Введение к работе
МїїЩлюсть проблемы. Основой развития электроэнергетики являются объединенные электроэнергетические системы (ЭЭС) и использование в них синхронных генераторов больших единичных, мощностей. Характеристики синхронного генератора как элемента ЭЭС во. шюгом определяются свойствами его системы возбуждения, и развитие синхронных машин неизменно сопровождается усовершенствованием их систем возбуждения. Ухудшение электромеханических параметров манных синхронных генераторов, обусловленное повышением степеїш использования активных материалов, в существенной мере компенсируется возрастанием возможностей систем автоматического регулирования возбуждения, прошедших в своем развитии ряд этапов, реализующих различные законы регулирования возбуждения и, соответственно, обеспечивающих разные показатели статической и динамической устойчивости.
Широкое внедрение в ЭЭС автоматических регуляторов возбуждения сильного действия типа АРВ-СД (АРВ-СДГГ, АРВ-СДІЩ, характеризующихся высокими коэффициентами усиления и наличием в законе регулирования стабилизирующих сигналов по первым и вторым производным режимных параметров, позволило совместно с системами быстродействующего возбуждения (статическишг тиристорними и диодными бесщеточними) обеспечить высокие пределы статической и динамической устойчивости и интенсивное демпфирование послеаварийннх качаний. Однако в настоящее время в свя-. зи со значительной величиной генерирующих мощностей, наличием линий электропередач, являющихся слабыми межсистемными связями, и усложнением схемно-режимных условий ЭЭС фиксированные настройки унифицированных АРВ не удовлетворяют всему многообразию нормальных режимов работы и переходных процессов 'сложных энергосистем. Это приводит, с одной стороны, к необходимости дальнейшего совершенствования существующей структуры АРВ, направленной на повышение качества регулирования за счет оценивания большего количества параметров режима, а с другой, к созданию адаптивных систем регулирования возбуждения, оптимизирующих свои настройки при изменении условий работы генераторов в ЭЭС.
Переход к цифровым методам регулирования и цифровым АРВ, в которых соответствующие алгоритмы управления 'реализуются программным путем, обусловливает появление совершений новых структур аддитивного регулирования возбуждения, таких как цифровые регуляторы на основі? использования нечеткой логики и нейронных сетей.
Данные положения определяют актуальность диссертации, посвященной сопоставительному исследованию показателей демпфирования, обеоио-
чивасмых применением перспективных и унифицированных типов АРВ, реализующих различные законы регулирования возбуждения, при малых и конечных возмущениях в ЭЭС.
Работа выполнялась в соответствии с межвузовской научно-технической программой "Повышение надежности, экономичности и экологичнос-ти электроэнергетической системы России" и была связана с исследованиями, проводившимися АО "Электросила".
Цель и задачи работа. Целью работы является разработка методов математического моделирования систем возбуждения различных типов для анализа обеспечиваемых ими демпферных свойств в разных схемно-режим-ных условиях' и переходных процессов при конечных возмущениях в ЭЗС, а также врцача рекомендаций для дальнейшего совершенствования структур систем регулирования возбуждения и законов регулирования для улучшения показателей качества переходных процессов.-
Для достижения поставленной цели потребовалось:
усовершенствовать существующие и разработать новые математические модели автоматических регуляторов возбуждения различных типов, включая унифицированные регуляторы АРВ-СД и АРВ-СДПІ; перспективный микропроцессорный регулятор АРВ-СДПМ; регулятор пропорционального действия АРВ-ПД, дополненный каналом системной стабилизации (FSS); адаптивный АРВ-ЦД с системным стабилизатором на основе нечеткой логики; а также модели'широко применяемых в настоящее время систем возбуждения: независимой тиристорной и диодной бесщеточной, содержащих тиристорний и диодный преобразователь и синхронный возбудитель;
выполнить исследование колебательной статической устойчивости генераторов, оснащенных унифицированными регуляторами типа АРВ-СД и АРВ-СДПІ, в условиях энергосистем простой структуры и сопоставить полученные результаты с показателями демпфирования маловозмущенного движения, дос~игаемых за счет использования рассматриваемой структуры перспективного регулятора АРВ-СДПМ;
исследовать особенности демпфирования маловозмущенных переходных процессов генератора, оборудованного регуляторами возбуждения типа АРВ-СДПМ и АРВ-СДПІ в режимах недовозбувдения;
определить показатели колебательной статической устойчивости генератора, содержащего АРВ-ПД с каналом PSS, при использовании в качестве входных сишалов PSS отклонения частоты вращения вала агрегата от синхронной или частоты статорного напряжения, а также применения дополнительных стабилизирующих сигналов;
оценить возможности использования системы регулирования воз-
Суждения, включающей АРВ-ПД с адаптивным системным стабилизатором на основе нечеткой логики;
- выполнить исследование динамической устойчивости генераторов, оснащенных АРВ различных типов, и проанализировать специфику протекания переходных процессов, вызванных конечными возмущениями.
Методика выполнения исследований. Решение' указанных задач выполнялось на основе расчета собственных значений ' матриц коэффициентов линеаризованных систем уравнений переходных процессов, построения и анализа областей устойчивости и численного интегрирования нелинейных систем дифференциальных уравнений. Математическое описание ЭЭС основывалось на известных моделях силового оборудования и АРВ, в частности, на уравнениях Парка-Горева для вращающихся машин.
Основные научные результаты и их новизна.
-
Усовершенствованы методики математического моделирования АРВ различных типов, включая унифицированные регуляторы ЛРВ-СД и АРВ-СДШ, а также широко применяемые за рубежом регуляторы АРВ-ПД, дополненные каналом системной стабилизации PSS.
-
Предложена математическая модель перспективного регулятора возбуждения АРВ-СДПМ, предназначенная для исследования колебательной статической и динамической устойчивости.
-
Впервые реализована методика математического моделирования регулятора АРВ-ПД, дополненного адаптивным системным стабилизатором на основе нечеткой логики (ЮІ), алгоритм функционирования которого^ основан на наборе правил, а их обработка ведется методами теории нечетких множеств.
-
Разработаны подробные математические модели независимой ти-ристорной и диодной бесщеточной' систем возбуждения, предназначенные для исследования показателей устойчивости при малых и конечных возмущениях совместно с перспективными и унифицированными моделями АРВ.
-
Произведена оценка сравнительной эффективности регуляторов возбуждения типа .АРВ-СД и АРВ-СДШ, которая показала их высокую эффективность по демпфированию электромеханических колебаний в энерго- системах простой структуры.
-
Установлено, что использование рассматриваемой модели перспективного регулятора АРВ-СДПМ обеспечивает показатели демпфирования маловозмущенного движения на уровне <хтах= 5,5+6,5 1/с, что существенно превышает возможности унифицированных регуляторов АРВ-СДШ и АРВ-СД. Протекание переходных процессов при возмущениях конечной амплитуды характеризуется определенной спецификой, в частности, переходом в
режим развозОувдения'после снятия возмущения.
-
Исследована колебательная статическая устойчивость генератора, оснащенного перспективным АРВ-СДПМ и унифицированным АРВ-СДШ, в режимах недовозбуждения, которая выявила, что настройка регулятора АРВ-СДПМ, обеспечивающая наилучшие показатели демпфирования в области номинальных режимов, вызывает самораскачивание при уменьшении генерации реактивной мощности, обусловливая необходимость перенастроим АРВ.
-
Выполнено исследование демпферных свойств генератора, оснащенного системой регулирования возбуждения, включающей АРВ-ПД и дополнительный канал PSS, при использовании в качестве входных сигналов PSS отклонения частоты вращения вала и частоты статорного напряжения. Рассмотрены дополнительные меры по повышению качества маловозмущенных переходных процессов в виде гибкой обратной связи по току возбуждения и добавочного дифференцирующего звена в структуре PSS.
-
Зафиксирован длительный режим многократного переключения структуры регулятора АРВ-СДТШ нелинейным ограничителем после конечного возмущения, представляющий определенную опасность для тиристорного преобразователя. Рекомендовано применение релейной форсировки возбуждения для исключения данного режима.
10. Проанализирована статическая и динамическая устойчивость генератора, оснащенного АРВ-ПД с адаптивным системным стабилизатором на основе НЛ, которая показала, что процессы при малых и конечных возмущениях характеризуются значительной длительностью. Оценены возможности дополнительных мероприятий по повышению показателей'устойчивости за счет применения обратной связи по производной тока возбуждения и принудительного форсирования возбуждения на первых этапах процесса.
Практическая значимость работы и ее внедрение. Полученные в диссертации научные положения, выводы и рекомендации, а также разработанное программное обеспечение могут быть использованы в проектных, научно-исследовательских и эксплуатационных организациях при определении требований к системам регулирования возбуждения, допустимости тех или иных эксплуатационных и аварийных режимов и разработке мероприятий по повышению уровня устойчивости параллельной работы ЭЭС.
Методические и программные разработки использовались в научно-исследовательских работах кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ, выполняемых по договорам с рядом организаций (НИИ АО "Электросила", ЩТИ им. И.И.Ползунова).
Апробация работы. Отдельные разделы диссертации докладывались на научном семинаре кафедры "Электрические системы и сети" СПбГТУ, на
научно-технической конференции молодых ученых и специалистов СПбГТУ (Санкт-Петербург, 1992г.) и на 9-й Международной конференции по электроэнергетическим системам (Санкт-Петербург, 1994г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 статей.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы,. 2-х приложений и содержит 118 страниц основного текста, 8 стр. таблиц, 41 стр. рисунков и библиографию из 140 наименований.
