Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние и проблемы анализа режимов систем электроснабжения крупных промышленных предприятий в аварийных ситуациях 12
1.1. Аналитический обзор исследований по противоаварийному управлению режимами электроэнергетических систем и систем электроснабжения промышленных предприятий 12
1.2. Аналитический обзор методов расчета установившихся режимов 14
1.3. Аналитический обзор методов анализа переходных процессов и динамической устойчивости 21
1.4. Аналитический обзор способов представления электрических нагрузок при анализе динамической устойчивости 27
1.5. Аналитический обзор методов расчета асинхронных режимов, ресинхронизации и самозапуска двигателей 30
1.6. Аналитический обзор программ для ЭВМ 34
1.7. Цели и задачи исследования 35
2. Моделирование и расчет установившихся и переходных режимов систем электроснабжения 37
2.1. Постановка задачи моделирования режимов систем электроснабжения промышленных предприятий 37
2.2. Алгоритм расчета установившихся режимов при параллельной работе системы электроснабжения промышленного предприятия с энергосистемой 39
2.3. Алгоритм расчета установившегося режима при выходе на раздельную с энергосистемой работу 45
2.4. Алгоритм расчета начальных значений токов короткого замыкания и остаточных напряжений при параллельной и раздельной работе 48
2.5. Алгоритм расчета переходного режима при параллельной с энергосистемой работе 50
2.6. Алгоритм расчета режима короткого замыкания с последующим выходом на раздельную работу в результате внезапного короткого замыкания 52
3. Математические модели автоматических регуляторов синхронных машин 62
3.1. Постановка задачи моделирования 62
3.2. Моделирование автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов 65
3.3. Моделирование автоматических регуляторов возбуждения синхронных двигателей 68
3.4. Математическое моделирование автоматических регуляторов паровых турбин 71
4. Моделирование характеристик нагрузки систем электроснабжения промышленных предприятий для расчета динамической устойчивости 75
4.1. Постановка задачи моделирования нагрузки 75
4.2. Математическое моделирование высоковольтной синхронной нагрузки. 77
4.3. Математическое моделирование высоковольтной асинхронной нагрузки 78
4.4. Математическое моделирование тиристорного электропривода 80
4.5. Математическое моделирование дуговых сталеплавильных печей 85
4.6. Математическое моделирование нагрузки низковольтных электроприемников 87
5. Экспериментальные исследования режимов короткого замыкания в системе электроснабжения ОАО «ММК» 90
5.1. Постановка задачи исследования 90
5.2. Характеристика объекта исследования 91
5.3. Получение характеристики изменения комплексной нагрузки при больших возмущениях 93
5.4. Анализ переходных процессов при трехфазном коротком замыкании
с учетом динамических характеристик 99
5.5. Определение предельного времени отключения в зависимости от конфигурации системы электроснабжения ОАО «ММК» при трехфазных коротких замыканиях 101
5.6. Наложение ремонтного режима работы на аварийный и его влияние на динамическую устойчивость при трехфазном коротком замыкании 107
5.7. Исследование самозапуска двигателей 110
5.8. Влияние учета отдельных факторов на результаты анализа переходных режимов 113
5.9. Оценка эффективности работы противоаварийной автоматики 115
5.10. Режим выхода на раздельную работу после короткого замыкания 116
5.11. Режим выхода на раздельную работу после короткого замыкания и последующее восстановление параллельной работы 121
5.12. Режим короткого замыкания в выделившемся участке системы электроснабжения 125
Заключение 130
Библиографический список
- Аналитический обзор исследований по противоаварийному управлению режимами электроэнергетических систем и систем электроснабжения промышленных предприятий
- Постановка задачи моделирования режимов систем электроснабжения промышленных предприятий
- Моделирование автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов
- Получение характеристики изменения комплексной нагрузки при больших возмущениях
Введение к работе
Актуальность проблемы. Быстрые темпы развития собственной электроэнергетической базы крупных промышленных предприятий вызывают серьезное усложнение установившихся и переходных эксплуатационных режимов и существенно расширяют круг задач, решаемых при управлении ими. Важным условием надежной работы собственных источников электроэнергии является устойчивость синхронных генераторов при параллельной и раздельной работе с энергосистемой. Задача обеспечения устойчивости при этом возлагается на диспетчерский персонал энергохозяйства предприятия.
Наиболее распространенным видом аварийных режимов, вызывающих нарушение устойчивости, следует считать короткие замыкания, которые в условиях промышленной системы электроснабжения (СЭС) могут сопровождаться выходом участка сети с местной электростанцией на раздельную работу с энергосистемой. Это может приводить к нарушению устойчивости и остановке электростанций и производственных цехов, что может повлечь за собой значительный материальный ущерб. С целью его предотвращения диспетчерскому персоналу необходимо прогнозировать переходные режимы, вызванные аварийными ситуациями.
Для выполнения такого анализа требуется соответствующее математическое и программное обеспечение. Программное обеспечение, используемое на сегодняшний день, ориентировано на особенности районных энергосистем и в условиях промышленного предприятия не позволяет учесть отдельные крупные электроприемники, задавать комплексную нагрузку с характерным составом электроприемников, выполнять расчеты режимов при отсутствии связи с энергосистемой.
В связи с этим появляется необходимость разработки алгоритмов и программного обеспечения, предназначенного для анализа устойчивости при больших возмущениях режима в системах электроснабжения с собственными электростанциями, позволяющего учесть влияние отдельных электроприемни-
7 ков, динамических характеристик комплексной нагрузки и возможность отделения от энергосистемы.
Степень научной разработанности проблемы
Вопросы динамической устойчивости были рассхмотрены В.А. Вениковым, М.М. Ботвинником, П.С. Ждановым, А.Н. Цовьяновым, В.В. Ежковым, А.А. Го-ревым, П.С. Мануссоном.
Несмотря на широкий спектр работ, в них не рассмотрены вопросы динамической устойчивости при трехфазных коротких замыканиях с последующим выходом местных электростанций на раздельную работу и учетом динамических характеристик для основных технологических групп электроприемников в условиях промышленных предприятий.
Целью работы является повышение эффективности управления режимами систем электроснабжения промышленных предприятий (СЭСПП), имеющих собственные источники электроэнергии, за счет прогнозирвания переходных режимов и оценки динамической устойчивости при трехфазных коротких замыканиях (ТКЗ).
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
Разработать математические модели генераторов собственных электростанций и их систем регулирования, учитывающие реакцию технологического оборудования на быстрое изменение параметров режима, с целью анализа динамической устойчивости при коротких замыканиях.
Создать методику расчета динамических характеристик отдельных электроприемников и комплексной нагрузки промышленного предприятия.
Разработать алгоритм расчета переходных режимов и анализа динамической устойчивости при ТКЗ, учитывающий возможность выхода на раздельную работу в результате их отключения с последующей ресинхронизацией.
Получить расчетным путем динамические характеристики по напряжению отдельных электроприемников основных цехов промышленного предприятия.
Разработать алгоритм оценки динамической устойчивости при работе автоматики предотвращения асинхронного режима.
Осуществить программную реализацию разработанных алгоритмов
Провести анализ режимов ТКЗ в условиях системы электроснабжения ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК») при помощи разработанной программы, выявить условия сохранения динамической устойчивости и наиболее важные факторы, влияющие на устойчивость.
Разработать мероприятия по повышению динамической устойчивости для условий системы электроснабжения ОАО «ММК».
Методы исследования. Поставленные задачи решались на основе теоретических исследований и вычислительного эксперимента, теории динамической устойчивости энергосистем, теории электрических машин и тепловых двигателей, метода последовательных интервалов, модифицированного метода последовательного эквивалентирования, методов математической статистики. Исследования проводились с помощью оригинального программного обеспечения.
Достоверность и обоснованность научных результатов выводов и рекомендаций подтверждается:
Соответствием результатов вычислительного эксперимента экспериментальным данным и сведениям об аварийных отключениях.
Корректным использованием методов последовательного эквивалентирования и последовательных интервалов, а также апробированных математических программных пакетов обработки экспериментальных данных.
Использованием реальных технических характеристик оборудования.
Научная новизна. 1. Для прогнозирования аварийных и послеаварийных режимов разработан новый алгоритм расчета переходных режимов при коротких замыканиях в системе электроснабжения с собственными электростанциями, сопровождающихся выходом на раздельную работу с возможностью восстановления синхронной работы с энергосистемой. Алгоритм предусматривает учет динамических характеристик электроприемников и характеристики систем регулирования скорости паровых турбин местных электростанций, а также действие противоаварийной автоматики.
Предложен алгоритм расчета переходных режимов короткого замыкания в автономно работающей системе электроснабжения с собственными источниками электроэнергии, позволяющий учесть характеристики систем регулирования скорости паровых турбин местных электростанций.
Создана методика расчета начальных значений токов короткого замыкания и остаточных напряжений в системе электроснабжения как при параллельной, так и при раздельной работе с энергосистемой с учетом динамических характеристик комплексной нагрузки предприятия и его подразделений и параметров предшествующего режима.
Разработана усовершенствованная методика расчета динамических характеристик отдельных электроприемников по напряжению, предназначенная для анализа аварийных режимов в условиях системы электроснабжения промышленного предприятия, позволяющая учесть глубокие снижения напряжения при ТКЗ и быстрое восстановление напряжения при их отключении.
Предложена методика получения характеристик изменения комплексной нагрузки (ХИКН) при больших возмущениях режима с учетом состава электроприемников, позволяющая учесть выбег и самозапуск двигателей.
Практическая значимость результатов работы.
Созданный программный комплекс позволяет осуществить анализ динамической устойчивости в вероятных аварийных ситуациях при планировании нормальных и ремонтных эксплуатационных схем в электрических сетях крупных промышленных предприятий с собственными электростанциями.
Программный комплекс дает возможность оценивать быстродействие устройств релейной защиты и автоматики по критерию сохранения динамической устойчивости при трехфазных коротких замыканиях.
Применение программ расчета позволяет выполнить проверку релейных защит по чувствительности в режимах раздельной работы системы электроснабжения с местными источниками электроэнергии.
1Q 4. Разработанный программный комплекс может быть использован оперативно-диспетчерским персоналом в качестве советчика диспетчера для обеспечения правильности принимаемых решений. Реализация результатов работы.
Разработано программное обеспечение расчета установившихся и переходных режимов короткого замыкания с учетом возможного выхода на раздельную работу, официально зарегистрированное в Федеральной службе по патентам и товарным знакам РФ, которое используется для прогнозирования аварийных режимов с оценкой динамической устойчивости и эффективности действия релейной защиты и противоавариинои автоматики в распределительных сетях ОАО «ММК».
Разработана программа и опробована в центральной электротехнической лаборатории (ЦЭТЛ) ОАО «ММК», на диспетчерских пунктах теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и центральной электростанции (ЦЭС). Разработаны и внедрены мероприятия по реализации результатов работы, дающие возможность повысить надежность и устойчивость работы двигателей собственных нужд и турбогенераторов ТЭЦ и ЦЭС, что позволит уменьшить недоотпуск электроэнергии в сети ОАО «ММК». Ожидаемый экономический эффект от внедрения программного комплекса на ТЭЦ составляет 1204,9 тыс.руб./год, на ЦЭС- 1051,9 тыс.руб./год.
Теоретические и практические результаты работы использованы в учебном процессе при курсовом и дипломном проектировании для студентов специальности 140211 «Электроснабжение».
Основные положения, выносимые на защиту
Алгоритм расчета и анализа переходных режимов при коротких замыканиях, позволяющий проанализировать процессы при аварийном отделении от энергосистемы и восстановлении параллельной работы.
Алгоритм расчета и анализа переходных режимов при коротких замыканиях в автономно работающей системе электроснабжения с учетом действия автоматических устройств.
Методика расчета и анализа начальных значений токов короткого замыкания и остаточных напряжений при параллельной и раздельной работе с энергосистемой с учетом динамических характеристик электроприемников и ХИКН при больших возмущениях.
Методика расчета динамических характеристик индивидуальных электроприемников.
Методика получения ХИКН при больших возмущениях с учетом состава нагрузки.
Апробация работы
Основные положения, выносимые на защиту диссертации и основные аспекты глав обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2008 гг.(г. Магнитогорск), Всероссийских научно-практических конференциях студентов, аспирантов и специалистов 2006-2007 г. «Энергетики и металлурги - настоящему и будущему России» (г. Магнитогорск, 2006-2007 г.), Международных научно-технических конференциях молодых специалистов (г. Магнитогорск, ОАО «ММК», 2006-2007 г.), 5-й Международной конференции по автоматизированному электроприводу АЭП-2007 (Санкт-Петербург, 2007 г.), Второй ежегодной международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии» (г. Липецк, 2007 г.), научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятий Магнитогорского государственного технического университета (МГТУ) им. Г.И. Носова.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, в том числе 2 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикаций материалов диссертационных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, библиографического списка из 121 наименований и 13 приложений. Объем работы составляет 144 страниц, включая наличие 29 рисунков и 14 таблиц.
Аналитический обзор исследований по противоаварийному управлению режимами электроэнергетических систем и систем электроснабжения промышленных предприятий
Различные возмущения и изменения режима могут вызвать его отклонение от нормальных условий и переход энергосистемы в утяжеленный режим, имеющий повышенную вероятность аварийных нарушений рабочей схемы системы и соответственно ее режима. Утяжеление режима может привести к возникновению в системе такого аварийного режима, который недопустим даже кратковременно. Энергосистема может перейти в аварийный релшм или сразу из нормального режима, или в результате короткого замыкания, или после его отключения. Для предотвращения возникновения аварии и прекращения ее развития применяются средства автоматического и оперативного управления, которыми оснащаются диспетчерские центры.
К основным задачам противоаварийного управления относят: предотвращение возникновения аварий, прекращение ее развития, ускорение восстановления нормального режима работы. В комплекс устройств системы противоаварийного управления входят регуляторы и устройства защиты и автоматики [1], обеспечивающие ликвидацию и предотвращение аварийных ситуаций и предотвращение каскадного развития аварий.
На практике используются два способа управления: 1) изменение оперативного состояния какого-либо элемента системы- генератора, линии, трансформатора, источника реактивной мощности, потребителя энергии; 2) изменение некоторых параметров режима - расхода энергоресурсов, их энергетического потенциала, мощности, напряжения и т.д.
Первый путь получил название выбора рационального состава элементов системы, второй путь - выбора параметров режима.
Диспетчерское управление энергетикой выполняется по иерархическому принципу [2]. Принято выделять четыре независимых уровня оперативного управления: районная энергосистема, объединенное диспетчерское управление, центральное диспетчерское управление единой энергосистемой, диспетчерское управление СЭСПП. Такую иерархию называют пространственной.
Кроме того, при управлении выделяются временная и ситуативная иерархии [2]. Во временной иерархии возникает необходимость выделения разных по длительности отрезков времени при планировании развития и режимов энергосистем. Подразумевают следующие временные уровни: планирование режимов; оперативное управление, обеспечивающее выполнение плановых режимов и их контроль; автоматическое управление с помощью устройств режимной автоматики. Ситуативная иерархия предусматривает три ранга управления: нормальный, послеаварийный и аварийный режимы. Особенностью СЭСПП является необходимость выделения ремонтных режимов в обособленную группу.
Существенные результаты получены на основе идей ситуационного управления и имитационного моделирования с использованием методов теории распознавания образов и планирования эксперимента. У В.М. Чебана, А.К. Ландмана, А.Г. Фишова [3] рассмотрен процесс поиска противоаварийного управления с использованием статистических методов, проходящий в три стадии: распознавание тяжести аварийной ситуации (методом теории распознавания образов), поиск места приложения и вида управляющих воздействий (с помощью планирования экспериментов и таксономии, т.е объединения в классы), определение оптимальных уравнений (с помощью планирования эксперимента и оптимизации планирующего воздействия).
Противоаварийная автоматика, предназначенная в основном для помощи оперативному персоналу, имеет значительное время работы. Ее влияние на процессы при авариях в энергосистеме ограничено и сказывается не только на послеаварийном режиме. Характерной для противоаварийной автоматики явля ется ее тесная связь с режимом работы энергосистем. В настоящее время актуальны следующие задачи противоаварийной автоматики: автоматическое предотвращение нарушений устойчивости, автоматическая ликвидация асинхронного режима, автоматическое ограничение снижения частоты и напряжения [3].
В работах [4,5] были рассмотрены задачи выбора оптимального способа противоаварийного управления. Критерием такого выбора является минимум годового ущерба от всех расчетных аварийных возмущений, причем средний годовой ущерб от каждого из учитываемых типов возмущений предлагается определять по среднему ущербу от одного возмущения, по среднегодовому числу возмущений, по вероятности режима, опасного для устойчивости системы, и по показателям функционирования противоаварийной автоматики.
Все современные системы противоаварийного управления должны работать на обеспечение максимальной надежности при минимальной задержке при передаче и переработке аварийной информации. Фактически отраженная информация о послеаварийном режиме используется для определения оптимальных количественных показателей, поддерживаемых в окончательном нормальном режиме [6], что является одной из главных задач диспетчерского управления [7].
При анализе функционирования и управлении режимами энергосистем возникает необходимость в выполнении большого объема работ по расчетам установившихся режимов. Результаты расчетов установившихся режимов используются: для выбора схемы сети, выявления загрузки ее отдельных элементов, проверки допустимости ремонтных схем, решения вопросов регулирования напряжения, разработки мероприятий по снижению потерь в сетях, исследования режимных вопросов, связанных с вводом новых объектов и организацией параллельной работы энергосистем, определения требований к противоаварий ной автоматике, выбора уставок релейной защиты. Кроме того, алгоритмы расчета установившихся режимов являются необходимой частью комплексных алгоритмов решения более сложных задач: зкврівалентирования, оптимизации режимов, определения статической и динамической устойчивости, расчетов токов короткого замыкания.
Разнообразие подходов и исходных данных при представлении схем замещения, а также различные цели расчетов приводят к большому количеству методов расчета и способов решения уравнений, основные из которых изложены в работах В.А. Веникова [1,2], А.А. Глазунова [7], Л.А. Жукова [8], В.И. Идельчика [9].
Постановка задачи моделирования режимов систем электроснабжения промышленных предприятий
Для повышения надежности электроснабжения крупных промышленных предприятий и их структурных подразделений условия эксплуатации требуют прогнозирования как нормальных, так и аварийных режимов. Различают два вида режимов: установившиеся и переходные. Установившийся режим работы СЭС характеризуется неизменностью его параметров или очень медленными и нерегулярными их изменениями. Переходный режим характеризуется быстрым изменением во времени его параметров.
Расчеты установившихся режимов электроэнергетических систем и электрических сетей принадлежат к числу задач, которые имеют важнейшее значение как для эксплуатационных, так и для проектных и исследовательских организаций. Их особое место в общем комплексе режимных расчетов определяется тем обстоятельством, что они имеют не только самостоятельное значение при определении потокораспределения, напряжений и потерь мощности в сети, но также являются исходными параметрами при решении задач оптимизации режимов, при расчетах переходных процессов, при определении токов короткого замыкания.
При моделировании должны в полном объеме учитываться параметры вращающихся машин, трансформаторов, линий электропередачи, электроприемников промышленного предприятия и его комплексной нагрузки, а также действие автоматических регуляторов скорости паровых турбин и автоматических регуляторов возбуждения синхронных машин. Кроме того, необходимо учитывать действие противоаварийной автоматики.
Сложность современных систем электроснабжения требует разработки методов расчета, учитывающих специфику построения и эксплуатации потребительских сетей, к которым следует отнести преобладание многоуровневых разомкнутых схем, наличие собственных источников электроэнергии, связь с энергосистемой на разных уровнях напряжения.
Результаты расчета установившихся режимов используются для решения широкого перечня задач по оценке эксплуатационных режимов систем электроснабжения.
«Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования» [78] определяют в числе важнейших эксплуатационных задач следующие: - разработка нормальных схем и нормальных режимов; - анализ аварийных и послеаварийных режимов; - оценка допустимости ремонтных режимов; - расчет потерь электроэнергии в распределительных сетях; - оптимизация распределения активной и реактивной мощностей в системах электроснабжения; - расчет режимов короткого замыкания, установившихся после него; - анализ режимов и качества напряжения в узлах с резкопеременными и ударными нагрузками; - расчет устойчивости генераторов собственных электростанций; - расчеты устойчивости узлов нагрузки, как в нормальном режиме, так и при выходе на раздельную работу, при условии наличия собственных электростанций; - оценка эффективности работы устройств релейной защиты и автоматики и другие эксплуатационные задачи.
Вместе с тем при наличии нескольких источников питания разного характера простые иерархические схемы разомкнутых распределительных сетей превращаются в сложнозамкнутые схемы с многочисленными источниками питания. Это определяет новый круг задач: анализ динамической устойчивости при аварийных и послеаварийных режимах, к которым следует отнести асинхронные режимы, режимы ресинхронизации и возможности самозапуска одного крупного электродвигателя или группы двигателей, а также вопросы, связанные с отделением участка сети с генерирующими источниками после короткого замыкания, либо с коротким замыканием в выделившейся сети.
Моделирование автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов
В математических моделях тип возбудителя учитывается соответствующей величиной постоянной времени возбудителя, которая для электромашинного возбудителя равной 0,3 с, для тиристорного и бесщеточного возбудителя постоянная времени принимается равной 0,01-0,02 с. В последнее время получили наиболее широкое применение тиристорные и бесщеточные возбудители.
Находят применение следующие разновидности регулирования: -пропорционального действия — изменяющие ток возбуждения пропорционально отклонению какого-либо параметра режима, которые на промышленных электростанциях получили широкое распространение; -сильного действия — реагирующие не только на величину отклонения, но и на его скорость и ускорение, из АРВ пропорционального действия основывается на двух видах компаундирования синхронных генераторов: - компаундировании полным током, обеспечивающем зависимость тока возбуждения от нагрузки генератора; - фазовом компаундировании, обеспечивающем зависимость тока возбуждения от величины тока нагрузки и его фазового сдвига относительно напряжения генератора.
При использовании для исследования динамической устойчивости метода последовательных интервалов нужно предусматривать изменение вынужденной э.д.с. генератора при отклонении параметров режима от заданных.
Другим фактором, влияющим на э.д.с. генератора, является действие форсировки возбуждения, работающей при значительных снижениях напряжения в системе электроснабжения и повышающей динамическую устойчивость синхронного генератора в переходных режимах.
При учете действия регулятора возбуждения из промежуточного расчета установившегося режима (см. рис. 2.6) определяются: In,Un,Pn,Qn— значение на п-ом интервале тока, напряжения, активной и реактивной мощности каждой синхронной машины. К системам АРВ синхронных двигателей предъявляются следующие требования: 1. Сохранение устойчивой работы при изменении режимов СЭС при наличии резкопеременной нагрузки. 2. Устойчивость регулирования тока возбуждения при изменении нагрузки от нуля до максимального значения. 3. По возможности меньшее запаздывание, связанное с инерционностью, имеющейся как в самих регуляторах, так и во всех элементах системы регулирования возбуждения.
При решении задачи устойчивости работы как двигателя, так и питающей системы при динамических изменениях параметров режимов работы нашли применение следующие законы регулирования возбуждения синхронного двигателя: 1. Форсировка возбуждения двигателя до потолочного значения тока возбуждения при изменении напряжения на шинах питающей подстанции с огра ничением по максимальному и минимальному значениям тока ротора. 2. Закон регулирования на постоянство тока возбуждения (на синхронных двигателях с тиристорными возбудителями). 3. Регулирование возбуждения двигателя на постоянство отдачи реактивной мощности. 4. Регулирование возбуждения двигателя на постоянство коэффициента мощности. 5. Регулирование возбуждения двигателя по внутреннему углу. 6. Регулирование возбуждения двигателя по току статора.
При расчете установившегося режима необходимо учитывать влияние его параметров на ток возбуждения. При отсутствии автоматического или ручного регулирования возбуждения и питании обмотки возбуждения двигателя от электромашинного возбудителя ток ротора не зависит от напряжения сети, но зависит от частоты, поскольку при изменении частоты изменяется скорость вращения двигателя и ЭДС возбудителя. Таким образом, при изменении частоты сети ЭДС двигателя можно принять прямо пропорциональной ей.
Зависимость тока возбуждения от частоты и напряжения характерна для электромашинных зависимых возбудителей; зависимость частоты - для электромашинного независимого возбудителя; зависимость от напряжения - для тиристорного возбудителя. Из анализа принципа действия возбудителей следует, что при полностью отключенном регулировании в случае использования электромашинного независимого возбудителя изменения частоты и напряжения сети не повлияют на величину тока возбуждения. Для зависимого электромашинного возбудителя изменение обоих параметров повлияет на ток возбуждения и, соответственно, на величину реактивной мощности и угла ротора. В системах тиристорного самовозбуждения наблюдается пропорциональная зависимость э.д.с. от величины напряжения сети.
Получение характеристики изменения комплексной нагрузки при больших возмущениях
При исследовании эффективности алгоритмов и методик анализа аварийных и послеаварийных режимов в системах электроснабжения необходимо выполнить: - расчет динамических характеристик отдельных электроприемников; - расчет ХИКН при больших возмущениях на разных уровнях напряжений; - исследование переходных режимов в системах электроснабжения при коротких замыканиях с сохранением параллельной работы с энергосистемой; - исследование переходных режимов при коротких замыканиях с последующим выходом на раздельную работу; -исследование переходных режимов при выходе на раздельную работу в результате короткого замыкания и восстановлением параллельной работы; -исследование вновь возникших коротких замыканий в выделившейся сети; -исследование начальных значений токов короткого замыкания и остаточных напряжений при параллельной и раздельной работе; - исследование динамической устойчивости и определение влияющих на неё параметров в аварийных и послеаварийных режимах; -исследование эффективности противоаварийной автоматики.
Расчет токов короткого замыкания и исследование динамической устойчивости требуют для получения более корректных результатов использования динамических характеристик нагрузки. Предложенная в работе классификация (см гл. 4) и разработанная методика дает возможность получить комплексные характеристики обобщенной нагрузки различных узлов систем электроснабжения на основе анализа состава электроприемников.
При исследовании динамической устойчивости помимо возникновения аварийных режимов необходимо оценить возможность восстановления нор мального режима, в том числе ресинхронизацию генераторов и самозапуск двигательной нагрузки. Существенное влияние на динамическую устойчивость оказывает противоаварийная автоматика, определяющая время существования аварийного режима. Вышеуказанные исследования проводились в условиях системы электроснабжения ОАО «ММК» на примере узлов собственных электростанций: ТЭЦ, ЦЭС, паровоздуходувной электростанции (ПВЭС).
Структурная схема электрических сетей Магнитогорского энергетического узла (МЭУ) показана на рис. 5.1. Система электроснабжения МЭУ имеет связь с энергосистемой на напряжениях 220 кВ и 500 кВ. Основными источниками питания являются подстанции (ПС) «Магнитогорская» и «Смеловская» напряжением 500/220/110 кВ, через шины 500 кВ которых осуществляется транзит мощности от ГЭС Волжского каскада через системную ПС «Бекетово» и магнитогорский узел к Ириклинской ГРЭС. Подстанции связаны перемычками на напряжении 220 кВ и 500 кВ, на шины 500 кВ ПС «Магнитогорская» приходит ВЛ от Троицкой ГРЭС. Основными собственными источниками электроэнергии являются три электростанции — ТЭЦ, ЦЭС и ПВЭС, выдающие электроэнергию в сети на генераторных напряжениях 10 кВ (все электростанции), 6 кВ (ПВЭС) и повышенном напряжении 110 кВ. При этом общее количество генераторов СЭС ОАО «ММК» равно 23. Распределительная сеть МПУ образована четырьмя крупными узловыми подстанциями с высшим напряжением 220 кВ №30, №90, №60, №77. На шины 220 кВ узловых подстанций питание подается по двухцепной линии от ПС «Смеловская» на ПС 30; по двум одно-цепным линиям с ТрГРЭС - на ПС 90; на ПС 60, 77 и 90 приходит по одной цепи от ПС «Магнитогорская» и «Смеловская» (ввод на ПС 60 - с заходом на ПС 86 кислородной станции №5). Кроме того, на ПС 60 приходит двухцепная линия ПО кВ с ПС «Смеловская». В настоящий момент кольцевая сеть 110 кВ разомкнута в двух точках: отключена ВЛ ТЭЦ-ЦЭС со стороны ЦЭС (ПС 64 пи тается от ТЭЦ) и отключена ВЛ ПС 90-ПС 60 со стороны ПС 90 (ПС 88 питается с шин ПС 60).
Система электроснабжения включает в себя собственные электрические станции, которые имеют связи с энергосистемой. СЭС ОАО «ММК» соизмерима по нагрузке с рядом небольших энергосистем, но ее удельная мощность на единицу площади превосходит любую из энергосистем, что является ее существенным отличием.
На промышленных предприятиях четко прослеживается зависимость режима работы металлургического производства и обработки металла от режима работы СЭС. Характерным примером являются предприятия черной металлургии, короткое замыкание на которых приводит к расстройству технологического процесса, что вызывает значительный материальный ущерб.
Наличие собственных электрических станций и сетей малой протяженности приводит к большим величинам токов короткого замыкания; кроме того, наблюдается зависимость режима по напряжению от энергосистемы, что объясняется неполным использованием на электростанциях возможности регулирования реактивной мощности в связи с большой загруженностью генераторов по активной мощности, а также малой задействованностью синхронных компенсаторов и батарей статических конденсаторов в производственных цехах.
