Введение к работе
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 тенден-іями моделирования переходных процессов,- так и особенностями тактических приложений этих методов. По мере совершенствования числительной техники б 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-пзных участках конструктивных элементов в ходе процессов. Не от-щаі ценность подобных исследований,следует обратить внимание на іую сторону проблемы: совершенствование способов описания пере-)дных 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 адекьатно-и целесообразно использовать для анализа режимов отдельных эле-нтов ЭЭС с учетом всех специфических для каждого типа электри-
ческих машин физических явлгчий, 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 автоношой ЭХ і рекомендаций по формированию математі ;еских моделей с учетої обеспечения требуемого уровня адекватности. Для реализации это] цели поставлены следующие задачи:
-
Анализ и систематизация переходных процессов в электрических машинах как элементах многомашинной ЗЭС, выявление наиболеї существеных факторов, влияющих на характеристики их режимов.
-
Оормирование математических моделе», и составление алго ритмов расчета переходных процессов в электрических машинах і возможно более полным учетом основных физических явлений с цель; получения экспертной количественной оценки их роли при решени: системных задач.
-
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.
-
Упрощенное представление физических явлений и процессов а также изучение возможности снижения уровня модели в зависимост от требуемой точности математического описания.
-
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 ЭХ проводился на основе аппарата дифференциальных уравнений. Дл определения параметров элементов ЭХ 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 новизна работы.
1. Рагработаны рекомендации по формированию моделей автоноь* ных ЭЭС из отдельных частных моделей электрических машин.
-
Путем сравнения характеристик переходных режимов машин остоянного тока, рассчитанных с использованием моделей разных ровней, показана возможность существенного упрощения уравнений ри изучении процессов в системе.
-
Проведен подробный анализ характеристик переходных провесов 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
ового поколения производства АО "Электросила" вместе с системой
втоматического регулирования, спроектированной на микроэлектрон-
ой элементной базе. Обратимый преобразователь предназначен для
беспечения аварийного электроснабжения потребителей и включает
себя машину постоянного тока и явнополюсную синхронную машину, эединенные общим 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, содержащей машины переменного эка, активно - индуктивные нагрузки, системы управления и зашиты. Практическая ценность.
-
Разработан пакет программ расчета на ЭВМ переходных режи-эв электрических машин разных типов.
-
Исследованы режимы работы обратимого преобразователя при эрмальных начальных условиях и после отключения Короткого замыка-ля на стороне переменного тока. Определены значения параметров зтонемной системы, включающей преобразователь, способствующие
более благоприятному переходу.
-
Проведены расчеты режима пуска обратимого преобразовате ля от синхронного генератора, выбраны параметры пусковой схемі 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.
-
Разработаны программы расчета ряда параметров математиче сксй модели ЭЭС, ускоряющие подготовку исходных данных;
-
Благодаря использованию многоуровневых моделей удаєте 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 корректирові параметров упрощенных частных моделей всех ее элементов.
-
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 параметі 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 осної оборудования производства АО "Электросила".
Апробация и публикации результатов. Результаты работы обсуа дались на заседании кафедры электрических машин СПбГТУ и научне технического совета АО "Электросила". Основное содержание диссе{ тации отражено в 4 опубликованных работах, в 1 отчете по НИР и 2 материалах технического предложения на создание электрооборудс вания.
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.
