Введение к работе
Актуальность работы. Автоматическое регулирование возбуждения генераторов зарекомендовало себя эффективным средством повышения уровня статической и динамической устойчивости электроэнергетических систем (ЭЭС). Электромеханические параметры синхронных генераторов большой единичной мощности, достигаемой на основе повышенного использования активных материалов ухудшены, и обеспечение устойчивости и надежности работы ЭЭС возможно только при широком применении систем автоматического регулирования возбуждения, которые имеют различную структуру, используют равные сигнал* и структуры стабилизации и, соответственно, обеспечивают разные . уровни статической и динамической устойчивости.
Высокие демпферные'свойства АРВ-СД или системных стабилизаторов в системах возбуждения, непосредственно управляющих напряжени-яем на зажимах обмотки возбуждения, достигаются применением стабилизирующих сигналов,.содержащих первые и вторые производные режимных параметров. За счет этого удается достигать показателей затухания маловозмущенного движения на уровне 2,5-3 1/с в условиях простейшей электропередачи.и 1,0 - 1,3 1/с в условиях сложной электрической системы.
Однако большое распространение (особенно в ЭЭС, характеризующихся жесткими электрическими связями) имеют системы возбуждения с АРВ пропорционального действия, которые обеспечивают показатели затухания на уровне 0,3 - 0,5 1/с. В связи с необходимостью повьи шения общих показателей затухания колебаний в условиях сложных энергосистем, в диссертации рассмотрены мероприятия по улучшению демпферных свойств таких регуляторов за счет использования дополнительных обратных связей.
В практике электромашиностроения (особенно для турбогенераторов больших единичных мощностей) широко применяется диодная бесще-гочная система возбуждения (ДБСВ), отличающаяся повышенной надежностью за счет исключения контактно-щеточного аппарата. Однако ДБСВ, обладает сниженными показателями устойчивости за счет дополнительной инерционности, вносимой возбудителем. Исследование динамики ДБСВ и влияния различных мероприятий по повышению демпферных свойств турбоагрегата, оборудованного ДБСВ, на переходные процессы
при различных вовмуцениях представляет собой актуальную вадачу.
Работа выполнялась в рамках проведения исследований по программе ГК России по высшей иколе и была связана с исследованиями, проводившимися АО "Электросила" и ВНИИЭиектромаш.
Цель и задачи работы. Целью работы являлась разработка и совершенствование методов математического моделирования систем возбуждения различных типов, для комплексного исследования обеспечиваемых ими деыпферных свойств и переходных процессов при конечных возмущениях в электроэнергетической системе, а также разработка мероприятий по повышении показателей качества протекания переходных процессов.
Для достижения поставленной цели потребовалось:
разработать математические модели автоматических регуляторов возбуждения и систем возбуждения различных типов, включая широко применяемые в западных странах системы регулирования пропорционального действия (АРВ-ПД) и системы пропорционального действия, дополненные блоком системной стабилизации (P3S), а также модель диодной бесгцегочной системы возбуждения, содержащую модели диодного и тиристорного преобразователей и синхронного возбудителя;
выполнить исследования.колебательной статической устойчивости генератора, оснащенного АРВ-ВД при различной структуре дополнительных стабилизирующих сигналов, главным образом использующей дополнительную гибкую обратную связь по току возбуждения генератора в различных условиях присоединения генератора к ЭЭС и различны; режимах работы;. '
определить показатели колебательной статической устойчивости, достигаемые за счет применения PSS, использующего в качестві входных сигналов отклонения частоты вращения вала . агрегата о синхронной или частоты статорного,напряжения;
оценить возможности дополнительного повышения качества мало возмущенныхпереходных процессов за счет применения дополнительны стабилизирующих обратных связей;
""'- выполнить исследования демпферных свойств, обеспечиваемы ДБСВ, при применении различных мероприятий - добавочного активног сопротивления в цепи возбуждения возбудителя и дополнительной об ратной связи по напряжению возбуждения; .
-выполнить исследование динамической устойчивости генератора
2 '
оснащенного AFB-ВД при применении в качестве дополнительного мероприятия по повышению устойчивости обратной связи по производной тока возбуждения;
- оценить снижение величины предела динамической устойчивости генератора, оснащенного ДБСВ, и исследовать специфику протекания переходных процессов, вызванных конечными возмущениями.
Методика выполнения исследований. Решение указанных задач выполнялось на основе расчета собственныхзначений матриц, соответствующих линеаризованным системам уравнений переходных процессов, построения и анализа областей устойчивости и численного интегрирования нелинейных систем дифференциальных уравнений. Практика показала, что при совместном применении эти методы удачно дополняют друг друга.
Основные научные результаты и их новизна.
-
Разработаны методики математического моделирования автоматических регуляторов возбуждения и систем возбуждения различных типов, включая распространенные в странах СНГ системы возбуждения с АРВ-СД и тиристорним преобразователем и широко применяемые в западных странах системы регулирования пропорционального действия САРВ-ПД) с различными возбудителями и системы пропорционального действия, дополненные блоком PSS.
-
Разработана подробная математическая модель широко распространенной в СНГ и на западе диодной бесщеточной системы возбуждения, включающая модели диодного и тиристорного преобразователей и синхронного возбудителя. Модели предназначены для исследования колебательной статической и динамической устойчивости генераторов.
-
Выполнено исследование колебательной статической устойчивости генератора, оснащенного АРВ-ІЩ при различной структуре дополнительных стабилизирующих сигналов. Определены показатели демпфирования при использовании дополнительной гибкой обратной связи по току возбуждения генератора при различных условиях связи генератора с приемной энергосистемой и режимах работы.
-
Зафиксировано значительное повышение уровня колебательной статической устойчивости за счет применения PSS. В этом случае может быть достигнут показатель затухания а - 3-3,5 1/с (при использовании в качестве входного сигнала PSS отклонения частоты вращё-
ния вала агрегата от синхронной) и о = ,5-2,7 1/с при использовании в качестве входного сигнала частоты статорного напряжения. Установлено, что качество маловозмущенных переходных процессов может
бЫТЬ ПОВЫтеНО 8а СЧеТ Применения ДОПОЛНИГеЛЬНОЙ Обратной СВЯ8И по
производной тока возбуждения.
-
Выполнено исследование демпферных свойств, обеспечиваемых ДБСВ, при применении добавочного активного сопротивления в цепи возбуждения возбудителя и при использовании дополнительной обратной связи по напряжению возбуждения. Показано, что при совместном применении указанных' мероприятий обеспечиваются показатели затухания, приближающиеся к показателям, обеспечиваемым АРВ-СД с тиристорним возбудителем.
-
Выполнено исследование динамической устойчивости генератора, оснащенного АРВ-ПД, при конечных возмущениях. Установлено, что переходные процессы отличаются значительной длительностью и характеризуются возможностью нарушения устойчивости на втором колебании угла. Применение в качестве дополнительного мероприятия по повышению устойчивости обратной связи по производной тока возбувдения должно сопровождаться принудительным форсированием возбуждения на первых этапах процесса.
-
Показано, что использование ДБСВ приводит к снижению величины предела динамической устойчивости на 5-7% за счет медленного нарастания тока в обмоткевозбуждения.. Переходные процессы, вызванные конечными возмущениями, отличаются большой длительностью даже при сравнительно высоком показателе затухания маловозмущенного процесса.
' 8. Выполнен анализ.допущения о возможности пренебрежения быст-ропереходными процессами статорной цепи генератора и отклонением частоты вращения от синхронной. . Несмотря на достаточную проработанность вопроса, впервые дан анализ источников возникающих погрешностей и приведены их количественные характеристики в условиях применения АРВ-СД. Показано, что исследование колебательной статической устойчивости.электропередач высокого напряжения" с малыми активными сопротивлениями может выполняться на основе классических моделей при пренебрежении быстропереходными процессами статорных цепей и их активными сопротивлениями, в то время как при наличии заметных активных сопротивлений,линии электропередачи влияние указанных факторов может быть весьма существенным и должно принимать-
ся во внимание при выборе настроек автоматических регуляторов возбуждения.
Практическая значимость работы и ее внедрение. Полученные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации, а также разработанное программное обеспечение могут быть использованы в проектных, научно-исследовательских и эксплуатационных организациях при определнии требований к системе возбуждения, допустимости тех или иных эксплуатационных или аварийных режимов и разработке мероприятий и рекомендаций по повышению уровня устойчивости.
Методические и программные разработки использовались в научно-исследовательских работах кафедры "Электрические системы и сети" Санкт-Петербургского государственного технического университета и выполняемых по договорам с рядом организаций (ЭНИН им.Г.М.Кржижановского, АО "Электросила").
Апробация работы. Отдельные разделы диссертации докладывались на научном семинаре кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ и на 8-й Международной конференции по электроэнергетическим системам (Иран, Тегеран, 1993 г).
.Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, 2 приложений и содержит 84 страницы основного текста, на 9 страницах таблицы, 53 иллюстраций и 111.библиографических наименований.
