Содержание к диссертации
Введение
1. Противоаварийное управление электроэнергетическими системами ... 11
1.1. Задачи и способы предотвращения нарушения устойчивости 11
1.2. Средства повышения динамической устойчивости 17
1.3. Функции фазового управления и способы реализации 26
1.4. Метод и средства исследования 33
1.5. Уточнение задач фазового управления и пути решения 37
1.6. Выбор критериев оптимальности процесса управления 46
1.7. Выводы и постановка задачи 50
2. Синтез законов непрерывного фазового управления 52
2.1. Структура системы управления 52
2.2. Синтез законов верхнего уровня 57
2.2.1. Непрерывно-дискретное фазовое управление 58
2.2.2. Непрерывное фазовое регулирование 71
2.3. Синтез законов нижнего уровня 77
2.3.1. Случай наличия полной информации 77
2.3.2. Случай работы системы в условиях локальной информации ... 80
2.4. Автоматическое целеопределение 88
2.5. Непрерывное фазовое управление для случая торможения генераторов при аварии 95
2.6. Обеспечение устойчивости протяженных линий электропередачи посредством непрерывного фазового управления 96
2.7. Выводы 98
3. Применение непрерывного фазового управления в Комплексе с другими средствами обеспечения динамической устойчивости и в условиях сложной системы 100
3.1. Применение непрерывного фазового управления совместно с отключением генераторов 102
3.2. Применение непрерывного фазового управления совместно с регулированием турбин 112
3.3. Применение непрерывного фазового управления совместно с электрическим торможением 117
3.4. Возможности непрерывного фазового управления в сложной системе 124
3.5. Выводы 131
4. Выбор параметров фазосдвигающего устройства и предложения по его использованию 133
4.1. Выбор параметров исполнительного органа 133
4.2. Предложение по использованию фазового управления 137
4.3. Выводы 142
Заключение 143
Список использованной литературы 145
- Функции фазового управления и способы реализации
- Случай работы системы в условиях локальной информации
- Применение непрерывного фазового управления совместно с регулированием турбин
- Предложение по использованию фазового управления
Введение к работе
Актуальность темы.
Задачи обеспечения эффективного управления установившимися и переходными режимами электроэнергетических систем (ЭЭС) остаются одними из наиболее актуальных. Их решение может быть достигнуто различными способами, одним из которых является фазовое регулирование (ФР). ФР длительное время разрабатывается в Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ). В рамках работы исследуется непрерывное фазовое регулирование (НФР) как средство обеспечения динамической устойчивости электрических систем.
В полной мере возможности систем регулирования, построенных на основе способа воздействия на фазы режимных параметров, могут быть реализованы при использовании исполнительного органа (ИО), способного выполнять сдвиг непрерывно. Широкое применение непрерывного фазового регулирования (НФР) в ЭЭС сдерживалось отсутствием надежных фазосдвигающих устройств, обладающих требуемыми характеристиками. По этой причине достаточно изученным к настоящему моменту времени остается только дискретное ФР синхронными генераторами и двигателями. В разное время предпринимались попытки исследования непрерывных воздействий на фазу, но работы касались, как правило, управления нормальными режимами. Между тем, развитие средств силовой электроники в последние годы приводит как к совершенствованию уже известных систем фазосдвигающих устройств, например, трансформаторного типа, так и к появлению новых, способных выполнять требуемые функции.
Появление интереса к средствам фазового воздействия продиктовано в настоящее время интенсивным развитием концепции гибких линий электропередач переменного тока, получившей в иностранной литературе
5 название Flexible AC Transmission Systems (FACTS). FACTS поддерживается программой "Создания в Единой Энергосистеме (ЕЭС) России гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока" РАО "ЕЭС России". Собственно фазорегулирующий трансформатор (ФРТ) может быть отнесен к FACTS аппаратам. Кроме того, функции ФРТ способен выполнять универсальный регулятор перетоков мощности (Unified Power Flow Controller, сокращенно UPFC), вставки постоянного тока и другие устройства. Все это сделало целесообразным разработку принципов и законов управления, исследование возможностей и границ применения непрерывного вида ФР для обеспечения динамической устойчивости.
Целью работы являлось исследование эффективности непрерывного фазового регулирования для обеспечения динамической устойчивости ЭЭС с разработкой законов управления, а также определение границ его применения и требований к исполнительному органу.
Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:
разработка идеологии построения и структуры управляющей системы;
синтез законов управления всех уровней предложенной структуры с учетом особенностей реализации фазовых воздействий;
определение границ применения полученной на их основе системы управления;
исследование комплексного использования непрерывного фазового регулирования с другими средствами противоаварийной автоматики, разработка модифицированных управляющих алгоритмов;
выявление требований к техническим характеристикам фазосдвигающих устройств.
Методика проведения исследований.
Работа основана на общей теории функционирования
электроэнергетических систем, теории электромагнитных и
электромеханических переходных процессов, положениях теории автоматического регулирования, методе построения управлений конечным состоянием движущихся объектов. Моделирование режимов работы ЭЭС выполнялось численными методами с использованием математического пакета MatLab, профессионального пакета Mustang.
Научная новизна:
автором разработан способ непрерывного фазового регулирования для обеспечения динамической устойчивости, основанный на модификации методов теории управления конечным состоянием движущихся объектов;
предложена многоуровневая структура управляющей системы,, дающая возможность рационально организовать синтез управляющих алгоритмов в результате решения ряда упрощенных подзадач; в соответствии с этим разработаны универсальные законы верхнего уровня, позволяющие корректно функционировать управляющей системе, как при использовании непрерывных фазовых сдвигов, так и дискретно-непрерывных, в различных режимных ситуациях; созданы законы нижнего уровня, обеспечивающие непосредственный расчет управляющих воздействий с учетом специфики реализации фазовых сдвигов в условиях как полной, так и неполной информации;
рассмотрены условия и разработаны алгоритмы совместной работы непрерывного фазового регулирования и других средств противоаварийного управления дискретной и непрерывной природы; показано также, что применение непрерывного фазового регулирования на основе полученных законов позволяет обеспечивать динамическую устойчивость при работе
7 протяженных линий электропередачи с исходными углами нормального режима от 90 до 180 электрических градусов;
разработаны способы переопределения цели движения генераторов и времени управления на основе свойств созданных законов и специфики фазового регулирования.
Практическая ценность.
На основе разработанных методов и законов регулирования могут быть созданы системы управления, использующие принцип непрерывного воздействия на фазы режимных параметров как отдельно, так и в комплексе с другими средствами, реализующими управляющие воздействия, для существующих, и вновь создаваемых электропередач. Основные положения работы могут быть применены для синтеза систем противоаварийной автоматики.
Положения, выносимые на защиту:
непрерывное фазовое регулирование является эффективным средством обеспечения динамической устойчивости электропередач, входящим в концепцию FACTS, которая поддерживается программой "Создания в Единой Энергосистеме (ЕЭС) России гибких (управляемых) систем электропередачи переменного тока" РАО "ЕЭС России";
цели управления достигаются посредством применения управляющей системы, обладающей многоуровневой структурой; законы управления верхнего уровня, определяющие движение роторов генераторов, могут быть получены путем использования методов теории управления конечным состоянием движущихся объектов, адаптированных к условиям настоящей задачи; получены законы нижнего уровня, выполняющие непосредственный расчет управляющих воздействий;
3. эффективно комплексное использование непрерывного фазового
регулирования совместно с другими средствами реализации управляющих
воздействий (отключением генераторов, регулированием турбины,
электрическим торможением) как дискретной, так и непрерывной природы;
эффективно применение непрерывного фазового регулирования для
обеспечения динамической . устойчивости протяженных линий
электропередачи с исходными углами нормального режима от 90 до 180
электрических градусов;
4. в условиях неполной информации реализован алгоритм переопределения
цели и длительности управления.
Реализация результатов работы.
Результаты работы приняты к использованию в ОАО «Сибирский научно-исследовательский институт энергетики» СибНИИЭ и ЗАО «Институт автоматизации энергетических систем» для разработки систем противоаварийного управления.
Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и
обсуждены на семинарах кафедры автоматизированных
электроэнергетических систем НГТУ; Всероссийской научно-технической конференции «Энергосистема: управление, качество, безопасность» 2001г., УГТУ-УПИ, Екатеринбург; Региональной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука. Техника. Инновации» (НТИ-2002), 2002 г., Новосибирск, НГТУ; Всероссийской научно-технической конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность» 2003 г., ТПУ, Томск; Международной научно-технической конференции «Передача энергии переменным током на дальние и сверхдальние расстояния» 2003г. Новосибирск СибНИИЭ.
9 Публикации. По результатам исследований опубликовано пять научных работ.
Структура и объем работы.
Материалы диссертации структурно представлены введением, четырьмя разделами, заключением, библиографическим списком из 112 наименований и приложениями. Основное содержание изложено на 156 страницах, иллюстрировано 37 рисунками, содержит 6 таблиц.
В первой главе «Противоаварийное управление электроэнергетическими системами» дана общая характеристика задачи предотвращения нарушения устойчивости и способов ее решения. Отмечены функции и место фазового регулирования. Приведена краткая характеристика способов и устройств, способных выполнять функции исполнительного органа фазового регулирования для предотвращения нарушения динамической устойчивости. Рассмотрены известные принципы построения законов и систем управления. Поставлена задача.
Вторая глава «Синтез законов непрерывного фазового управления» посвящена разработке идеологии построения управляющей системы и синтезу законов управления. Предложена многоуровневая (в частности двухуровневая) структура системы управления. Рассмотрены условия дискретно-непрерывного и чисто непрерывного фазового регулирования для обеспечения динамической устойчивости. Получены законы управления первого уровня как для одного, так и другого случая на основе модифицированных методов управления конечным состоянием движущихся объектов. Разработаны законы нижнего уровня. Изучены условия и предложены их модификации для корректного функционирования системы при неполной, информации, включая создание алгоритма целеопределения. Показаны возможности непрерывного фазового регулирования в условиях торможения роторов генераторов за время аварии.
10 Созданы законы для эффективного его применения при обеспечении динамической устойчивости протяженных линий электропередачи с исходными углами нормального режима от 90 до 180 электрических градусов.
Третья глава «Применение непрерывного фазового управления в комплексе с другими средствами обеспечения динамической устойчивости и в условиях сложной системы» посвящена изучению возможностей и созданию алгоритмов совместного использования непрерывного фазового регулирования с такими средствами предотвращения нарушения устойчивости, как отключение части генераторов станции, регулирование мощности первичного двигателя, электрическое торможение. некоторыми другими средствами обеспечения динамической устойчивости и в условиях сложной системы. Предложен и проиллюстрирован способ координации работы непрерывного фазового регулирования совместно с другими средствами плавного воздействия и на примере непрерывного электрического торможения.
В четвертой главе «Выбор параметров фазосдвигающего устройства и предложения по его использованию» рассмотрены вопросы количества и мест установки фазорегуляторов. Изучены особенности реализации непрерывного сдвига фаз путем мелкодискретного воздействия. Выполнены оценки параметров фазосдвигающего устройства. Иллюстрируется фазовое регулирование для обеспечения динамической устойчивости в многоузловой схеме ОЭС Востока.
В заключении сформулированы основные результаты и выводы по диссертационной работе.
1. ПРОТИВОАВАРИЙНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ
Функции фазового управления и способы реализации
Эффект повышения динамической устойчивости за счет увеличения предела передаваемой мощности и смещения угловой характеристики был обнаружен еще в 40 годах прошлого столетия. Он достигался посредством отключения на передающем конце линии мощного шунтирующего реактора. Способ явился прообразом управляемых шунтирующих компенсаторов, используемых в настоящее время, которые носят название статических реактивных компенсаторов Static Var Compensator (SVC) в зарубежной литературе. Другим устройством, способным в ограниченных пределах оказывать влияние на фазу напряжения, применяемым, например, для демпфирования колебаний, является последовательный компенсатор Controlled Series Compensator (CSC). Встречаются SVC и CSC в различном исполнении, в том числе с тиристорным управлением. Однако их эффективность как средств воздействия на фазу весьма незначительна.
Необходимость решения экономически выгодного потокораспределения, повышения пропускной способности электропередачи и некоторых других вопросов привела к возобновлению в 60-х годах интереса к методам и средствам фазового регулирования в работах В.Г. Холмского, Н.А.Мельникова, Х.Ф.Фазылова [22-26] и других ученых нашей страны, а также за рубежом [27, 28]. В то время были впервые предложены устройства, выполняющие продольно-поперечное регулирование на основе вольтодобавочных трансформаторов и путем переключения ответвлений силового трансформатора.
Дальнейшее развитие фазорегуляторы получили с изучением самокомпенсирующихся, линий электропередачи за счет взаимного влияния фаз друг на друга и, таким образом, повышения пропускной способности. Этими и рядом других вопросов, включая плавку льда проводов ЛЭП, до 90-х годов занимались ученые Молдовы: В.М.Постолатии, Л.П.Калинин, В.А.Бош-няга, Ю.Н.Астахов, Г.В.Чалый, А.В.Войтовский и другие. Был создан ряд вариантов исполнительных органов трансформаторного типа, способных сдвигать фазу и одновременно трансформировать модуль напряжения. Исследованы типы устройств, имеющие различные схемы соединений на высокой и низкой сторонах, позволяющие вводить сдвиг малой и большой дискретности, рассчитанные на разную мощность, обладающие ограниченным или круговым диапазоном регулирования (до 360 градусов включительно) [29-39, 40-45,46-48,49]. Известны автотрансформаторные схемы устройств.
Исследование фазового управления для целей сохранения динамической устойчивости было начато в 60-ые годы. Практически одновременно в Московском энергетическом институте (МЭИ) и Новосибирском электротехническом институте (НЭТИ) были проведены первые в истории эксперименты по исследованию дискретного фазового воздействия в простейшей системе. Фазовый сдвиг выполнялся на 120 электрических градусов циклическим переключением фаз трехфазной сети. Основным достоинством такого подхода можно считать исключительную дешевизну его реализации по сравнению с применением любых других известных фазоповоротных устройств, так как для работы требовался только один дополнительный выключатель на каждые 120 градусов. Способ позволял увеличить уровень динамической устойчивости посредством увеличения энергии торможения роторов синхронных машин [50].
До настоящего времени в НЭТИ, позднее переименованном в Новосибирский государственный технический университет, продолжались работы по изучению фазовых воздействий в установившихся и переходных режимах под руководством Владимира Матвеевича Чебана на кафедре автоматизированных электроэнергетических систем [51,52-58,59-63 и другие].
Рассматривались вопросы фазового регулирования одномашинных и многомашинных систем, изучались случаи кольцевых схем и двухцепных электропередач. Предлагались методы выбора величины сдвига и определения места установки исполнительных органов, была исследована совместная работа фазорегуляторов с другими видами противоаварийной автоматики. Кроме того, было изучено управление фазой не только для цели сохранения динамической устойчивости, но и для поддержания или демпфирования колебаний обменной мощности. Анализировалось влияние на обобщенные параметры сети, статику в зоне искусственной устойчивости и многое другое [62,63,94-70 и другие].
На кафедре были созданы опытные образцы и доказана эффективность исполнительных устройств на- базе управляемых реакторов [67,71,72,73]. Сдвоенные управляемые реакторы в конструктивном отношении схожи с двухобмоточными трансформаторами, обмотки которых соединены последовательно. Благодаря этому коэффициент взаимоиндукции между обмотками приближается к единице, потери напряжения очень низки, что определяет достоинство схемы. Кроме того, немаловажны возможность непрерывного смещения фаз, достаточно высокое быстродействие при относительно малой мощности цепи управления, возможность кратковременной перегрузки, отсутствие движущихся частей и выгодные экономические показатели по сравнению с другими средствами. Основным недостатком разработанных фазосдвигающих устройств на базе реакторов остается небольшой диапазон смещения фазы до 120 градусов, который, однако, может быть расширен посредством их комбинирования, например, с дискретным фазосдвигающим устройством.
Случай работы системы в условиях локальной информации
Можно отметить ряд свойств итогового выражения: закон является программным и конечного управления одновременно, программная составляющая обеспечивает перевод генератора за время Т из начального состояния в желаемое конечное без потери динамической устойчивости; в отличие от чисто программных законов имеет обратные связи по управляемым координатам, благодаря чему устраняются ошибки и влияние внешних возмущающих факторов; закон позволяет за один период управления выполнить компенсацию избыточной кинетической энергии и обратный переход, причем процесс носит апериодический характер; дает возможность без дополнительных переходных процессов перейти в режим стабилизации угла в послеаварийном режиме. Немаловажно и то обстоятельство, что закон (2.36) совпадает по форме с (2.31). Это означает, что, обладая той же структурой и алгоритмом работы, НФР можно придавать различные свойства, зависящие от конкретной настройки коэффициентов, что не потребует коренного изменения системы управления в целом. До сих пор обсуждение касалось только алгоритмов верхнего уровня, закладываемых в блок SI. Однако работа системы в целом невозможна без соответствующего функционирования блоков нижнего уровня, разработке алгоритмов которого посвящен следующий раздел. Как указывалось ранее, назначение блоков второго уровня, и в первую очередь S2, состоит в таком управлении синхронной мощностью, которое обеспечит требуемое значение небаланса мощностей на валу ротора, пропорциональное ускорению, заданному вышестоящим блоком в качестве входного параметра. Результатом работы алгоритма блока S2 является непосредственно величина фазового сдвига. Пусть доступна вся необходимая, причем достоверная информация. С учетом принятых допущений величина сдвига фазы в может быть найдена так: в— фазовое воздействие. Результат моделирования для принятого примера показан на рисунке 2.8.а. Время управления в опыте составляло Т=1с. Алгоритм блока верхнего уровня S1 здесь и далее без дополнительных оговорок будет основан на управляющей функции (2.36). Особенность в конечной точке устраняться отключением фазорегулятора в момент, когда фиксируется / = Т.
Учет асинхронной мощности генератора связан с определенными трудностями ее измерения, по этой причине целесообразно исключить ее из расчета величины фазового сдвига. Как показало моделирование, на сохранение динамической устойчивости и точность достижения конечной желаемой точки фазового пространства это не влияет (рис. 2.8.6). Видимое различие кривых результирующего угла объясняется следующим. Величина асинхронной мощности, как известно, зависит от скольжения. Последнее достигает своего максимального значения в начале процесса управления, после чего снижается в течение нескольких секунд. В этот момент она как бы "работает" согласно с системой управления и тормозит ротор. При этом сдвиг в блоке S2 выбирается уже с учетом дополнительного слагающего и добавляет лишь небольшую необходимую часть в общей сумме мощностей. Это хорошо заметно на графике в течение первых секунд на интервале от 1.2 до 2.2с.
В случае не учета асинхронной мощности блок S2 уже не имеет информации о ее влиянии и первоначально преувеличивает требуемую величину мощности синхронной. По этой причине достигнутый экстремальный угол электропередачи во втором опыте оказался меньше, чем в первом. Однако задача коррекции преувеличения впоследствии решается блоком SJ, и спустя время он компенсирует отклонение ротора генератора от желаемой траектории.
Горизонтальная часть кривой результирующего угла говорит о достижении ограничения (насыщения) по управляемой силе, точнее синхронной мощности. Следует отметить, что насыщение достигается не только для случая неучета асинхронной мощности. На рисунке 2.9.6 показана работа НФР в условиях, если бы асинхронный момент в модели генератора отсутствовал вовсе. С целью сохранения масштаба графика время аварии уменьшено до 0.15 против 0.2 секунды условий примера. Для сравнения, рядом на рисунке 2.9.а показан результат движения ротора с наличием и учетом асинхронной мощности генератора, исходной величиной времени аварии, но с меньшим (на две секунды) временем управления. Видно, что насыщение достигается в разных ситуациях и не является следствием неучета асинхронной мощности в законе блока S2. Максимально возможная электромагнитная мощность генератора в условиях фазового регулирования определяет максимально возможное быстродействие системы.
Применение непрерывного фазового управления совместно с регулированием турбин
Применение НФР совместно с РТ необходимо в случае, если мощность турбины оказывается выше амплитуды характеристики синхронной мощности генератора послеаварийного режима. Как отмечалось ранее, в таком режиме НФР оказывается неэффективно для достижения поставленных целей. В тоже время динамика разгрузки турбин зачастую недостаточно высока для решения задачи обеспечения динамической устойчивости, что требует совместного применения названных средств.
Закон блока верхнего уровня S1 в не подвергается никакой модификации. Единственное необходимое изменение касается второго уровня, где место блока S3, синтезированного для процедуры отключения генераторов, должен занять блок S4, отвечающий за РТ.
Для иллюстрации совместной работы НФР и РТ выполнен следующий опыт: максимум послеаварийной характеристики синхронной мощности станции принимался на 10% меньше мощности турбин. Предложенная ситуация вынуждала прибегать к разгрузке первичного двигателя до уровня, обеспечивающего 8% послеаварийный запас статической устойчивости. Скорость разгрузки составляла 30% текущей мощности в 6 секунд согласно результатам натурных экспериментов на Зейской ГЭС [15]. Однако без применения НФР этого оказывалось недостаточно. Динамическую устойчивость позволило сохранить только комплексное применение, в случае, когда одновременно с РТ начинал работу фазорегулятор. Время управления 6с.
Результат моделирования показан на рис. 3.7.а,б. В момент 1с моделировалась авария. Через 0.2с поврежденный участок был отключен. Максимум синхронной мощности, составлявший до аварии 1 о.е., принял значение 0.9 о.е. При этом оказалась, что работа фазорегулятора в это время полезна еще до наступления разгрузки в полном объеме. Он (фазорегулятор) играет роль преобразователя частоты, соединяя две части системы. На рисунке видно, что результирующий угол электропередачи не рос, в то время как угол физический продолжал увеличиваться и через одну секунду после начала управления дошел до 360 эл.градусов. Кроме того, результирующий угол поддерживался на уровне, при котором ускоряющий небаланс моментов на валу минимален. Это хоть и не предотвращает набор избыточной кинетической энергии ротором, но не дает ей излишне возрасти.
Следует отметить, что после ликвидации аварии, еще до необходимого снижения мощности турбины, ротор генератора уже испытывал торможение. Происходило это вследствие влияния асинхронной мощности, которая в сумме с синхронной оказывалась больше, хоть и незначительно, мощности первичного двигателя. Однако синхронная работа генератора с системой при этом восстановлена быть не могла, так как при снижении скольжения асинхронная мощность падает.
Тем не менее, через две секунды после начала управления уровень разгрузки турбин достиг значения, при котором НФР стало способно полноценно вступить в работу, и динамическая устойчивость была обеспечена.
Результаты моделирования, для случая превышения мощности турбины над синхронной мощностью эквивалентного генератора на 30% (Рт = 0.7 о.е.), приведены на рис. 3.7.в,г. Для достижения положительного результата было увеличено время регулирования до 9с, вследствие большего времени разгрузки турбины. Качественная сторона происходящих процессов не изменилась, однако физический угол ротора генератора совершил 6 полных оборотов за период управления.
Примечательно, что в последнем случае задачей НФР стало достижение послеаварийного значения угла, который был больше текущего и, как бы "по ходу" движения. В прошлом же опыте необходимо было вернуть угол электропередачи, выполнив движение в обратную сторону в конце интервала управления. При этом в обоих случаях алгоритм изменений не претерпел и работал корректно.
Проведена серия опытов, в которых выяснялась зависимость минимально необходимого времени управления от величины максимума послеаварийной синхронной мощности для принятых условий и разгрузки первичного двигателя. Глубина разгрузки принималась до половины номинальной мощности станции. Во всех случаях послеаварийный запас статической устойчивости составлял 8%. Результаты сведены в таблицу 3.3.
При максимуме синхронной мощности генератора равной половине мощности станции (Pj = 0.5), устойчивая работа с системой может быть обеспечена только если постоянная времени фазосдвигающего устройства не превысит 0.06с. При этом время управления должно составлять величину уже 17с. Этот параметр, а также требуемый сдвиг фаз, длительность работы и другие показатели лежат в диапазоне, который не может рассматриваться как допустимый, что вынуждает сделать вывод о том, что комплексное применение НФР и РТ не снижает требований к фазосдвигающим устройствам.
Предложение по использованию фазового управления
Еще одним средством реализации управляющих воздействий в комплексе с фазовым регулированием способно выступить электрическое торможение. Вопросы совместного использования ЭТ и дискретного вида фазовых воздействий подробно изучены [51,59 и другие]. В настоящем разделе рассматривается применение ЭТ совместно с непрерывным ФР.
Структура управляющей системы при этом имеет прежний вид за исключением блока S3, что должен быть заменен блоком S5, отвечающим за реализацию управляющих воздействий устройством электрического торможения. Последнее моделировалось в исследованиях параллельным включением дополнительных резисторов на шинах генераторов.
Проектирование устройств ЭТ включает в себя решения ряда задач, наиболее принципиальные среди которых выбор величины тормозных сопротивлений, а также момента и длительности их использования.
В одном из возможных вариантов построения алгоритма работы координатора, ЭТ должно вступать в работу в момент, когда требуемое блоком SJ ускорение, превысит таковое, что может быть реализовано (а точнее реализуется) посредством фазовых воздействий. Однако, как отмечалось ранее такая ситуация может складываться первое время даже в условиях, когда цель управления достижима только посредством НФР. Необходимость применения ЭТ возникнет, например, в случае ограниченной по тем или иным причинам длительности управления.
В таблице 3.4. приведено необходимое время включения тормозных резисторов в зависимости от принятой длительности интервала управления, их мощности и постоянной времени исполнительного органа НФР. Включение ЭТ производилось в момент начала управления. Моделировался принятый пример. Заниженное сверх предела время управления не позволяет САУ на основе только непрерывных фазовых сдвигов выполнять задачи. Электрическое торможение, воздействуя на амплитуду характеристики синхронной мощности генератора, увеличивает максимальный отрицательный небаланс мощностей, и дает возможность выполнить торможение генератора более интенсивно.
На рис. 3.8. приведены осциллограммы изменения физического и результирующего углов электропередачи во времени, а так же качественная зависимость амплитуды синхронной мощности. Резкое увеличение последней от нуля происходит в момент отключения поврежденного участка с одновременным включением ЭТ. Ступенька вниз при /=1.7с свидетельствует об отключении устройства торможения, после чего управление выполняется только посредством фазовых воздействий.
Полученные в ходе исследований данные также свидетельствуют о том, что более важную роль в комплексном применении играет мощность электрического торможения, чем его длительность. Действительно, в начальный момент, для реализации управляющих воздействий, от фазосдвигающего устройства требуется наискорейшая реакция и наибольшая скорость работы. Между тем; именно в это время, благодаря большой постоянной времени, возникает опасность превышения результирующим углом электропередачи критического значения, что способно привести к нарушению динамической устойчивости. Включение тормозных резисторов помимо всего прочего позволяет увеличить критический угол до некоторого значения, по достижении которого избыточная кинетическая энергия должна быть скомпенсирована, а скорость изменения угла ротора снижена до уровня, при котором фазорегулятор становится способен самостоятельно выполнять задачи. Все это делает возможным и привлекательным совместное использование НФР и ЭТ.
В проведенных исследованиях принцип, что должен был быть заложен в устройство, координирующее совместное использование фазового регулирования с другими средствами противоаварийного управления, был достаточно несложен. Происходило это вследствие ограниченных возможностей исполнительных органов дискретного типа. Между тем представляется актуальным изучение и разработка модификации законов применения непрерывных средств в комплексе с НФР.
Исследования выполнялись на примере непрерывного электрического торможения. В координатор должен быть заложен новый закон, призванный распределять задания вышестоящего блока, определяющий, по сути, саму возможность совместного применения НФР и НЭТ. Оказалось, что наиболее простым и рациональным способно выступить решение, в соответствии с которым вычисление интенсивности воздействия, что должно быть реализовано каждым устройством, выполняется пропорционально требуемому ускорению объекта управления по формулам: где н/, щ - вычисляемые воздействия НФР и ЭТ, ki, к2 — коэффициенты пропорциональности. Изучение поведения САУ по описанному принципу проводилось на принятом примере. На рис. 3.9. показана эволюция углов, и качественный график изменения величины собственной мощности. Установка аппарата НЭТ (параллельного типа, безынерционного) выполнялась на шинах станции, причем максимальная тормозная мощность составляла 30% от номинальной мощности. Время управления принималось 2с. Из рисунка видно, что первое время обе установки работали в предельном режиме, обеспечивая наиболее интенсивное торможение. В момент 1.7с, они снизили воздействие, и в назначенный срок цель управления успешно была достигнута. При этом максимальный угол выбега ротора не превысил 160 эл.градусов, а величина максимального сдвига фаз 80 эл.градусов.
