Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор направлений развития автономной энергетики 13
1.1. Дизельные, газотурбинные и газопоршневые электростанции 13
1.1.1. Зоны децентрализованного энергоснабжения 13
1.1.2. Дизельные электростанции 14
1.1.3. Дизельные электротепловые станции 19
1.1.4. Газодизельные и газопоршневые электростанции 19
1.1.5. Газотурбинные установки 25
1.2. Проблемы эксплуатации многоагрегатных дизель-генераторных электростанций 33
1.3. Задачи диссертации 35
1.4. Проблемы создания математических моделей 36
Глава 2. Математическое моделирование элементов автономной энергосистемы 42
2.1. Синхронный генератор 42
2.2. Учет насыщения 46
2.2.1. Методика учета насыщения стали на путях основного магнитного потока явнополюсных СМ 47
2.2.2. Учет насыщения на путях потоков рассеяния контуров 54
2.3. Моделирование систем возбуждения 55
2.4. Математическое регулирование регулятора частоты вращения 63
2.5. Методика расчета демпферных и синхронизирующих моментов генератора 66
2.5.1. Колебательный режим синхронной машины 67
2.5.2. Полные сопротивления синхронной машины в колебательном режиме 72
2.5.3. Изменение токов статора во времени в режиме установившихся колебаний 77
2.5.4. Изменения электромагнитного момента во время колебаний 80
Глава 3. Исследование переходных процессов при работе генератора параллельно с системой большой мощности 86
3.1. Результаты расчета составляющих синхронизирующего и демпферного моментов ...87
3.1.1. Определение величин активных сопротивлений демпферной системы, соответствующих максимальным демпферным моментам на заданной частоте 90
3.1.2. Зависимость показателей демпфирования вынужденных колебаний ротора генератора от параметров сети 92
3.2. Влияние системы регулирования возбуждения на характеристики вынужденных колебаний 94
3.2.1. Влияние ДБС возбуждения на характеристики вынужденных колебаний 94
3.2.2. Влияние СФК на характеристики вынужденных колебаний 97
3.3. Исследования влияния насыщения на установившиеся режимы работы синхронного генератора 101
Глава 4. Переходные процессы многоагрегатных систем электроснабжения 107
4.1. Вынужденные колебания многоагрегатной системы с регулятором частоты вращения дизеля фирмы «Вудвард» 109
4.2. Вынужденные колебания многоагрегатной системы с изодромным регулятором частоты вращения 131
4.3. Обобщение результатов 139
Заключение 144
Библиографический список литературы
- Дизельные, газотурбинные и газопоршневые электростанции
- Методика учета насыщения стали на путях основного магнитного потока явнополюсных СМ
- Результаты расчета составляющих синхронизирующего и демпферного моментов
- Вынужденные колебания многоагрегатной системы с регулятором частоты вращения дизеля фирмы «Вудвард»
Введение к работе
В настоящее время повышенное внимание уделяется развитию систем автономного электроснабжения, которые не только дополняют стационарные электрические станции, но и во многих случаях обеспечивает решение важных технических проблем электроснабжения в труднодоступных районах. Автономная энергетика позволяет потребителю не зависеть от централизованного энергоснабжения и его состояния, использовать оптимальные для данных условий источники производства энергии. Закономерно, что такие технологии находят себе место и в промышленно развитых, и в развивающихся районах с различным климатом.
В электроэнергетике к малым электростанциям принято относить электростанции мощностью до 30 МВт с агрегатами единичной мощностью до 10 МВт. Обычно такие электростанции разделяют на три подкласса:
микроэлектростанции мощностью до 100 кВт;
миниэлектростанции мощностью от 100 кВт до 1 МВт;
малые электростанции мощностью более 1 МВт.
Малая электроэнергетика России сегодня - это примерно 49000 электростанций (98,6% от их общего числа) общей мощностью 17 млн кВт (8% от всей установленной мощности электростанций России), работающих как в энергосистемах, так и автономно [68]. Общая годовая выработка электроэнергии на этих электростанциях достигает 5% от выработки всех электростанций страны. Средняя мощность малых электростанций составляет примерно 340 кВт.
Современный этап развития экономики России характеризуется возрастанием роли энергетики в надежном и безопасном функционировании промышленных предприятий и экономики в целом.
Наиболее характерными особенностями современного этапа развития экономики России являются:
Увеличение доли перерабатывающих предприятий в общем объеме производимой в России продукции, внедрением на данных предприятиях новых энергоемких технологических процессов.
Существенное возрастание доли стоимости электроэнергии в общей себестоимости продукции промышленных предприятий, которое приводит к необходимости поиска потребителями новых вариантов электро- и теплоснабжения своих предприятий.
Сверхнормативный износ основного оборудования большинства электростанций и электрических сетей, входящих в единую энергосистему и отсутствие у владельцев необходимых средств на ремонт или замену этого оборудования.
Большой дефицит электроэнергии во многих промышленных районах России и длительные перерывы электроснабжения потребителей различных объектов промышленности и сельского хозяйства.
Отсутствие у большинства предприятий, работающих с технологическими процессами повышенной опасности, резервных (аварийных) источников электроэнергии, позволяющих при прекращении электроснабжения от внешней энергосистемы безаварийно остановить технологический процесс или остановить технологический процесс с минимальным ущербом для предприятия.
Сверхнормативный износ основного оборудования большинства электростанций и электрических сетей и большой дефицит электроэнергии во многих промышленных районах России приводит к существенному увеличению количества и длительности перерывов электроснабжения от централизованных энергетических систем.
Вследствие длительных перерывов электроснабжения многие государственные и частные промышленные предприятия и финансовые учреждения (банки, биржи и т.п.) несут большие экономические убытки. Это заставляет таких потребителей все чаще решать проблему резервного или
аварийного тепло- и электроснабжения самостоятельно вне зависимости от состояния внешних энергоисточников.
Наиболее ярким примером длительного перерыва электроснабжения, приведшего к большим экономическим убыткам, является системная авария в мае 2005 года в энергосистеме ОАО «Мосэнерго». В результате данной аварии более 50% потребителей трех областей (Московская, Тульская и Тверская) остались без электроснабжения на срок от 2-х часов до 3-х дней, а убытки потребителей превысили миллиард рублей [68].
Однако прекращение электроснабжения может привести не только к финансовым потерям, но и человеческим жертвам (например, при проведении операций в больницах, при авариях на нефтяных и газовых предприятиях и предприятиях химической промышленности и т.п.) [39].
Вместе с тем во многих регионах России (до 40% территории страны) отсутствует централизованное электроснабжение от единой энергосистемы. В таких регионах получили широкое развитие системы автономного электроснабжения (САЭ) на базе дизельных, газопоршневых и газотурбинных электростанций, способные, при отсутствии связи с внешней энергосистемой, длительно обеспечивать электроснабжение и теплоснабжение объектов различного назначения.
К таким объектам относятся поселки нефтяников и газовиков, строителей, моряков и пограничников, буровые по добыче нефти и газа, промышленные объекты перекачки и переработки нефти и газа, стартовые комплексы космической отрасли, а также многие другие объекты в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.
Однако современный этап развития автономной энергетики требует перехода к созданию быстровозводимых блочно-модульных электростанций на базе модулей контейнерного исполнения и стационарных зданий в легко возводимых строительных конструкциях общей мощностью от 3 до 50 МВт в формате «под ключ».
При разработке электростанции любого исполнения специалисты должны ориентироваться на создание электростанций «единого технологического комплекса» включающего:
1 Источники электроэнергии и их вспомогательное оборудование.
Ограждающие конструкции (либо в контейнерном исполнении, либо в легко возводимых сборных конструкциях).
Устройства преобразования и распределения электроэнергии (высоковольтные закрытые распределительные устройства, комплектные контейнерные трансформаторные подстанции, низковольтные распределительные устройства и т.п.).
Автоматизированную систему управления технологическим процессом (АСУ ТП) выработки электрической и тепловой энергии.
Вспомогательное оборудование и помещения электростанции (мастерская по ремонту оборудования электростанции, помещения для хранения запасных частей, бытовые помещения, помещения начальника электростанции и т.п.).
В настоящее время усиливается направление создания стационарных и блочно-модульных электростанций контейнерного исполнения с комбинированной выработкой электрической и тепловой энергии (коогенерационные электростанции или МИНИ-ТЭЦ). Поэтому в состав электростанций вводятся источники тепловой энергии (газо-водяные и водо-водяные утилизаторы) и системы утилизации тепла на их основе, позволяющие довести коэффициент полезного действия автономных энергоисточников до 75-85%.
Среди наиболее существенных причин, побуждающих потребителей принять решение о строительстве собственных автономных источников энергии (АИЭ), можно выделить следующие:
Себестоимость электроэнергии от собственных АИЭ (особенно работающих на природном или попутном нефтяном газе) значительно ниже стоимости покупаемой у энергосистемы электроэнергии.
Стоимость строительства таких электростанций для многих предприятий соизмерима со стоимостью ущерба от перерыва в электроснабжении длительностью более 2 часов, а для некоторых (например, космическая отрасль) - со стоимостью ущерба от перерыва в электроснабжении длительностью 15-30 минут.
Надежность электроснабжения от АИЭ значительно выше, чем от энергосистемы, особенно если для АИЭ предусмотрен режим параллельной работы с внешней энергосистемой.
Наличие АИЭ позволяют предприятиям обеспечить энергетический суверенитет, а как следствие - экономическую независимость от рынка электроэнергии.
Большую роль играет малая энергетика в обеспечении надежности электроснабжения и энергетической безопасности (ЭБ) потребителей электроэнергии, которая является важной компонентой национальной безопасности страны и трактуется как состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от обусловленных внутренними и внешними факторами угроз дефицита всех видов энергии и энергетических ресурсов. По ситуативному признаку при анализе ЭБ выделяют три основных варианта, соответствующих нормальным условиям функционирования, критическим ситуациям и чрезвычайным ситуациям. ЭБ в условиях нормального функционирования связывается с необходимостью обеспечения в полном объеме обоснованных потребностей в энергетических ресурсах. В экстремальных условиях (то есть в критических и чрезвычайных ситуациях) ЭБ требует гарантированного обеспечения минимально необходимого объема потребностей в энергии и энергоресурсах. Непосредственно на ЭБ нашей страны сказываются острый дефицит инвестиционных ресурсов,
9 недофинансирование капиталовложений в топливно-энергетический комплекс и многие другие угрозы экономического характера. В связи со значительной выработкой технического ресурса энергооборудованием всё большее влияние на ЭБ оказывают аварии, взрывы, пожары техногенного происхождения, а также стихийные бедствия. События последних лет показали существенную неустойчивость в обеспечении электроэнергией и теплом потребителей различных категорий от централизованных энергетических систем. Одна из причин этого - состояние «отложенного кризиса» в энергетике страны, обусловленное быстрым старением основного оборудования, отсутствием необходимых инвестиций для обновления и строительства новых энергетических объектов и их ремонта, сложности со снабжением топливом.
Другими причинами нарушения энергоснабжения являются природные (прежде всего климатические) катаклизмы, приводящие в ряде случаев к тяжелым последствиям для значительных территорий и населенных пунктов. Весьма уязвимыми являются централизованные системы энергоснабжения и с военной точки зрения. Например, с помощью сравнительно недорогих боевых блоков, разбрасывающих проводящие нити или графитовую пыль, НАТО удалось всего за двое суток вывести из строя до 70% электроэнергетических систем Югославии [68]. Кроме того, стратеги ядерных держав в качестве одного из вариантов начала войны рассматривают «ослепляющий удар»: взрыв над территорией противника на большой высоте ядерного боеприпаса, в том числе и специального, с усиленным выходом электромагнитных излучений. Электромагнитный импульс (ЭМИ) высотного взрыва охватывает огромные территории (с радиусом в несколько тысяч километров) и может выводить из строя не только системы управления, связи, но и системы электроснабжения, прежде всего за счет наведения перенапряжений на воздушных и кабельных ЛЭП. Характерно, что одним из стандартов МЭК рекомендуется проверка устойчивости энергетических систем к воздействию ЭМИ высотного ядерного взрыва. Насколько известно, в России работа в этом направлении практически
10 не ведется. Уязвимыми являются централизованные системы энергообеспечения и для террористических актов. Опасность прекращения энергоснабжения вследствие указанных выше причин весьма значительна. Устранить ее средствами централизованного энергоснабжения по тем же причинам затруднительно. Однако задача повышения ЭБ ответственных объектов может быть решена средствами малой энергетики. Государство должно поощрять повышение энергетической безопасности объектов за счет строительства собственных электростанций малой мощности, например, снижением налогов или их отменой на определенное время с момента ввода электростанции в строй (опыт такого поощрения есть за рубежом).
Таким образом, несмотря на относительно скромную долю малой энергетики в общем энергобалансе страны по сравнению с большой энергетикой, которой уделяется основное внимание нашей науки и промышленности, значимость малой энергетики в жизни страны трудно переоценить.
В первой главе рассказывается о перспективах развития дизельных, газотурбинных и газопоршневых электростанциях, приводится ряд научно-технических и методологических проблем систем энергоснабжения на основе многоагрегатных дизель-генераторных электростанций. Рассматриваются вопросы управления и регулирования процессов в них.
Вторая глава посвящена вопросам комплексного математического моделирования элементов автономной энергосистемы для определения составляющих электромагнитного момента, учета насыщения и для обеспечения качества потребления электроэнергии системы автономного электроснабжения.
Математическая модель для анализа электромеханических переходных процессов разработана на основе уравнений синхронного генератора Парка-Горева. Выполнена разработка комплексной математической модели, включающей математическую модель нагрузки.
Реализованы математические модели автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и регуляторов частоты вращения. В основу математического описания АРВ и регуляторов частоты вращения положен набор передаточных функций его отдельных элементов.
В третьей главе приведены результаты расчетов демпферного и синхронизирующего моментов, колебаний мощности и напряжения при регулировании возбуждения и учете влияния насыщения на установившиеся и переходные процессы синхронного генератора при конечных возмущениях.
В четвертой главе рассмотрены способы снижения колебаний электромагнитной мощности при сохранении приемлемого качества напряжения в условиях автономной электрической станции с разнотипными генераторами с дизельным приводом. Предлагается использование дополнительных сигналов в законе регулирования возбуждения генераторов и применение дополнительных устройств стабилизации напряжения.
В результате выполнения работы были получены следующие результаты:
- Разработана математическая модель генератора с учетом насыщения для
анализа колебательных процессов системы автономного электроснабжения и
оценки показателей качества электрической энергии.
-Выполнено математическое описание элементов автономной энергосистемы.
-Разработана математическая модель системы возбуждения бесщеточного типа и системы фазового компаундирования для анализа эффективности регулирования системы возбуждения с точки зрения подавления колебательных процессов.
- Разработаны математические модели регуляторов частоты вращения
дизель-генератора для прогнозирования нестабильности частоты вращения и
влияния на неё до момента критических значений.
-На основе аналитической методики оценки демпферного момента синхронной машины выполнены оценки влияния параметров демпферной
12 системы генератора с дизельным приводом на демпферный момент в заданных условиях.
Рассмотрены условия демпфирования колебаний, вызванных неравномерностью вращающего момента первичного двигателя (дизеля) в условиях ЭЭС различной структуры.
Выполнена оценка эффективности использования каналов регулирования возбуждения по производной тока статора и по производной частоты как в условиях параллельной работы с ЭЭС, так и при работе многоагрегатных систем электроснабжения.
На основе применения разработанных моделей и выполненных условий показано, что:
Параметры демпферной системы генератора должны отрегулироваться на этапе конструирования.
Наибольшую эффективность в подавлении колебаний электромагнитной мощности генератора обеспечивает регулирование возбуждения.
Дизельные, газотурбинные и газопоршневые электростанции
На рис. 1.1 представлена классификация различных по характеристикам энергетических установок (ЭУ) малой энергетики, которые в настоящее время широко распространены на энергетическом рынке России и мира [58]. Рассмотрим возможности и перспективы использования ЭУ различного вида в указанных выше основных сферах их применения, а также современное состояние малой энергетики, её характерные проблемы и возможности в обеспечении надежности электроснабжения и ЭБ.
В зонах децентрализованного энергоснабжения роль малой энергетики в обеспечении ЭБ является определяющей. Рабочие (постоянно действующие) электростанции малой мощности обеспечивают постоянное электроснабжение объектов, размещенных в регионах, где отсутствуют централизованные системы электроснабжения, или удаленных от этих систем на такое расстояние, что строительство линий электропередачи экономически менее эффективно, чем создание рабочей электростанции. Рабочие электростанции должны обеспечивать потребности объектов в энергии в полном объеме в режиме нормального функционирования и в минимально гарантированном объеме в критических и чрезвычайных ситуациях.
Для таких объектов все аспекты обеспечения ЭБ (наличие на рынке, цена, качество, способ транспортировки, создание запасов топлива; технико-экономические характеристики, ресурс, состояние энергетического оборудования, возможность его замены и модернизации и т.п.) имеют значение не меньшее, чем для объектов большой энергетики. Более того, поскольку зоны децентрализованного энергоснабжения охватывают главным образом северную и северо-восточную часть территории нашей страны с суровым климатом, тяжелыми и дорогими условиями доставки грузов, удаленностью от центров снабжения, а маневрирование ресурсами и мощностью на малых объектах затруднительно, проблемы ЭБ для таких объектов становятся особенно острыми. Рабочие электростанции являются, как правило, стационарными и, прежде всего, должны по возможности удовлетворять требованиям большого срока службы и малой удельной стоимости вырабатываемой электроэнергии. Однако рабочие электростанции малой энергетики по этим показателям, конечно, уступают крупным электростанциям централизованных систем электроснабжения.
Сегодня в малой электроэнергетике преобладающими являются дизельные электростанции (ДЭС). Из 49 тысяч малых электростанций России примерно 47 тысяч являются именно дизельными. Такое широкое применение ДЭС определяется рядом их важных преимуществ перед другими типами электростанций [13, 80, 86]: высокий КПД (до 0,35-0,4) и, следовательно, малый удельный расход топлива (240-260 г/кВт-ч); быстрота пуска (единицы-десятки секунд), полная автоматизация всех технологических процессов, возможность длительной работы без технического обслуживания (до 500 часов и более); малый удельный расход воды (или воздуха) для охлаждения двигателей; компактность, простота вспомогательных систем и технологического процесса, позволяющие обходиться минимальным количеством обслуживающего персонала; малая потребность в строительных объемах (1,5-2 м /кВт), быстрота строительства зданий станции и монтажа оборудования (степень заводской готовности 0,8-0,85); возможность блочно-модульного исполнения электростанций, сводящая к минимуму строительные работы на месте применения.
К недостаткам дизельных электростанций относятся не вполне удовлетворительная устойчивость параллельной работы дизель - генераторов переменного тока, малая перегрузочная способность дизелей (не более 10% в течение 1 ч). Главными недостатками ДЭС являются высокая стоимость топлива и ограниченный по сравнению с электростанциями централизованных систем срок службы (ресурс).
Методика учета насыщения стали на путях основного магнитного потока явнополюсных СМ
При анализе эксплуатационных режимов работы, когда токи в отдельных контурах не превосходят одного - двух номинальных значений, наиболее существенное влияние оказывает насыщение участков магнитной цепи машины результирующим потоком взаимоиндукции. Наиболее простым путем определения этих потоков является решение уравнений напряжений контуров машины, записанных через потокосцепления, которые определяются на основе схем замещения магнитной цепи.
Основным вопросом является обоснование минимального количества элементов схемы замещения и предельно простой ее конфигурации, адекватных поставленной задаче. Возможность разумного упрощения модели наиболее рационально обосновывать сопоставлением с расчетом поля при заданных величинах токов в контурах машины. При решении задач расчета переходных процессов допустима оценка состояния машины на основе интегральных показателей - основных параметров, без анализа точного распределения индукции в зазоре, высших гармоник потерь и т. д.
Ранее было указано на необходимость учета при обосновании конфигурации схемы замещения как конструктивных особенностей машины, так и диапазона исследуемых режимов, предусматривая при рассмотрении аварийных режимов изменение структуры схемы в зависимости от текущих значений переменных.
Применение схем замещения магнитной цепи основано на приемах, близких к методам расчета магнитной цепи, отработанных в конструкторской практике. Их использование связано со следующими допущениями: сохраняется синусоидальность магнитных полей обмоток; сохраняются коэффициенты приведения полей; справедливо предположение о существовании единого магнитного потока взаимоиндукции статорных и роторных контуров и независимых друг от друга потоков рассеяния; магнитная цепь машины может быть замещена совокупностью сосредоточенных магнитных сопротивлений, величины которых определяются с помощью характеристик намагничивания участков; взаимное влияние полей, направленных по различным осям, может быть отражено на основе рассмотрения результирующих индукций (результирующих н. с.) с помощью тех же характеристик намагничивания. Указанная система, допущений позволяет использовать аппарат теории двух реакций, рассматривая традиционный набор индуктивных сопротивлений синхронной машины.
Магнитная цепь машины разбивается на следующие участки: сердечник и зубцовая зона статора, воздушный зазор, полюсный наконечник и сердечник ротора. Для каждого из выделенных участков может быть построена кривая намагничивания, представляющая собой зависимость магнитного потока от намагничивающей силы. Каждому участку соответствует магнитное сопротивление Rmi, которое определяется отношением намагничивающей силы к магнитному потоку F, /Ф,,.
В данной работе рассмотрена конфигурация магнитной цепи явнополюсных машин.
Схема замещения магнитной цепи явнополюсной СМ в продольной оси приведена на рис. 2.1, а. В качестве отдельных элементов рассмотрены магнитные сопротивления сердечника Rja и зубцов R2ld статора, части полюсного наконечника, занятой стержнями демпферной обмотки ( 22«) полюсного наконечника R , верхней трети RXm и остальных двух третей сердечника полюса Rlm.
Схема замещения магнитной цепи явнополюсной СМ в поперечной оси представлена на рис. 2.1,6. Rjq и i?21? представляют собой магнитные сопротивления сердечника и зубцов статора в поперечной оси, определенные с учетом влияния продольного поля.
При расчете насыщения в поперечной оси учитывается, что поток поперечной реакции якоря проходит по стали, магнитное состояние которой определено уровнем насыщения по продольной оси. Кроме того, конструктивной особенностью явнополюсной синхронной машины является воздушный зазор в поперечной оси такой величины, что магнитная индукция в межполюсном пространстве во много раз меньше, чем в воздушном зазоре между полюсом и статором. Эти соображения позволяют воспользоваться одной кривой намагничивания для определения насыщенных значений сопротивлений взаимоиндукции в продольной и поперечной осях. Анализ картин распределения магнитного потока поперечной реакции якоря показывает, что наибольшие индукции при чисто поперечном поле имеют место вблизи краев полюсного башмака. Для определения магнитных сопротивлений зубцов и сердечника статора по разные стороны полюсного наконечника используются приближенная методика, которую иллюстрирует рис.2.2.
Результаты расчета составляющих синхронизирующего и демпферного моментов
Электромагнитный момент синхронного генератора, определенный для малых гармонических колебаний ротора, является основой для расчета режимов работы машины при пульсирующем моменте механических сил на ее валу, а так же служит базой приближенного метода оценки устойчивости режима работы машины.
Расчетная схема сети
Расчеты проводились при наличии и при отсутствии демпферных обмоток, для генератора СБГД-16,5, при работе его на шины бесконечной мощности (рис. 3.1).
Как уже отмечалось в главе 2, приращение момента, связанное с колебательным движением ротора, содержит составляющие, зависящие от отклонения угла - синхронизирующий момент, а так же от производной этого отклонения - демпферный момент.
Выражения для моментов, представленные в главе 2, для удобства можно представить в следующей форме: Md=Mdq+Mdd Для иллюстрации влияния демпферных контуров на демпфирование колебаний приведены зависимости составляющих момента в функции угла S0 (рис. 3.2 и рис. 3.3).
Зависимость составляющих синхронизирующего и демпферного моментов для модели генератора СБГД - 16,5 с демпферными обмотками Из приведенных выше зависимостей видно, что при отсутствии на роторе машины демпферной обмотки значения демпферного момента практически равно нулю при малых углах и сравнительно мало при небольших увеличениях угла. Напротив, наличие демпферной обмотки обусловливает высокие значения Л/ на протяжении всей области изменения углов. В соответствии с
равенствами (3.1), величина демпферного момента зависит от относительной частоты колебаний и соответственно от частоты вращения дизеля. Расчеты проводились при частоте возмущений момента двухтактного дизеля (оборотной частоте ) fe03M = (142,9/3000) 50 = 0,0476 50 = 2,382 Гц. При изменении оборотной частоты в сторону уменьшения, значения демпферного момента уменьшаются и при увеличении оборотной частоты от номинального значения величина демпферного момента увеличивается.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что наличие демпферных контуров оказывает существенное влияние на демпфирование колебаний.
Определение величин активных сопротивлений демпферной системы, соответствующих максимальным демпферным моментам на заданной частоте проводилось с помощью зависимостей проводимостей YJ и Yq от частоты колебаний v = —, где ms=3\4pau/i, а ш изменяется от 0,01 до \000}-вд/с
На рисунке 3.4 представлены эти зависимости. Вещественная ось соответствует индуктивной составляющей проводимости, а мнимая - активной составляющей. На представленных ниже комплексных плоскостях абсцисса точки, соответствующая некоторой частоте колебаний, определяет величину синхронизирующего момента, а ордината - величину демпферного момента.
Частоте ЙТ =— отвечает верхняя точка полуокружности на рисунке 3.4.
Максимум активной проводимости, соответствующей этому значению частоты, обусловливает максимальное демпфирование. Поэтому на стадии проектирования генератора при заданной величине оборотной частоты дизеля параметры демпферных контуров следует подбирать так, чтобы величина т = — по возможности приближалась к оборотной частоте дизеля.
Демпферные свойства системы (характеристические числа, зависящие от параметров демпферных контуров) иллюстрируются в таблице 3.2. Путем варьирования активных сопротивлений демпферных контуров, были найдены максимальные их значения, соответствующие максимальным показателям демпфирования. Таким образом, значение максимального демпферного момента было найдено путем варьирования активных сопротивлений R и R . Для модели генератора СБГД-16,5 максимальный демпферный момент соответствует активным сопротивлениям R] = 0,017, А:7= 0,014.
Вынужденные колебания многоагрегатной системы с регулятором частоты вращения дизеля фирмы «Вудвард»
В рассмотренной схеме (рис.4.1.) был выполнен анализ колебаний мощности и напряжения на зажимах генераторов при заданной амплитуде и частоте колебаний возмущающего момента со стороны дизеля. На первой стадии работы возмущение момента задавалось только у генератора П. В соответствии с заданием изготовителя дизеля амплитуда возмущения Ат для Г1 принималась равной Ат = 0,042, а частота возбуждающего момента генератора Г4 шт = 14.247 (сот = 136,4/3000-50-6,28).
На основе анализа влияния различных сигналов в законе регулирования возбуждения, установлено [6], что использование каналов регулирования по производной тока статора и по производной частоты позволяет снизить амплитуды колебания электромагнитного момента. Применение других сигналов в законе регулирования не позволяет добиться снижения амплитуды колебаний.
На рис. 4.2 представлены колебания электромагнитного момента генератора Г1 в условиях задания стационарного возмущающего момента, поэтому его амплитуда электромагнитного момента самая большая (для наглядности представлены амплитуды колебаний электромагнитного момента Г2 и Г4). При введении в закон регулирования коэффициента по производной тока статора (Kpsl) у Г1, можно увидеть снижение амплитуды электромагнитного момента. У генератора Г1 она снизилась на 3%. Однако, амплитуда напряжения в начале линии лі увеличилось в 3 раза (рис. 4.3).
На рис 4.4, 4.5 можно пронаблюдать аналогичное действие системы возбуждения генератора Г1, но при введении в закон регулирования коэффициента по производной частоты Кісо. В данном случае, можно увидеть снижение амплитуды электромагнитного момента генераторов Г1, Г2, Г4 в 2 раза - практически оптимальный результат. Однако, амплитуда напряжения в начале линии лі увеличилась с На рис. 4.6 представлены зависимости электромагнитного момента генераторов П, Г2, Г4, при задании возмущения на генераторах Г1 и Г4. В соответствии с заданием изготовителя дизеля амплитуда возмущения Ат задана для Г4 Ат = 0,06, то есть 6% номинального момента, а частота возбуждающего момента генератора Г4 сот = 14.946, амплитуда возмущения у Г1 указана выше. Как видно из рисунка 4.6, амплитуда электромагнитного момента генераторов П и Г4 превышает допустимое значение. Кроме колебаний электромагнитных моментов, обусловленных пульсацией вращающих моментов приводных двигателей, имеют место низкочастотные биения с периодом, обусловленным разностью частот вращения агрегатов, то есть оборотных частот. На рис. 4.7, 4.8 показано действие системы регулирования возбуждения на генераторе Г1 -после подключения каналов регулирования по производной тока статора и по і производной частоты, как и предыдущем случае, амплитуды колебаний снижаются. Но добиться требуемых результатов, увеличивая численные значения коэффициентов, не удается, так как амплитуда колебаний напряжения на линии лі увеличивается до недопустимых значений (рис. 4.9, 4.10). 0,12% до 0,95%, что является недопустимым (рис. 4.5).
Следовательно, правильное сочетание коэффициентов регулирования дает оптимальный вариант уменьшения колебаний и электромагнитного момента, и напряжения. В данном случае, наилучшим является вариант применения коэффициентов регулирования по производной частоты и по производной тока статора. Хотя, такая структура регулирования позволяет получить большие области устойчивости во всех режимах работы и повысить качество переходного процесса при постоянной настройке, оптимальные результаты не получены, так как во всех случаях при уменьшении амплитуды колебаний электромагнитного момента резко увеличивается амплитуда колебаний напряжения на линии. При введении в рассматриваемую модель дизель-генераторной станции реакторов становится возможным подавить амплитуду колебания напряжения на линиях. Уточненная элементарная схема рассматриваемой энергосистемы представлена на рис. 4.13.
