Арв генераторов сильного действия

МЕТОДЫ НАСТРОЙКИ АВТОМАТИЧЕСКИХ РЕГУЛЯТОРОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

Устойчивая работа электроэнергетических систем (ЭЭС) зависит от множества факторов и, в том числе, от выбора настроек автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) синхронных генераторов. В современных ЭЭС
в условиях широкого применения силовой полупроводниковой техники, а также установок распределённой генерации остаются актуальными задачи определения оптимальных (допустимых) коэффициентов настройки АРВ синхронных генераторов с целью обеспечения требований по устойчивости и качеству переходных процессов. Для развития и модернизации технологий настройки АРВ генераторов необходим тщательный анализ применяемых методов, обзор которых приведен в статье. В результате проведенного анализа сделан вывод о том, что разработка алгоритмов настройки АРВ по экспериментальным частотным характеристикам и кривым D-разбиения является перспективным направлением и требует дальнейших исследований.

В работе также предложен алгоритм поиска вектора допустимых настроек АРВ генераторов внутри линейной области ограничений на основе градиентного метода решения системы линейных неравенств, позволяющий обеспечить устойчивую работу ЭЭС, а в сочетании с прогностическими алгоритмами ‑ получить необходимый запас устойчивости и хорошие демпферные свойства регуляторов без использования трудоемкой процедуры оптимизации.

  1. Горюнов Ю.П., Щербачев О.В. Программа для расчета статической устойчивости сложных электрических систем // Труды ЛПИ. 1967. № 291. С. 98–103.
  2. Лукашов Э.С., Бушуев В.В. О структурных схемах и частотных характеристиках электрических систем // Изв. СО АН СССР. Сер.: Техн. наук. 1968. №8. С. 3–10.
  3. Веников В.А., Васин В.П. Анализ статической устойчивости сложных электрических систем и частотные методы // Тр. СибНИИЭ. Новосибирск. 1972. Вып. 21. С. 3–8.
  4. Строев В.А, Карасев Е.Д. Вопросы построения рационального алгоритма расчета областей статической устойчивости электроэнергетических систем // Изв. РАН СССР. Энергетика и транспорт. 1979. № 3. С. 37–45.
  5. Горюнов Ю.П., Левинштейн М.В., Щербачев О.В. Методика определения оптимальных параметров регулирования в сложных линеаризованных системах с несколькими регулируемыми объектами // Тр. Ленингр. политех. ин-та. 1968. № 293. С. 67–70.
  6. Горюнов Ю.П. Комплекс программ для исследования статической устойчивости по самораскачиванию сложных электрических систем // Моделирование электроэнергетических систем : тез. докл. Всесоюзн. научн. конф. Баку, 1982. С. 221–222.
  7. Алгоритм численной оптимизации параметров АРВ генераторов сложной электроэнергетической системы / Г.Н. Жененко и др. // Тр. Ленингр. политехн. ин-та. 1982. № 385. С. 16–21.
  8. Груздев И.А., Екимова М.М. Основные задачи исследования сильного регулирования возбуждения генераторов сложных электроэнергетических систем // Труды Ленингр. политехн. ин-та. 1982. № 385. С. 3–12.
  9. Симонова К.Ж., Строев В.А. Вопросы выбора параметров АРВ в сложных электроэнергетических системах // Изв. РАН СССР. Энергетика и транспорт. 1987. №5. С. 61–71.
  10. Груздев И.А., Устинов С.М.. Ладвищенко Б.Г., Юрганов А.А. Координация настроек АРВ-СД генераторов сложных электроэнергетических систем // Вопросы устойчивости сложных электрических систем : сб. научн. тр. ин-та Энергосеть-проект. М. : Энергосетьпроект, 1985. С. 205–213.
  11. Зеккель А.С. Оценка качества регулирования и методика настройки стабилизации АРВ генераторов // Электричество. 1988. № 5. С. 15–21.
  12. Дойников А.Н., Косинцева Е.В. Синтез системы автоматического управления с использованием кривых Д-разбиения // Тр. Брат. гос. ун-та: Сер.: Естественные и инженерные науки — развитию регионов Сибири. Т. 1. Братск : БрГУ, 2008. 229 с.
  13. Игнатьев И.В., Пьянников Е.Д. Методика построения трехмерной параметрической области D-разбиения // Брат. гос. ун-та: Сер.: Естественные и инженерные науки — развитию регионов Сибири. Т. 1. Братск : БрГУ, 2008. 229 с.
  14. Дойников А.Н., Игнатьев И.В. Алгоритм оперативного выбора настроек АРВ сильного действия // Труды ЛПИ. 1984. № 399. С. 27–31.
  15. Комплекс программ для исследования возмущенного движения сложных ЭЭС и алгоритмов адаптации регуляторов возбуждения / Ю.П. Горюнов и др. // Труды ЛПИ. 1988. № 427. С. 16–25.
  16. Методика координации настроек АРВ-СД в энергосистемах на основе экспериментальных данных / И.А. Груздев и др. // Труды ЛПИ. 1988. № 427. С. 55–61.
  17. Булатов Ю.Н., Дьяконица С.А. Алгоритм непараметрической идентификации ЭЭС для получения оптимальных коэффициентов стабилизации АРВ генераторов // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2009. Т. 1. С. 7–11.
  18. Булатов Ю.Н., Игнатьев И.В. Определение оптимальных коэффициентов стабилизации систем АРВ и АРЧВ по непараметрическим моделям турбогенераторов электростанций // Системы. Методы. Технологии. 2009. № 3. С. 70–74.
  19. Булатов Ю.Н., Игнатьев И.В. Программный комплекс для идентификации электроэнергетических систем и оптимизации коэффициентов стабилизации автоматических регуляторов возбуждения // Системы. Методы. Технологии. 2010. № 4 (8). С. 106–113.
  20. Игнатьев И.В., Ковров А.Е. Алгоритм выбора настроек автоматических регуляторов возбуждения в многомашинных энергосистемах // Вестник Сибир. гос. аэрокосмич. ун-та им. акад. М.Ф. Решетнева. 2010. № 1 (27). С. 24–29.
  21. Игнатьев И.В., Булатов Ю.Н. Модели и методы настройки систем регулирования возбуждения генераторов на основе экспериментальных данных. Братск : Изд-во БрГУ, 2016. 278 с.
  22. Зеккель А.С., Муратаев А.А., Черкасский А.В. Методика экспериментального определения областей колебательной устойчивости и кривых равного качества регулирования / И.М. Гольдштейн и др. // Труды ЛПИ. 1984. № 399. С. 32–36.
  23. Алгоритм и программа для оценки эффективности управления возбуждением генераторов энергообъединения / И.М. Гольдштейн и др. : сб. науч. тр. Л. : Энергоатомиздат, 1987. С. 99–105.
  24. Юрганов А.А. Методы и средства автоматического регулирования возбуждения турбо- и гидрогенераторов // Творческое наследие академика М.П. Костенко и его значение для современного и перспективного электромашиностроения. СПб. : Наука, 1992. С. 132–158.
  25. Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. СПб. : Наука, 1996. 138 с.
  26. Булатов Ю.Н., Игнатьев И.В. Настройка АРВ-СД генератора методом стандартных коэффициентов с применением генетического алгоритма // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2008. Т.1. С. 18–24.
  27. Сорокин Д.В. Выбор настроек АРВ генераторов сложной энергосистемы на основе применения генетического алгоритма и методов модального анализа : автореф. дисс. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 2009. 24 с.
  28. Булатов Ю.Н. Методика согласованной настройки автоматических регуляторов возбуждения и частоты вращения генераторов электростанций : автореф. дисс. … канд. техн. наук. Иркутск, 2012. 22 с.
  29. Булатов Ю.Н., Попик В.А. Решение оптимизационных задач электроэнергетики с помощью адаптивного генетического алгоритма // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2012. Т.2. С. 94–99.
  30. Булатов Ю.Н., Крюков А.В. Применение вейвлет-преобразования и генетических алгоритмов для настройки автоматических регуляторов установок распределенной генерации // Науч. вестн. Новосибир. гос. техн. ун-та. 2016. № 2. Т. 63. С. 7–22.
  31. Булатов Ю.Н., Крюков А.В. Применение генетических алгоритмов для настройки автоматических регуляторов установок распределенной генерации // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2016. № 2. С. 30–45.
  32. Булатов Ю.Н., Игнатьев И.В. Методика согласованной настройки систем АРВ и АРЧВ генератора // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2009. Т.1. С. 3–7.
  33. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан Зюй Хынг Применение алгоритмов согласованной настройки регуляторов турбогенераторов установки распределенной генерации // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2014. Т. 2. С. 130–139.
  34. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан Зюй Хынг Автоматические регуляторы для установок распределенной генерации // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 3 (23). С. 108–116.
  35. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан Зюй Хынг Улучшение качества электроэнергии нетяговых потребителей путем применения автоматически управляемых установок распределенной генерации // Системы. Методы. Технологии. 2014. № 4 (24). С. 73–79.
  36. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан Зюй Хынг Согласованная настройка регуляторов установок распределенной генерации, работающих в системе электроснабжения железной дороги // Системы. Методы. Технологии. 2015. № 1 (25). С. 94–102.
  37. Булатов Ю.Н., Крюков АВ., Чан Зюй Хынг. Сетевые кластеры в системах электроснабжения железных дорог. Иркутск :Изд-во ИрГУПС, 2015. 205 с.
  38. Воропай Н.И., Этингов П.В. Развитие методов адаптации нечётких АРВ для повышения динамической устойчивости сложных электроэнергетических систем // Электричество. 2003. № 11. С. 2–10.
  39. Булатов Ю.Н., Приходько М.А. Методика построения оптимизированной нечёткой модели электроэнергетической системы // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2011. Т. 1. С. 10–16.
  40. Булатов Ю.Н.. Крюков А.В., Чан Зюй Хынг Нечеткие регуляторы для ветрогенерирующих установок // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2014. №7-8. С. 60–69.
  41. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Чан Зюй Хынг. Интеллектуальные регуляторы для установок распределенной генерации // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2015. № 2 (46). С. 83–95.
  42. Аксеновский А.В., Булатов Ю.Н. Идентификация электроэнергетических систем для адаптивного управления автоматическими регуляторами возбуждения // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2011. Т. 1. – С. 44–48.
  43. Игнатьев И.В., Приходько М.А, Булатов Ю.Н. Разработка и программная реализация алгоритма нечеткой нейросетевой идентификации параметров синхронного генератора // Системы. Методы. Технологии. 2012. № 4 (16). С. 52–56.
  44. Булатов Ю.Н., Крюков А.В. Мультиагентная система управления установками распределенной генерации // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2015. №11-12. С.97–107.
  45. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Нгуен Ван Хуан Прогностические регуляторы для установок распределенной генерации // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 1 (29). С. 63–69.
  46. Булатов Ю.Н., Крюков А.В., Нгуен Ван Хуан Определение параметров прогностических регуляторов для установок распределенной генерации систем электроснабжения железных дорог // Системы. Методы. Технологии. 2016. № 2 (30). С. 84–91.
  47. Масленников В.А. Программное обеспечение для расчетов колебательной статической устойчивости энергосистем // Изв. вузов: Энергетика. 1995. № 3-4. С. 33–38.
  48. Темгеневская Т.В. Выбор настроек АРВ-СД в многомашинной электроэнергетической системе // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2015. Т. 1. С. 105–109.
  49. Темгеневская Т.В. Построение линейно-аппроксимированной области устойчивости для оперативного управления настроечными параметрами АРВ-СД ЭЭС // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2012. Т. 1. С. 9–14.
  50. Темгеневская Т.В. Поиск настроечных параметров регуляторов электроэнергетической системы // Труды Брат. гос. ун-та. Сер.: Естественные и инженерные науки. 2010. Т. 2. С. 77–18.

Зарегистрирован Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-66109 от 20 июня 2016 г.

Точная синхронизация генераторов. Критерии допустимости включения синхронного генератора по способу точной синхронизации. Автоматические синхронизаторы с постоянным углом опережения. Включение синхронного генератора на параллельную работу методом самосинхронизации , страница 5

По типу оборудования: АВР трансформаторов, АВР ЛЭП и АВР СШ.

По направленности действия: АВР одностороннего действия (один источник только рабочий, другой только резервный), АВР двустороннего действия (каждый из источников может быть как рабочим, так и резервным).

По виду источников питания: АВР на постоянном оперативном токе и АВР на переменном оперативном токе.

Читайте также  Аккумулятор для генератора yamaha

По виду резерва, включаемого действием АВР: явный резерв (источник питания может находиться либо в откл состоянии, либо под U, но без нагрузки) и неявный резерв (нагрузка распределена между всеми источниками, которые осуществляют взаимное резервирование, тогда мощность каждого источника должна быть достаточной для всей нагрузки, а также для нагрузки др. источника).

Главный пуск АВР производится включением Q или от контакторов реле “откл” этих Q.

Требования к АВР:1. Время действия min 2. АВР не должно срабатывать при кз 3. Должно существовать ускорение защиты резервного ТСН приего включение на устойчивое кз на резервируемых шинах 4. Включение РТСН должно предусматриваться при любом откл. Q рабочего ТСН.

Выдержка времени на срабатывание АВР при отсутствии напряжения при резервировании 6,3кВ должно быть на ступень селективности больше времени срабатывания МТЗ ТСН.

17 Автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) синхронных машин

АРВ относятся к устройствам автоматического регулирования режима энергосистемы по напряжению и реактивной мощности. При изменении возбуждения генератора меняется его ЭДС, что приводит к изменению напряжения генератора, работающего на изолированную нагрузку. Если генераторы включены на общие шины, то изменение возбуждения одного из них приводит к перераспределению реактивных нагрузок между работающими генераторами. Совместное действие индивидуальных АРВ генераторов электростанции, работающей в системе, определяет напряжение на шинах и значение выдаваемой реактивной мощности. Поэтому вопросы автоматического регулирования напряжения неразрывно связаны с вопросами регулирования напряжения и реактивной мощности.

Назначение и основные функции АРВ:

· поддержание заданного значения напряжения на выводах генератора или на шинах потребителей (используемые только для этой цели устройства АРВ называют иногда автоматическими регуляторами напряжения – АРН);

· наивыгоднейшее распределение реактивных нагрузок между параллельно работающими генераторами и электростанциями в целях минимизации потерь электроэнергии с учётом необходимости поддержания требуемых уровней напряжения в узловых точках энергосистемы;

· повышение устойчивости параллельной работы отдельных генераторов между собой и всей системы в целом; это достигается путём кратковременного увеличения тока возбуждения до максимально допустимого (потолочного) значения при значительных снижениях напряжения – форсировкой возбуждения; при этом происходит ускорение восстановления напряжения в сети после отключения КЗ;

· ускорение восстановления нормального режима при самозапуске после отключения КЗ.

Различают два принципа построения АРВ:

1. АРВ пропорционального действия (АРВПД),

2. АРВ сильного действия (АРВСД).

В АРВПД в качестве управляющих воздействий используется отклонение тока и напряжения от заданных уставок. В АРВСД в качестве управляющих воздействий используется отклонение тока, напряжения и частоты, а также производные от этих параметров. АРВСД, как объект управления, оказывает на систему возбуждения генератора более сильное (интенсивное) воздействие по сравнению с АРВПД. АРВСД позволяет предвидеть переходной процесс и вовремя подавать управляющие сигналы. Они на порядок более быстродействующие, следовательно, могут применяться на генераторах с быстродействующими системами возбуждения (мощные генераторы с тиристорными системами возбуждения).

АРВПД построены обычно в виде токового компаундирования и применяются на электромашинных системах возбуждения. У таких систем возбуждения постоянная времени генератора оказывается соизмеримой с постоянной времени самого возбудителя и его регулятора (поскольку это система самовозбуждения, а значит ТГ ≈ Твозб ≈ 1 с). Следовательно, получить очень быстрое и устойчивое регулирование оказывается невозможно, а значит, невозможно получить и АРВ с большой скоростью нарастаний тока возбуждения. Для устойчивого регулирования приходится применять специальные меры стабилизации. С развитием независимых систем возбуждения (например, при ионном или тиристорном возбудителе) стало возможно иметь АРВСД, поскольку постоянная времени такого возбудителя составляет примерно 0.1 с может быть гораздо меньше постоянной времени генератора (Твозб << ТГ). При таких системах возбуждения система регулирования имеет апериодическую устойчивость при весьма большом коэффициенте усиления.

Характеристики систем возбуждения.

Предельное напряжение возбудителя, подключенного к обмотке ротора генартора (потолок возбуждения по напряжению), – относительное значение наибольшего (потолочного) напряжения возбудителя в переходном режиме при форсировке возбуждения:

Предельное установившееся напряжение возбудителя называется кратностью форсировки.

Предельный ток возбуждения – наибольшее относительное значение тока возбуждения, создаваемого системой возбуждения, в установившемся режиме после прекращения нарастания тока:

По действующим в СССР нормам значения и должны быть не менее 2 независимо от типа системы возбуждения ГГ, ТГ и СК. При электромашинной системе возбуждения обычно . При быстродействующих системах возбуждения достигается , что позволяет ускорять нарастание тока ротора до двукратного значения, после чего вступает в действие устройство ограничения форсировки.

Номинальная скорость нарастания напряжения возбудителя (быстродействие системы возбуждения):

Для всех систем возбуждения ГГ, ТГ и СК эта скорость должна быть не менее 2 о.е./с.

Особенности алгоритма реализации системных функций в российских автоматических регуляторах возбуждения сильного действия

Энергетика: тенденции и перспективы Андрей КОМКОВ, Евгений ПОПОВ, Николай ФИЛИМОНОВ, ООО «НПП «РУСЭЛПРОМ-Электромаш». Алексей ЮРГАНОВ, Санкт-Петербургский политехнический университет Александр БУРМИСТРОВ, ПАО «Силовые машины» 4863

Надежность и эффективность работы электроэнергетических систем (ЭЭС) в значительной мере определяется регулированием возбуждения входящих в нее синхронных генераторов и, в первую очередь, подсистем автоматических регуляторов возбуждения (АРВ), обеспечивающих максимальный уровень динамической устойчивости и эффективное демпфирование колебаний.

Этот период характеризуется быстрым развитием электроэнергетики страны. В то время были построены каскады крупных ГЭС, мощные тепловые и атомные станции. По географическим условиям гидроэлектростанции сооружались вдали от крупных городов и промышленных предприятий. Возникла необходимость передавать значительные объемы электроэнергии на большие расстояния от электростанций к потребителям. Строительство параллельных линий для усиления электрической связи было слишком дорогостоящим, поэтому потребовались иные решения. Начала активно развиваться теория устойчивости электроэнергетических систем. В результате первый в мире системный стабилизатор был разработан и внедрен практически в том виде, как он существует сейчас. На обширной территории СССР сложилась разветвленная электроэнергетическая система, обладавшая большим количеством как слабых, так и сильных электрических связей между отдельными регионами.

На Западе импульс к разработке системных стабилизаторов был дан в 70‑х годах в Канаде из‑за возникшей необходимости передавать мощность 500 МВт от АЭС «Пикеринг» и ГЭС в провинции Онтарио по линиям электропередачи протяженностью примерно 700 км и напряжением 500 кВ потребителям в США. Без быстродействующих систем возбуждения, оснащенных системными стабилизаторами, понадобились бы дополнительные линии. В Западной Европе эта проблема возникла еще позднее – при вводе в эксплуатацию турбинных блоков мощностью более 300 МВт. На сегодняшний день на Западе разработано около десяти типов системных стабилизаторов, описание которых приведено в стандарте IEEE Std 421.5.

Для изготовления микроэлектроники на предприятиях концерна РУСЭЛПРОМ используется передовое высокоточное оборудование

С учетом того что отечественный стабилизатор успешно зарекомендовал себя в различных схемно-режимных ситуациях, было предложено рассмотреть вопрос о его включении в международные стандарты под названием PSS2RU. Для этого потребовалось предоставить его полное описание и привести результаты расчетов, чтобы оценить его эффективность по сравнению со стабилизаторами, включенными в стандарт IEEE Std 421.5.

Системный стабилизатор PSS2RU

Задача любого системного стабилизатора – демпфирование электромеханических колебаний. Данные колебания лежат в диапазоне частот от 0,1 до 5 Гц. Эти колебания обусловлены качаниями роторов синхронных генераторов относительно друг друга. Полный взаимный угол между двумя машинами в любой схемно-режимной ситуации может быть разложен на две составляющие – внутренний и внешний угол. Внутренний угол – это угол между поперечной осью машины, совпадающей с вектором синхронной ЭДС Eq и вектором напряжения генератора Ug. Внешний угол – это угол между вектором напряжения генератора Ug и вектором синхронной ЭДС другой машины или центром электрических качаний синхронной машины (электростанции), работающей в сложной энергосистеме. Внутренний угол образуется в результате падения напряжения на внутреннем продольном индуктивном сопротивлении машины (Xd), внешний угол – в результате падения напряжения на сопротивлениях внешних по отношению к рассматриваемому генератору элементов ЭЭС.

Качания полного угла – результат совместного движения роторов. Они имеют двойственную природу:

• в режимах выдачи реактивной мощности устойчивость определяется величиной и качаниями внешнего угла, который в тяжелых послеаварийных режимах или в «слабых» ЭЭС в этом случае может приближаться к 90 град. эл.;

• в режимах потребления реактивной мощности устойчивость определяется величиной и качаниями внутреннего угла, который при уменьшении тока возбуждения генератора, работающего в ЭЭС любой мощности, может приближаться к 90 град. эл.

Таким образом, при одинаковых больших значениях полного угла физика переходных процессов и условия обеспечения апериодической и колебательной статической устойчивости существенно отличаются. Стабилизация режима, предлагаемая западными стандартами, не учитывает этого явления.

Все силовое оборудование, микропроцессорная аппаратура и программное обеспечение выпускаемой продукции разработаны в стенах НПП «РУСЭЛПРОМ-Электромаш»

В результате аналитических и экспериментальных исследований и опыта эксплуатации синхронных генераторов выяснилось, что отклонениям внутреннего угла пропорциональна производ­ная тока ротора. Отклонение частоты напряжения генератора ΔfU от установившегося значения и первая производная ΔfU = fU генератора являются первой и второй производными внешнего угла соответственно. Таким образом, имеются два легко измеряемых параметра, каждый из которых способен осуществлять демпфирование соответствующей компоненты взаимного угла. Следовательно, входными параметрами рассматриваемого стабилизатора являются ток ротора (If) и частота напряжения генератора (fU).

Рис. 1. Блок-схема стабилизатора PSS2RU

Блок-схема системного стабилизатора PSS2RU показана на рис. 1. Стабилизатор состоит из двух каналов, соединенных параллельно. Выходные сигналы каждого канала суммируются на главном сумматоре. Просуммированный сигнал является выходным сигналом стабилизатора. Передаточные функции задают необходимую форму амлитудочастотной и фазочастотной характеристик каждого канала. Два канала перекрывают диапазон частот электромеханических колебаний. Канал по частоте настраивается на частотный диапазон от 0,3 до 1,2 Гц, канал по производной тока ротора настраивается на частотный диапазон от 1 до 3 Гц. Типовые значения постоянных времени приведены в табл. 1. Сравнительные испытания, проведенные НТЦ СО ЕЭС, показали его высокую эффективность.

Таблица 1

Релейная форсировка возбуждения

Совместно со стабилизатором PSS2RU применяется быстродействующая форсировка возбуждения. Ее функция – повышение динамической устойчивости при серьезных повреждениях в энергосистеме, обусловленных снижением напряжения. Логика форсировки возбуждения отображена на рис. 2.

Рис. 2. Логика работы реле форсировки

При снижении напряжения ниже уставки срабатывания контроллер инициирует быстрое увеличение напряжения возбуждения до максимального значения до тех пор, пока напряжение статора генератора не повысится до уставки на снятие форсировки (0,8‑0,9) UГном. Включение форсировки происходит с минимальной выдержкой времени, а отключение – с выдержкой времени от 0,2 до 0,3 секунды, что соответствует времени достижения максимального значения взаимного угла между роторами синхронных машин в послеаварийном режиме качаний. Форсировка также необходима для того, чтобы исключить на время протекания КЗ тракт регулирования из закона управления, так как резкие скачки токов, напряжений и частоты могут привести к снижению скорости нарастания напряжения возбуждения из‑за противоположных воздействий от разных каналов регулирования.

Читайте также  Съемник подшипников генератора ваз 2107

Результаты расчета

Эффективность системного стабилизатора была проверена на математической модели четырехмашинной энергосистемы (схема Кундура), в работах западных исследователей часто рассматриваемой в среде MATLAB/Simulink Sim Power Systems (см. рис. 3). Модель представляет собой две области, каждая из которых содержит по два синхронных генератора. Области соединены двумя линиями длиной 220 км. Режим установлен таким образом, что осуществляется передача 413 МВт из первой области во вторую.

Рис. 3. Четырехмашинная тестовая схема электроэнергетической системы

Тестовым возмущением является трехфазное короткое замыкание в середине одной линии с последующим ее отключением. Проведено сравнение PSS2RU со стабилизаторами, включенными в стандарт IEEE Std 421.5. Входным параметром для стабилизаторов PSS1A и PSS4B служит скорость вращения ротора. В PSS1A сигнал скорости вращения последовательно проходит через фильтры и несколько фазосдвигающих звеньев. В PSS4B сигнал скорости вращения раздваивается и проходит в одном случае через датчик низких и средних частот, в другом – через датчик высоких частот. Далее сигналы проходят через фазосдвигающие звенья, которые выделяют низкие, средние и высокие частоты, после чего каждая компонента усиливается в зависимости от частоты. Полное описание PSS1A и PSS4B представлено в стандарте. Результаты отражены на рис. 4.

Рис. 4. Активная мощность, передаваемая из области 1 в область 2 при трехфазном коротком замыкании в середине линии с последующим ее отключением. Длина транзита – 220 км

Но в реальной энергосистеме ситуация, когда присутствует настолько длинный транзит и создаются такие тяжелые условия, – редкость. Подобные условия могут возникнуть, если существует слабая связь или при неблагоприятных обстоятельствах в ремонтных схемах. Чтобы убедиться в эффективности стабилизатора в различных условиях, выполним такое же тестовое возмущение, но при транзите длиной 10 км. Следует отметить, что при уменьшении длины транзита до 10 км условия устойчивости энергосистемы улучшились, но такое же тестовое возмущение будет оказывать более сильную просадку напряжения на шинах генераторов, так как точка короткого замыкания стала находиться электрически ближе к каждому генератору. Результаты расчетов представлены на рис. 5.

Рис. 5. Активная мощность, передаваемая из области 1 в область 2 при трехфазном коротком замыкании в середине линии с последующим ее отключением. Длина транзита – 10 км

При совместном рассмотрении результатов расчета на рис. 4 и 5 можно сделать заключение, что стабилизатор PSS2RU при неизменной настройке осуществляет эффективное демпфирование колебаний как при длинном, так и при коротком транзите. При длинном транзите воздействуют все каналы стабилизатора, так как внутренний и внешний углы имеют одинаковый порядок величины. При коротком транзите внешний угол становится малым, поэтому даже при тех же самых настройках каналы по отклонению частоты и по производной частоты начинают вносить на порядок меньший вклад в суммарный сигнал системного стабилизатора по сравнению с каналом по производной тока ротора. Можно сказать, что при коротком транзите каналы стабилизатора по отклонению частоты и по производной частоты выключаются из работы исходя из физической сущности процессов. Поэтому единая настройка оказывается достаточно эффективной в существенно различных условиях.

Сборочный цех систем возбуждения и систем управления возбуждением синхронных генераторов

Микропроцессорное производство для систем возбуждения синхронных генераторов

Заключение

Мы отметили основные вехи истории создания, особенности структуры и функционирования российского системного стабилизатора. Благодаря отмеченным выше свойствам и своему широкому распространению на электростанциях России и ближайшего зарубежья, а также принимая во внимание простоту и грубость настройки своих параметров, системный стабилизатор PSS2RU должен занять значимое место в библиотеках основных программных продуктов для выполнения сетевых исследований. Для этого важно провести работу по интеграции структуры системного стабилизатора PSS2RU и алгоритма релейной форсировки в документы международных организаций IEC и IEEE.

ПП в синхронных генераторах прикз (сАВР, без АВР)

1) На первом этапе расчета аварийных режимов КЗ на основе принципиальной схемы составляют – расчетную схему (РС).

РС соответствует аварийным режимам СЭС, и на ней в однолинейном изображении показывают: источники СЭС; точку КЗ и все силовые элементы, по которым возможно протекание Iкз или его составляющих (т.е. генераторы, синхронные компенсаторы, статические источники реактивной мощности, силовые трансформаторы и автотрансформаторы, реакторы, воздушные и кабельные линии, связывающие источники питания с точками КЗ, малоудаленные электрически обобщенные нагрузки).

В расчетной схеме учитываются электродвигатели, как источники подпитки точек КЗ при их небольшей удаленности и Sсум ≥ 1000 КВА.

Под электрической удаленностью от точки КЗ до источника питания или подпитки понимают сопротивление короткозамкнутой цепи, в относительных единицах:

Можно оценивать удаленность КЗ по отношению тока источника в начальный момент КЗ к его номинальному току, если отношение ≥ 1 – малоудаленное, если отношение < 1 – удаленное.

2) На втором этапе на расчетной схеме замещения отмечают точки КЗ, и указывают вид КЗ, уточняют расчетные условия (какие ее элементы должны быть включены, момент времени КЗ и т.д.).

Каждый элемент схемы характеризуется соответствующими параметрами (см. табл.2).

Схема замещения составляется на основе ее расчетной схемы для начального момента переходного процесса. Ее компонуют для каждой точки КЗ и в нее включают те элементы расчетной схемы, по которым возможно протекание Iк.з. или его составляющих к данной точке КЗ.

ПП в синхронных генераторах прикз (сАВР, без АВР)

I. Генератор с отключенным АРВ.

В такой машине ток возбуждения if остается постоянным и обеспечивает неизменный магнитный поток возбуждения Фf = const.

Особенность данного случая: параметры генератора и их изменение существенно влияют на ход процесса КЗ.

Кривая изменения полного тока КЗ и его отдельных составляющих (момент возникновения КЗ соответствует случаю, когда апериодическая составляющая тока и полный ток достигают максимального значения), изображены на рис. 5.

Рис.5. Изменение полного тока КЗ и его составляющих

При работе генератора на холостом ходу под действием тока ротора в машине наводится поток возбуждения Φf:

1) в момент возникновения КЗ (t = 0) в статоре генератора появляется ток (рис. 6). Периодическая составляющая тока отстает от напряжения на выводах генератора на угол φк, определяемый параметрами цепи КЗ. Протекая по обмоткам генератора, периодическая составляющая тока создает магнитный поток Φст, который будет направлен встречно потоку возбуждения Φf, как поток реакции якоря по продольной оси ротора.

На пути потока Φст находятся два проводящих контура: короткозамкнутый контур демпферной обмотки и контур обмотки возбуждения, замкнутый на возбудитель.

Контуры демпферной обмотки и обмотки возбуждения обладают индуктивностью, в которой под действием Φст наводятся ЭДС и возникают свободные токи — соответственно iсв.д и iсв.f.

Поток Φст неподвижен относительно ротора, поэтому токи iсв.д и iсв.f имеют апериодический характер (рис 7).

Замкнутые контуры свободных токов iсв.д в переходных режимах возникают также и в массивном теле ротора турбогенератора.

Указанные апериодические токи затухают с постоянной времени, равной отношению индуктивности контура к его активному сопротивлению (L/r). Им соответствуют свободные магнитные потоки обмоток: демпферной – Φсв, д и возбуждения — Φсв, f.

Так как магнитный поток ротора не может изменяться скачком, очевидно, что для момента времени t = 0 должно выполняться условие: Φст = Φсв, д + Φсв, f и результирующий поток в немагнитном зазоре будет равен:

Параметры, которыми характеризуется генератор в момент КЗ (т.е. t = 0) называются сверхпереходными:

Х " d — сверхпереходное сопротивление генератора по продольной оси;

E " ф — действующее фазное значение сверхпереходная ЭДС,.

Начальное значение периодической составляющей Iк.з. обозначают:

Iп, o – действующее значение за первый период,

для синусоидального тока Iп,о=In,m , может быть определена

где Хрез— сопротивление цепи КЗ;

где U(0) и I (0) –соответственно фазное напряжение и ток генератора в предшествующем режиме;

φ(0) — угол между напряжением и током в том же режиме.

2) С течением времени происходит затухание апериодических токов в демпферной обмотке и обмотке возбуждения с одновременным уменьшением соответствующих магнитных потоков Фсв.д, Фсв.f, причем первым затухает магнитный поток Фсв.д. В цепи обмотки возбуждения, имеющей малое активное сопротивление, свободный ток затухает медленнее. (Рис.8)

Свободные магнитные потоки уже не могут компенсировать размагничивающее действие потока реакции якоря Фст , вследствие чего происходит уменьшение ЭДС генератора. Изменение параметров машины оказывает влияние на периодическую составляющую Iкз, которая тоже уменьшается.

3) После затухания свободных токов в демпферной обмотке и в обмотке возбуждения наступает установившийся режим для периодической составляющей тока статора. Результирующий магнитный поток: Фрез=Фf –Фст ,

т.е. размагничивающее действие потока статора максимально. (Рис.9)

Следует учесть, что Фст. несколько ниже по сравнению с начальным моментом КЗ вследствие уменьшения периодической составляющей IКЗ.

Таким образом, при отсутствии на генераторе АРВ установившееся значение периодической составляющей IКЗ меньше его начального значения.

Апериодическая составляющая ia,t затухает по экспоненте с постоянной времени:

; т.е. учитывается сопротивление обмотки статора.

Длительность переходного процесса КЗ для современных генераторов обычно составляет не более 3-5 с. Как и в случае питания цепи КЗ от шин неизменного напряжения, максимальное значение полного тока I y имеет место обычно через 0,01с после начала процесса.

При определении ударного тока, условно считают, что к этому времени Iп не претерпевает существенных изменений и равен, как и в начальный момент КЗ I п, m . Тогда:

II. Генератор при включенном АРВ.

В этом случае снижение напряжения при КЗ компенсируется увеличением тока возбуждения if. Причем при снижении напряжения ниже (0.85 ÷ 0.9)Uн срабатывает форсировка возбуждения, обеспечивающая нарастание возбуждения генератора до предельного значения.

Таким образом, АРВ изменяет магнитный поток возбуждения Фf , ЭДС генератора, а следовательно, и ток КЗ.(Рис.10)

Рис.10. Кривые изменения Iкз при наличии АРВ

Все АРВ действуют с небольшим запаздыванием. Кроме того, значительная индуктивность обмотки возбуждения генератора, приводит к задержке увеличения тока ротора. В результате чего, действие АРВ начинает проявляться только спустя некоторое время после возникновения КЗ. Из сказанного можно сделать вывод, что АРВ не влияет на Iкз в первые периоды КЗ. Начальное значение полного Iкз и его составляющие, а также iy остаются такими же, как и при отсутствии АРВ.

То есть до вступления в действие АРВ, ток КЗ уменьшается так же, как и при отсутствии АРВ, а затем начинает возрастать и достигает установившегося значения, соответствующего возросшему напряжению генератора за счет действия АРВ. Затухание свободных токов статора и обмотки возбуждения, возникших при внезапном КЗ, в некоторой степени компенсируется увеличением тока КЗ за счет действия АРВ.

В зависимости от соотношения между значениями этих токов и от характера их изменения, кривая полного тока КЗ приобретает разный вид. При этом апериодическая составляющая тока КЗ iat остается практически такой же, как при отсутствии АРВ, а периодическая составляющая iпt в зависимости от соотношения между начальным и установившимися токами КЗ при предельном токе возбуждения может затухать, увеличиваться или оставаться неизменной (Рис.11) .

Читайте также  Аварийное возбуждение главного генератора

Когда под действием АРВ, напряжение генератора достигает предельного значения, (может принимать также номинальное значение), то Iкз в дальнейшем остается неизменным.

значений периодической сос-тавляющей тока статора и апериодических составляющих токов в обмотке возбуждения и в демпферной обмотке ротора при КЗ на зажимах генератора изображено на рис.12.

Рис.12 Влияние АРВ на изменение действующих значений токов в обмотках генератора при КЗ на его зажимах.

Из графиков видно, что в начале переходного процесса действие АРВ сказывается незначительно, а с течением времени оно проявляется все в большей мере.

При достижении предела (потолка) АРВ, рассматриваемые токи в обоих обмотках генератора принимают свои конечные установившиеся значения.

Типы автоматических регуляторов возбуждения синхронных машин для повышения устойчивости.

Функции автоматические регуляторы возбуждения синхронных машин:

— обеспечение поддержания требуемого уровня напряжения на зажимах машин или реактивной мощности в установившемся режиме системы;

— повышение статической и динамической устойчивости при возмущениях в электроэнергетической системе;

— увеличение требуемого качества переходных процессов в электроэнергетической системе.

Устройства АРВ подразделяются на 2 типа: пропорционального и сильного действия.

Структурная схема пропорционального действия:

Он изменяет ток возбуждения в зависимости от отклонения какого-либо параметра режима.

От тр-ра напряжения(ТН) подается напряжение, пропорциональное напряжению статора СМ(UСМ), на вход блока напряжения(БН).Блок БН выявляет отклонение напряжения от заданной уставки ΔU=UЗ-UСМ .Полученная разность ΔU усиливается в усилителе(У) и подается на обмотку возбуждения ОВ2 возбудителя синхронной машины. Такой регулятор стремиться поддерживать напряжение на зажимах синхронной машины в соответствии с заданным значением UЗ . В синхронных машинах с регуляторами АРВ ПД напряжение поддерживается с определенной точностью, статизмом, зависящие от коэф.усиления(kU) усилителя У. Регулирование UСМ по отклонению напряжения приводит к поддержанию неизменным напряжения внутри обмотки синхронной машины за некоторым его сопротивлением.

Структурная схема сильного действия:

Осуществляет регулирование по ΔU, U I , Δf, f I . Напряжение статора синхронной машины UСМ подводится от трансформатора напряжения ТН к блоку напряжения БН и к блоку частоты БЧ. Блок БН выявляет отклонения частоты, а дифференцирующий элемент(Д1) определяет скорость изменения напряжения U I . Блок БЧ выявляет отклонения частоты от нормального значения и формирует сигнал Δf. Одновременно дифференцирующий элемент(Д2) определдяет скорость изменения частоты f I . Значения параметров ΔU, U I , Δf, f I подаются на суммирующий усилитель(СУ). Сигнал с выхода СУ АРВ СД поступает в схему управления тиристорной или бесщеточной систем возбуждения. АРВ СД реагирует ещё и на скорость изменения параметров, это позволяет с опережением выявлять характер возникшего переходного процесса и оказывать воздействие на систему возбуждения синхронной машины в самом начале изменения режима. Такая система может поддерживать практически постоянное напряжение на шинах синхронных машин во всех режимах её работы при малых возмущениях. При возникновении больших возмущений в энергосистеме возбуждения, оснащённые АРВ СД, не могут поддерживать постоянного напряжения на шинах синхронных машин. Поэтому в начале переходного процесса синхронная машина с АРВ СД может быть представлена аналогично машине с АРВ ПД.

61 Аварийное управление мощностью турбин электростанций для повышения устойчивости.

Проблема обеспечения устойчивости энергосистем существует из-за возникающего в аварийных режимах небаланса мощности на валу синх­ронных машин, приводящему к недопустимому их ускорению или тормо­жению, следствием которых является потеря синхронизма. Если бы меха­ническая мощность агрегатов могла достаточно быстро и точно изменять­ся в соответствии с изменениями электрической мощности, то небалансы мощности были бы устранены и, следовательно, нарушения динамичес­кой устойчивости в энергосистемах были бы исключены. Однако суще­ствующие системы регулирования паровых турбин пока не могут решить такую задачу. Более того, системы регулирования, обычно применяе­мые в нормальном режиме, из-за наличия инерции, органов с зонами нечувствительности практически не реагируют в начале переходного процесса и мощности турбин почти не изменяются. Для обеспечения динамической устойчивости требуется быстрое изменение мощности турбины при возникновении возмущения в энергосистеме. Поэтому для быстрого управления мощностью турбины в аварийных режимах она оснащается специальным электрогидравлическим преобразователем (ЭГП), который позволяет вводить в систему регулирования электри­ческие сигналы (импульсы) и тем самым осуществить быстродейству­ющее управление регулирующих клапанов турбины. При этом проис­ходит относительно быстрое уменьшение механической мощности на валу агрегата, необходимое для обеспечения устойчивости в случае сброса электрической нагрузки генератором. Различные аварийные ситуации требуют различной глубины разгрузки, но по возможности наибольшей скорости ее осуществления. Скорость разгрузки турбины не может быть сколь угодно большой и ограничивается в основном быстродействием регулирующих клапанов и наличием парового объе­ма между ними и турбиной. Поэтому мощность турбины снижается постепенно и ее изменение зависит от амплитуды Um , длительности Тu и величины остаточного Uoc управляющего сигнала от ЭГП. Изменяя его, можно получить различные изменения механической мощности во време­ни, которые называют импульсными характеристиками турбин (рис. 8.37). После снятия управляющего сигнала регулирующие клапаны открывают­ся и мощности агрегатов восстанавливаются до заданного значения, опре­деляемого условиями устойчивости (рис. 8.38).

Рассмотрим влияние аварийной разгрузки турбины (APT) на устойчи­вость системы при возникновении КЗ. Для этого на диаграмме характери­стик мощности (рис. 8.39) нанесем изменение механической мощности турбины Рт в функции угла ᵟ.

Рис. 8.37. Импульсная характеристика (I) турбины и график (2) управляющего

Рис. 8.38. Изменение мощности турбины по условиям обеспечения устойчивости: 1 — динамической; 2 — статической и динамической; 3 — статической

Рис. 8.39. Влияние аварийной разгрузки турбин на динамическую устойчивость

Из приведенных зависимостей видно, что существенное уменьшение РT наступает после времени отключения КЗ, длительность которых для современных систем электроснабжения составляет 0,1-0,2 с. Поэтому APT практически не уменьшает площадку ускорения, и это было одним из препятствий для его применения. Однако в конце переходного процесса Рт начинает уменьшаться, что приводит к увеличению площадки торможения и критического угла с ᵟкр до ᵟ^mкр, определяющего предел синхронной динамической устойчивости генератора.

Таким образом, применение APT позволяет повысить динамическую устойчивость и быстро восстановить режим электростанции в послеава-рийном режиме. Это ее главное достоинство. К недостаткам следует отнести задержку в ограничении механической мощности, что в ряде аварийных режимов снижает ее эффективность, а также возможность нарушения устойчивости во втором и последующих циклах качаний из-за высокой скорости восстановления мощности турбины.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Характеристики мощности генераторов с АРВ. Упрощенное представление генераторов в расчетах устойчивости.

Ответ:Под системой регулирования возбуждения понимают аппараты для создания тока возбуждения и управления ими с помощью устройств АРВ, которые применяются для регулирования возбуждения, разделяются на регуляторы осуществляющие прерывистое и непрерывное действие регулирования (без зоны нечувствительности) – если точка в исх. зоне нечувствительности то регулятор не работает. На крупных генераторах работающих в энергосистемах в настоящее время применяются регуляторы непрерывного действия: 1) регуляторы пропорционального действия, изменяющие ток возбуждения пропорционально отклонению какого-либо параметра режима; 2)регуляторы сильного действия реагирующие не только на отклонение параметров режима, но и на скорость и ускорение (1ю и 2ю производные их изменений. АРВ пропорционального действия изменяют Ег пропорционально входному сигналу (ΔU) – E=Eo+K ΔU. С помощью регуляторов пропорционально действия практически можно поддерживать постоянной переходную ЭДС – Ed’, за переходным сопротивлением генератора Xd’. АРВ сильного действия изменяет Ег в зависимости от ΔU и производных и . E=Eo+K1ΔU+K2 +K3 т.е. регулирование наводиться не только по отношению но и по условию входного сигнала. С помощью регулятора сильного действия можно поддерживать постоянное напряжение на зажимах генератора или в начале линии за повышающими трансформаторами. Pг = – предел мощности. При наличии АРВ пропорционально действия Е =Еd’ Хг = Xd’ При наличии АРВ сильного действия Uг =const Xг = 0, Xc возрастает в АРВ пропорционального действия и уменьшается в АРВ сильного действия.

В установившемся режиме схема замещения генератора представляется синхронным ЭДС и и синхронным сопротивлением.

Характеристика мощности явнополюсных синхронных машин.

Ответ:

xd; xq— т.к. воздушные зазоры разные (Xd > Xq)

Схема замещения генератора была представлена в виде ЭДС и синхронной индуктивности сопротивления через которое протекает полный ток генератора. Такая схема допустима для неявнополюсного генератора, в которых сопротивление по продольной и поперечной оси практически одинаково. У явнополюсных генераторах Xd и Xq значительно отличаются, поэтому при более точных расчетах необходимо строить две схемы замещения генераторов. В определенных условиях удобно получить зависимость мощности от угла из векторной диаграммы явнополюсного генератора. В режиме хх ток возбуждения генератора создает магнитный поток основная часть которого пронизывает воздушный зазор и пересекает обмотки статора и наводит в них Eq. У нагруженного генератора ток обмотки статора может быть разложен на Id и Iq которые создают магнитные потоки, независимые потоки продольной и поперечной оси реакции якоря Фad и Фaq вращающихся синхронно с ротором……. и сдвинуты на четверть полного деления. Наводимые потоками реакции якоря Ead и Eaq геометрически складываются с Eq и дают внутреннюю ЭДС генератора EL, которой соответствует магнитный поток ФL.

Индуктивное сопротивление реакции якоря Xad явнополюсной СМ >> Xaq т.к. продольный магнитный поток встречает меньшее сопротивление воздушного промежутка Фd. Неравенство Xad и Xaq приводит к тому что необходимо разлаживать падения U в индуктивном сопротивлении генератора на 2 составляющие Zaq*XL и Zad*XL

Нюансы: 1)δкр < 90 0 уменьшается зона устойчивости; 2)увеличивается идеальный предел P и Pm. Амплитуда сост-щей удвоенной f не превышает 10—15% от основной. И про рассматриваемом норм. режимов (иногда п/ав) можно пренебречь 2-й составляющей При рассм. ав/ режимов, когда величена ампл-ды 1-й сост-щей низка а ампл. 2-й f заметно влияет на угловую хар-ку. Для упрощения расчетов 2-ю составляющую не учитывают.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: