Содержание к диссертации
Введение
1. ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ПРИ КРУТИЛЬНЫХ КОЛЕБ-ЛПИЯХ
1.1 Проблемы обеспечения механической прочности валовурбогенераторов
1.2 Виды неблагоприятных воздействий на валопровода урбогенераторов
1.2.1 Внезапные короткие замыкания 14
1.2.2 Коммутаций в сети 14
1.2.3 Крутильные колебания валопровода турбогенерата, обусловленные системой осуждения
1 .2.4 Крутильные колебания валопровода обусловленные субсинхронным резонансом
1,2.5 Крутильные колебания валопроводов турбоагрегатов,
работающих вблизи преобразовательных подстанций -.
1.3 Система математического моделирования MatLAB ig
1.4 Требования к моделям и методам исследований 25
2, МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ТУРБОГЕНЕРАТОРА 30
2 Л Уравнения переходных процессов 30
2.1.1 Математические моделирования синхронного генератора .
2.2 Математическое описание автоматического регулятора возбуждения сильного действия ( АРВ-СД ) 37
2.3 Математическое моделирование переходных процессов внешней сети для расчета крутильных колебаний
2.4 Математическое моделирование крутильных колебаний валопровода турбоагрегата
2.5 Аналоговая фильтрация Цифровая Фильтрация ) Общая структура цифровых фильтров
2 Цифровые фильтры низких частот Принципы построения систем оптимального
управления возбуждением 1 Синтез Л КГ - регуляторов 71
Характеристики валопровода и турбоагрегата с учетом
системы регулирования возбуждения 1 Параметры исследуемых турбоагрегатов yg
Демпферные свойства турбоагрегата с генератором
ТВВ-200- 80
Демпферные свойства турбоагрегата с генератором ВВС-720 84
Исследование эффективности использования дополнительных сигналов в законе регулирования
возбуждения ас
Применение фильтрации сигналов для подавления колебательной неустойчивости на частотах крутильных колебаний
ИССЛЕДОВАНИЕ СКРУЧИВАЮЩИХ МОМЕНТОВ, ВОЗДЕЙСТВУЮЩИХ НА ВАЛОПРОВОД ТУРБОАГРЕГАТА ПРИ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЯХ И КОММУТАЦИЯХ ВСЕТИ Общие положения 96
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
Список использованной литературы
Приложение
Введение к работе
Основой развития электроэнергетики является объели не ни е электроэнергетических систем (ЭЭС) и использования в них синхронных генераторов больших единичных мощностей, достигающих 1000 и L300 Мвт. Механическая прочность элементов водопроводов мощных аїрегатов снижается с ростом единичной мощности а при некоторых режимах (отключение короткого замыкания, автоматическое повторное включение) механические напряжения водопровода могут превысить допустимые [107,47,46,83]. Следует указать, что электромеханические параметры таких генераторов ухудшены, и обеспечение устойчивости и надежности работы (ЭЭС) возможно только при широком применении различных систем управления, важное место среди которых занимают системы автоматического регулирования возбуждения генераторов, частоты вращения турбин, активной мощности электрических станций и т.д. Характеристики синхронной машины как элемента ЭЭС во мношм определяются свойствами ее системы возбуждения, и развитие синхронных машин неизменно сопровождается усовершенствованием возбудительных систем [82]. Достижение высоких демпферных свойств за счет регулирования возбуждения реализуется благодаря использованию в "качестве параметров стабилизации сигналов производной напряжения статора, отклонения частоты напряжения статора и производной частоты. В ряде конструкций зарубежных регуляторов напряжения используются частота вращения вала и ее производная, электромагнитная мощность, измеряемая датчиком Холла, ускоряющая мощность.
Регулирование возбуждения генераторов зарекомендовало себя эффективным средством повышения уровня статической и динамической устойчивости ЭЭС. Основы современной теории устойчивости были разработаны в трудах выдающихся ученых А.АХорева, П.С.Жданова, С.А.Лебедева [25,26,43,63] и позднее развиты отечественными и зарубежными учеными, в ряду которых следует назвать: В.А.Баринова [7,8], В.А.Беликова [17,18], ГРТерценберга [16,19], И.АТлебова [20,21], И. А, Груздева [331-38], А.СЗеккеля [12,44,45], В.ЕКаштеляна [13,53], М.Л,Левинштейна[64], И.ВЛиткенс [17,65-70], В.Г.Любарского [71], А.А,Рагозина [72,81], СА.Совалова [9,8,16]? Н.И.Соколова [16], В.Л.Сгроева [69;853 ЗГ.Хвошинскую f3], Л.В.Цукерника [93], О.В.Щербачева [64],А.А.Юрганова [13,53,55,56,57,78], П.М.Андерсона [5]. К.Е.Боллингера [1G2,114J, Ф.ПДемелло [І06Л071, Ч.Копкордиа [106], П.Кундура [127,5128,129], Е.В.Ларсена [131], ОЛ.Малика [104,107,137,143], А.Фуада [5], Г.С.Хоупа [114] и других,
История развития автоматических регуляторов возбуждения (АРВ), для гурбо-, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов насчитывает несколько десятилетий. Идеология построения систем регулирования возбуждения начала формироваться в 30-40 годы.
Широкое внедрение регуляторов возбуждения пропорционального действия (АРВ-ПД) с законом регулирования по отклонению статорного напряжения и устройств релейного форсирования возбуждения позволило решить проблему обеспечения апериодической статической устойчивости. Однако попытка увеличения коэффициентов усиления обострило проблему обеспечения колебательной устойчивости и демпфирирования синхронных качаний. В ЕЭС бывшего СССР отмечались многочисленные случаи возникновения "самораскачивания" в тяжелых электрических режимах [32,68,90,127].
К середине 50-х годов широкий круг теоретических, расчетных и экспериментальных работ по исследованиям статической устойчивости дальних электропередач в режимах, близких к предельным по пропускной способности, и демпферных, свойств ЭЭС завершился созданием автоматического регулятора возбуждения сильного действия (АРВ-СД), характерширующегося высокими коэффициентами усиления и наличием в законе регулирования стабилизирующих сигналов по первым и вторым производным режимных параметров, что позволило совместно с системами быстродействующего возбуждения (статическими тиристорными и диодными бесщеточными} обеспечить высокие пределы статической и динамической устойчивости и интенсивное демпфированием качаний в послеаварийных режимах [ 1 б, 19,22,71].
На основе применения АРВ-СД удавалось решить проблему обеспечения апериодической устойчивости протяженных энергосистем при удовлетворительном качестве протекания колебательных режимов. Показано, что в ряде случаев была целесообразна общесистемная координация настроечных параметров каналов стабилизации регуляторов отдельных генераторов и требовался переход на регулирования по параметрам, отражающих взаимное движение всех агрегатов системы [932,36,94]. В то же время, как отмечено в [29,44,45,74,90], удовлетворительное качество демпфирования колебательных процессов могло быть обеспечено и на основе анализа только местной информации. Опыт эксплуатаиии генераторов с унифицированными АРВ-СД показал, что уровень демпфирования, достигаемый в условиях сложной энергосистемы оказывался тем выше, чем большими потенциальными возможностями демпфирования обладала рассматриваемая структура реіулирования в условиях простейшей электропередачи [2,86,92],
В зарубежной практике для подавления опасных колебательных режимов, зафиксированных в ЭЭС целого ряда Ьвропсйских стран, США, Канаде, Австралии, были разработаны и внедрены системные стабилизаторы (Power System Stabilizer, PSS), закон регулирования которых содержал первые и (или) вторые производные частоты соответствующих ЭДС или напряжений, т.е. также осуществлялся переход к принципам сильного регулирования возбуждения [5,128.13 1,140]. В качестве возможных параметров стабилизации PSS в многочисленных работах предлагались: отклонение тока статора: производная" внугреннего угла генератора, гок возбуждения, напряжение статора. час юта статорного напряжения, однако наибольшее распространение как параметры стабилизации получили отклонение скорости вала генератора от синхронной и ускоряющая мощность (производная скольжения) [22,102,129].
Таким образом, анализ существующих в мире типов ЛРВ показывает, что в их основе лежит единый принцип, предусматривающий пропорционально-дифференциальный (ПД закон регулирования по отклонению напряжения в сочетании с отрицательными обратными связями по напряжению и производной тока возбуждения и стабилизацией по производным режимных параметров [13J. Одкако, повышение качества демпфирования электромеханических колебаний ротора генератора за счет повышения быстродействия аппаратуры и усиления воздействий на обмотку возбуждения генератора привело и к увеличению механических наїрузок па валонровод.
Следующий этап в развитии АРВ сильного действия был связан с совершенствованием сложившейся структуры регулятора с целью обеспечения инвариантности к схемно-режимтшм условиям его рабоїн в ЭЭС за счет введения дополнительных стабилизирующих параметров, а также использованием новой аппаратной базы (полупроводниковых элементов и интегральных микросхем), обусловившей появление новых унифицированных регуняюров типа АРВ-СДП и АРВ-СДПИ е улучшенными характеристиками и существенно расширенными функциональными возможностями [13,78,96]. Разработка и широкое внедрение систем сильного регулирования возбуждения генераторов, а также интенсивное развития вычислительной техники, стимулировали создание алгоритмов и программного обеспечения для расчетов колебательной статической устойчивости ЭЭС, В нашей стране программное обеспечение для исследования демпферных своііеш ЭЭС разработано к настоящему времени в СОИ, ЭПИП, ВИИИЭ " Энергосеть-проекте , НИИПТ, МЭИ, СПбГТУ (ЛПИ) 13,7,32,29,09].
При злом одним из наиболее распространенных оказался метод D-разбиения в плоскости двух параметров. Позднее, наряд) с D- разбиением и другим частотным методами, широкое распространение получили матричные методы, основанные на опенке собственных значений и собственных векторов матриц, характеризируюншх демпферные свойства системы [9,8,33,35]. Именно на основе совместного применения этих технологий были выполнены работы [91,59.60.61,62], в которых указывалось на опасность резонансного усиления крутильных колебаний за счет работы систем регулирования (АРВ генератора, регулятор тока П] IT).
В настоящее время возможности исследования качества переходных процессов и проектирования автоматических регуляторов, реализующих близкие к оптимальным адаптивные законы управления существенно возросли. В распоряжении исследователя имеются мощные пакеты для моделирования динамических систем в структур управления, в первую очередь система программирования MatLab [73], получившая широкое распространение в развитых станах и быстро распространяющаяся в России. Новые возможности моделирования позволяют реализовать весьма сложные исследовательские модели и получить представления о направлениях развития систем автоматического управления, о бес печшатот цих подавление нежелательных воздействий на турбоагрегат, обусловленных односторонним подходом к оптимизации настроечных параметров системы регулирования возбуждения, В результате выполнения работы удалось разработать рекомендации по подавлению нежелательных явлении резонансного характера на турбоагрегатах, оснащенных старыми типами АРВ, а также направление развития структуры нерсиекшвных цифровых АРВ.
Значительное внимание к работе уделено исследованию процессов при конечных возмущениях в ЭЭС Проанализированы возможные неблагоприятные сочетания воздействий ударного характера, приведены соображения по ослаблению неблагоприятных факторов, снижающих ресурс валсшровода.
