеточная система обладает приемлемыми динамическими качествами и высокой надежностью. Это сочетание свойств делает ДБС преимущественной для широкого применения в настоящее время. Отмечается сильная зависимость ин-

тенсивности демпфирования колебаний от настроек регулятора возбуждения ДБС.

6. Исследования статической устойчивости работы генераторов с ДБС в автономной ЭЭС показали, что насыщение стали положительно сказывается на качестве демпфирования колебаний, взникащих в системе. Степень устойчивости насыщенных генераторов может быть больше чем ненасыщенных на 15%. Однако достигается это только в случае учета насыщения при выборе настроечных параметров регуляторов. Координаты точек максимума степей? устойчивости насыщенного и ненасыщенного генераторов заметно различаются и выбор для насыщенного генератора настроек, оптимальных для ненасыщенного, значительно (на 13 -» 19%) снижает степень устойчивости.

Для исследованного генератора выбраны оптимальные уставки АРВ, обеспечивающие приемлемое время гашения колебаний 2 + 2,5 с (а =1,41). /

Основные положения диссертации опубликоваш в работах:

1. Баженова C.B., Баландев А.Р., Барсков В.В., Смоло-вик C.B. Влияние насыщения стали явнополюсных синхронных машин на угловые характеристики мощности / Ленингр. политехи, ин-т. '- Л., 1986. - 13 с. - Деп. в Информэлектро 03.11.86, * 565-ЭТ.

2. Баланцев А.Р., Барсков В.В.. 1'хезайли М., Смоловик C.B. Математическое моделирование синхроюшх генераторов в программах расчета устойчивости и токов короткого замыкания / Лонингр. политехи, ин-т. - Л., 1937. - 25 с. - Деп. в Информэнерго 29.06. 87, * 2599-ЭН 87.

3. Баланцев А.Р. Математическая модель синхронного генератора с бесщеточной системой возбуждения // Совершенствование энергохозяйств промышленных предприятий: Тез. докл. науч-техн. конф. молодых ученых и специалистов. Архангельск. 1989. - С.53--54.