Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Современное состояние вопроса по исследованию систем повышения качества электроэнергии автономных дизель-генераторных установок 6
1.1 Виды дизель - генераторных установок и их применение в электроснабжении ...6
1.2 Методика построения структурной схемы синхронного генератора 9
1.3 Приводной двигатель, как регулируемый по частоте вращения объект 11
1.4 Симметрирование напряжений автономных источников питания 19
1.4.1 Виды и способы симметрирования 21
1.4.2 Регуляторы симметрии напряжений 33
1.5 Исследование переходных процессов в дизельных двигателях с автономным газотурбинным наддувом 40
Выводы 43
Глава 2 Математическое описание основных элементов дизель - генераторных установок 45
2.1 Анализ и разработка систем дизель - генераторных установок (ДГУ) с автономным газотурбинным наддувом 45
2.1.1 Математическое описание синхронного генератора 45
2.1.2 Система дифференциальных уравнений дизеля с автономным газотурбинным наддувом 49
2.1.3 Функциональная схема дизеля с автономным газотурбинным наддувом 51
2.2 Разработка и описание симметрирующих устройств 61
2.3 Разработка устройства плавного регулирования индуктивности 74
2.4 Разработка блок-схем для моделирования ДГ 82
2.5 Математическое описание модели дизеля с автономным газотурбинным наддувом в системе MatLab в среде инженерного программирования' Simulink -. 89
Выводы 92
Глава 3 Комплексная математическая модель дизель - генераторной установки (ДГУ) с турбонаддувом 93
3.1 Математическое моделирование и анализ ДГУ с симметрирующим устройством 93
3.2 Исследование и математическое моделирование при подключении в систему дополнительного емкостного сопротивления 101
3.3 Исследование и математическое моделирование дизель - генераторной установки с автономным газотурбинным наддувом, в качестве аварийного источника питания 106
3.4 Исследование переходных процессов дизеля с автономным газотурбинным наддувом ДГУ 111
Выводы 118
Глава 4 Техническая реализация и разработка инженерной методики расчета систем автоматического регулирования напряжений 120
4.1 Разработка физической модели ДГУ с автономным газотурбинным наддувом 121
4.2 Исследование симметрирования напряжений при помощи физической модели 126
Выводы 128
Заключение 131
Список литературы 132
Приложение 144
- Виды дизель - генераторных установок и их применение в электроснабжении
- Математическое описание синхронного генератора
- Математическое моделирование и анализ ДГУ с симметрирующим устройством
- Разработка физической модели ДГУ с автономным газотурбинным наддувом
Введение к работе
Актуальность работы. В электроснабжении различных транспортных средств, объектов военно-промышленного комплекса, а также в качестве аварийных источников питания широко применяются автономные энергоустановки, которые, в так называемых «полевых» условиях, когда нет возможности использовать стационарное электроснабжение от промышленной сети, должны обеспечивать нормальное (штатное) функционирование потребителей и устройств электрооборудования наиболее ответственного применения. К таким потребителям относятся установки радиосвязи, навигации, радиолокации, активной и пассивной радиоразведки, а также устройства защиты информационной составляющей жизнедеятельности объектов. Наличие этих потребителей и соответствующих требований к качеству электроэнергии вызывают необходимость постоянного совершенствования конструкции автономных источников электроэнергии, их функциональных параметров, а также разработки новых математических моделей для проведения исследований автономных источников электроэнергии (АИЭ) в статических и динамических режимах.
В настоящее время в качестве основных автономных источников электроэнергии (АИЭ) остаются дизель -генераторные установки (ДГУ), в которых первичным (приводным) двигателем, в большинстве случаев, является двигатель внутреннего сгорания. При этом предпочтение отдаётся дизельным двигателям (ДД), так как они имеют более высокий коэффициент полезного действия при использовании более дешевого топлива.
Перспективным направлением в области повышения качества вырабатываемой электроэнергии является разработка и исследование новых симметрирующих и регулирующих устройств, которые устанавливаются на генератор с турбированным ДД для улучшения качественных показателей ДГУ. Применяемые до настоящего времени симметрирующие устройства не отвечают современным требованиям по быстродействию, надежности работы и точности регулирования напряжений источника. Таким образом. диссертационная работа, посвященная разработке и исследованию с помощью математических моделей путей повышения качества электроэнергии, вырабатываемой ДГУ, а также использованию их, как аварийного источника питания, является весьма актуальной.
Цель работы: улучшение показателей качества электроэнергии ДГУ на основании результатов математического моделирования электромеханических процессов в системе: синхронный генератор (СГ), ДД, и новые, разработанные автором, симметрирующие и регулирующие устройства.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решены следующие задачи:
-
Разработка простого и надежного устройства плавного регулирования, позволяющего улучшить качественные показатели электроэнергии автономных источников питания.
-
Разработка специальных устройств стабилизации и симметрирования напряжений трехфазных генераторных агрегатов и выработка рекомендаций по их практическому рациональному использованию.
-
Создание адекватной математической модели ДГУ как электротехнического комплекса, включающего в себя СГ, ДД с турбонаддувом и симметрирующее устройство с системой управления и регулирования.
-
Разработка математической модели ДГУ с дополнительным подключением емкостного сопротивления, которая также позволяет исследовать ДГУ в качестве аварийного источника питания.
Объектом исследования является ДГУ с подключенным симметрирующим устройством и дополнительным емкостным сопротивлением.
Предметом исследования являются математические модели ДГУ, позволяющие определить показатели эффективности и качества электроэнергии, а также массогабаритные показатели и КПД автономных источников электроэнергии.
Методы исследования базируются на математическом моделировании СГ и ДД с использованием основ теории электрических цепей, теории обобщенного электромеханического преобразователя и современных пакетов программ, лежащих в основе системы инженерного программирования MATLAB-Simulink.
На защиту выносится:
-
Математическая модель, представляющая ДГУ как электротехнический комплекс, включающий в себя синхронный генератор, ДД с автономным газотурбинным наддувом, СУ и дополнительное емкостное сопротивление. Результаты анализа работы ДГУ с турбированным ДД с цикловой подачей топлива и без нее, полученные на этой математической модели.
-
Результаты исследования с помощью комплексной математической модели режимов работы ДГУ в качестве аварийного источника питания.
-
Структурная схема системы ДГУ, включающая в себя СГ, ДД с автономным газотурбинным наддувом, с подключением симметрирующего устройства и устройством плавного регулирования индуктивности.
Научную новизну работы составляют:
- разработка комплексной математической модели автономной электроэнергетической установки, отличающейся от известных в литературе тем, что в нее включены симметрирующие и регулирующие устройства, объединенные с СГ и турбированным ДД путем преобразования дифференциальных уравнений ;
- разработка пути повышения качества электроэнергии, вырабатываемой автономными источниками питания, работающими в нормальных и аварийных режимах, отличающихся от известных в литературе включением в ДГУ симметрирующих и регулирующих устройств, защищенных патентами РФ;
- структурные схемы ДД с цикловой подачей топлива и без нее в составе ДГУ, не имеющие аналогов в литературе и составленные на основе предложенного математического описания.
Практическая значимость работы:
разработанные с помощью пакетов MATLAB-Simulink схемы и результаты моделирования процессов в ДГУ в нормальных и аварийных режимах работы предложены к использованию в официальном Стандарте промышленной отрасли. Полученные в работе результаты исследования аварийных режимов в электроэнергетической системе, которые показали пути дополнительного расширения возможности диагностики электроэнергетических систем.
Достоверность результатов исследований, приведенных в диссертации, подтверждается опытными данными, полученными на действующей макетной установке, и их сравнением с результатами моделирования. Расхождение не превышает 10%.
Апробация работы. Результаты и основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ФГОУ ВПО УВАУ ГА(И) (г. Ульяновск, 2008, 2009 и 2010 г.), на расширенных заседаниях кафедры «Электропривод и АПУ» УлГТУ (г. Ульяновск 2009), на НТС в ЧГУ (г.Чебоксары, 2010г.)
Публикации. По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, включая статью опубликованную в журнале из перечня ВАК, 5 патентов и одно положительное решение по заявке на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 142 наименование и приложения. Общий объем диссертации 146 страниц машинописного текста.
Виды дизель - генераторных установок и их применение в электроснабжении
В течении последних лет ведутся разработка и исследование систем по повышению качества электроэнергии автономных источников питания. Это обусловлено широким использованием средств связи и вычислительной техники, питающих постоянным током, а также созданием статических преобразователей для получения переменного тока. Решение широкого круга задач, связанных с повышением качества электроэнергии, посвящено значительное количество публикаций [14-16,55-58,61-62,67-68,91-92,112,117,124,133,139].
Для электроснабжения различных потребителей обычно устанавливается дизель -генераторная установка с первичным двигателем внутреннего сгорания (ЛВС). Оснащение современных подвижных объектов ДВС, имеющих определенный запас мощности, позволяет использовать их не только для привода транспортного средства в движение, но и отбирать часть мощности ДВС для электроснабжения потребителей. Это позволяет избежать установки отдельного источника питания, улучшить массогабаритные параметры установки, уменьшить эксплуатационные расходы и затраты.
Дизель-генератор представляет собой источник электрической энергии, работающий по принципу внутреннего сгорания. В обязательном порядке он начиняется двигателем, работающим, синхронно или. асинхронно. За. счет этого движения вырабатывается электричество, поступающее позже1 к определенному оборудованию. Современная, дизель - генераторная электростанция- состоит из. двух основных компонентов дизельного двигателя и электрического генератора, и может дополнительно оснащаться устройствами стабилизации напряжения, устройствами защиты от перегрузок и проверки уровня масла, а также различными электрическими системами запуска двигателя. Выпускаемые современными производителями генераторы на дизельном топливе, - это надежные, мощные, экономичные и долговременные поставщики электроэнергии. По области применения дизельные генераторы можно разделить на портативные (переносные) и стационарные [2,39,45].
Портативные дизель - генераторы - это электростанции, обычно не слишком больших габаритов и соответственно мощности (как правило до 10-15кВт), оборудованные какой-либо системой, позволяющей переносить или перевозить генератор. В случае малого веса это позволяет рамная конструкция корпуса, для более крупных моделей электрогенераторов возможна установка на шасси, позволяющее прицепить дизель - генератор к автомобилю, либо другому транспортному средству. Стационарные дизель - генераторы не ограничены по размеру и мощности и могут достигать мощностей нескольких Мегаватт. Такая дизельная электростанция способна обеспечить электроэнергией небольшой город, - либо крупное промышленное производство. Отличительной чертой всех современных ДГ является экономичность. Себестоимость вырабатываемой дизель-генераторными электростанциями электроэнергии, конечно, не сопоставима со стоимостью электроэнергии от городской сети, но достаточно низка для целей резервирования, либо в случае отсутствия электрификации, и уж, конечно, намного ниже стоимости электроэнергии, вырабатываемой бензиновой электростанцией. Также стоит отметить долговечность дизель - генераторов и их возможность длительной непрерывной работы, благодаря повышенному моторесурсу современных дизельных двигателей. Проблема повышенного шума дизелей обычно решается применением шумоизолирующих корпусов (кожухов). ДГ электростанции обычно применяют, если предполагается длительное (более 10-12 часов) использование, если суммарная мощность предполагаемой нагрузки не позволяет использовать бензиновую электростанцию, а также в случаях, когда предполагается длительное использование электрогенератора как основного источника электроэнергии.
Общим требованием для рассматриваемого класса энергопотребителей является обеспечение бесперебойности электроснабжения во всех режимах движения подвижного объекта. В связи с этим в автономных источниках электроэнергии (АИЭ) стали применяться вентильные генераторы, они имеют большую надежность и обладают улучшенными- характеристиками, с параллельным подключением к генератору буферной аккумуляторной батареи (АБ). Мощность батареи такова, что она может быть использована как резервный источник электроэнергии полной установленной мощности. Кроме того, АБ используется при запуске первичного двигателя, а также для обеспечения фильтрации выпрямленного напряжения, Таким образом, применение буферной АБ позволяет, с одной стороны, повысить живучесть источника электроэнергии, с другой - улучшить качество вырабатываемой электроэнергии в статических и динамических режимах. Поэтому к состоянию АБ как к одному из основных элементов системы электроснабжения предъявляются высокие требования[1,14-15,105,1.33,139].
В АИЭ с независимым первичным ДВС экономичность работы последнего — один из определяющих факторов экономичности источника электроэнергии в целом. Для приведенного класса АИЭ в настоящее время является общепринятой работа ДНС с постоянной скоростью оздвс = const, что приводит к значительным перерасходам топлива.
Экономичность источника энергии можно существенно повысить, обеспечивая работу ДВС с переменной скоростью вращения, которая определяется в зависимости от мощности нагрузки по кривой, минимального потребления топлива. Это особенно важно для источников, работающих с нагрузками, которые имеют вероятностный характер с большой дисперсией. Реализация этого режима возможна лишь в случае соблюдения баланса мощностей источника и нагрузки в каждый момент времени. Практически при ступенчатых изменениях мощности нагрузки от 0 до Ртах это возможно только при наличии дополнительного накопителя энергии, способного вырывать возникающий недостаток мощности. Однако в источниках о буферной АБ полной установленной мощности такие проблемы не возникают, что позволяет регулировать скорость ДВС в соответствии с экономической скоростной характеристикой [2,74].
Математическое описание синхронного генератора
Другой существенной причиной появления несимметрии напряжений в рассматриваемых электроэнергетических системах является несимметрия магнитных цепей электрических машин. Магнитная несимметрия может быть вызвана при этом эксцентрическим расположением ротора люфтами подшипников, наличием стыковых воздушных зазоров в массивных и шихтованных частях магнитопровода, отклонениями в размерных цепях и магнитных свойствах материалов, воздействием внешних механических нагрузок. В наибольшей степени такой вид несимметрии характерен для агрегатов с синхронными генераторами индукторного типа, ввиду расположения у этих электрических машин обмотки возбуждения на статоре. Для уменьшения магнитной не симметрии применяются различные мероприятия конструктивного характера. Однако эти средства не всегда оказываются достаточно эффективными. Подтверждением сказанному может служить тот факт, что при выпуске генераторных агрегатов серии "А" имели место случаи изготовления некоторых машин со значительной несимметрией выходных напряжений уже на холостом ходу. Так, например, несимметрия напряжений холостого хода агрегата типа ШТ-8-400 характеризовалась коэффициентом є и= 7%.
Таким образом, учет рассмотренных факторов, приводящих к нарушению симметрии в автономных электроэнергетических системах, позволяет сделать вывод о необходимости применения специальных (вспомогательных) устройств для устранения несимметрии напряжений или снижения её до допустимых норм [Гост 1309-97]. Следует также отметить, что применение симметрирующих устройств оказывается целесообразные и в тех случаях, когда- несимметрия напряжений- системы находится в допустимых пределах. Это имеет место при предъявлении повышенных требований к уровню низкочастотных гармоник в выпрямленном напряжении агрегатов (в1, электроэнергетических системах, например, амплитуда, низкочастотной гармоники, не должна превышать долей процента). Между тем известно, что даже допустимая несимметрия напряжений сети возбуждает в выпрямленном напряжении низкочастотные составляющие, амплитуды которых достигают величины (2-4)% от выпрямленного напряжения. Для снижения уровня низкочастотных гармоник наряду с другими средствами целесообразно применение симметрирующих устройств [25,38,41,68,137].
Другой важнейшей задачей при разработке симметрирующих устройств применительно к генераторным агрегатам автономных систем является решение вопроса управления процессом симметрирования их выходных напряжений. Как уже говорилось,-в процессе эксплуатации АвЭС имеет место случайный характер распределения нагрузок по фазам. Вследствие этого необходимо осуществлять перевод исполнительных элементов СУ из одного состояния в соответствующее другое. Указанная операция по условиям эксплуатации должна осуществляться без вмешательства человека (автоматически) при помощи . регулирующих устройств (регуляторов симметрии). Симметрирование напряжений в автономных электроэнергетических системах с высокой точностью в условиях изменения величины нагрузки и места её подключения может быть достигнуто лишь при реализации регуляторами симметрии замкнутого принципа управления [24-25,83,96,103,111].
Важно при построении замкнутых систем регулирования имеет вопрос выбора . сигналов обратной связи, характеризующих симметрию напряжений. С этой точки зрения замкнутые регуляторы можно классифицировать следующим образом: - регуляторы, работающие на основе измерения углов сдвига фаз между соответствующими токами или напряжениями симметрируемой многофазной системы; регуляторы, работающие на основе принципа измерения модулей соответствующих токов или напряжений симметрируемой многофазной системы; - комбинированные регуляторы, использующие в каналах обратной связи как сигналы, пропорциональные углам сдвига фаз, так и сигналы, пропорциональные модулям соответствующих токов или напряжений симметрируемой многофазной системы. Наиболее многочисленны автоматические регуляторы первой группы. Принцип действия указанных устройств основан на выявлении тока обратной последовательности, как величины, характеризующей несимметрию режима работы многофазного источника. Далее формируются сигналы, пропорциональные фазовым сдвигам между составляющими тока обратной последовательности, и опорными напряжениями, в функции которых и происходит управление подгрузочными исполнительными элементами. Обобщенная блок-схема, поясняющая функционирование рассматриваемых устройств, приведена на рис. 1.4. Здесь приняты следующие обозначения: И - источник переменного тока; Н - нагрузка; БП — подгрузочные исполнительные элементы; ФСС - фильтр симметричных составляющих; УФОН - устройство формирования опорных напряжений. Основным общеизвестным недостатком подобных регулирующих устройств, особенно проявляющимся в автономных электроэнергетических, является ограничение точности симметрирования из-за наличия значительных погрешностей измерения тока обратной последовательности, вызванных частотными зависимостями реактивных плеч ФСС. Возможность минимизации этой погрешности на основе применения схем автоподстройки параметров плеч фильтра симметричных составляющих, используемую обычно в измерительной технике. Следует признать применительно к автономным системам неприемлемой вследствие значительного усложнения системы в целом и снижения её надежности. Кроме того, для устройств регулирования напряжений первой группы в ряде случаев характерна дополнительная составляющая погрешности стабилизации напряжений при нарушении синусоидальности формы их кривой, что также снижает точность симметрирования [25,48]. Более предпочтительным, по мнению автора настоящей работы, при построении регуляторов симметрии является использование принципа измерения модулей напряжений многофазного источника. При технической реализации этого принципа исключаются погрешности, присущие устройствам первой группы, что чрезвычайно важно для решения поставленных в данной работе задач. В настоящее время известен ряд подобных устройств [5,111] их типовые блок-схемы приведены на рис. 1.46. Здесь приняты следующие дополнительные обозначения: БПд, БПВ, БПС, БПАв, БПВС - блоки подгрузки фаз источника, различающиеся местом включения; ИОдв, ИОВс, ИОСА -измерительные органы напряжений. Основным недостатком известных устройств является ограничение точности стабилизации напряжения условиями устойчивости. Применение же цепей коррекции, обычно используемое в системах автоматического регулирования для повышения статической точности без потери устойчивости, в данных системах, затруднено ввиду происходящих изменений их структур построения.
Математическое моделирование и анализ ДГУ с симметрирующим устройством
Достоинством нового устройства является возможность независимой регулировки уровней контролируемых напряжений,- а также простота и ун-ифицированнность измерительных .устройств в канале общего регулятора напряжений и в каналах управления блоками подгрузки фаз источника.
Недостаток устройства- выполнение датчика несимметрии напряжений в анализируемом техническом решении- на основе сравнения модулей, контролируемых напряжений с заданным уровнем, напряжения приводит к тому, что сигналы управления на его выходах формируются как при несимметричных, так и при симметричных изменениях напряжения источника.
Автоматическое управление блоками подгрузки будет иметь место в симметричных и несимметричных режимах работы источника. .Между тем, стабилизация напряжений источников симметричных режимов его загрузки за счет блоков пофазной подгрузки фаз неэффективно по сравнению с регулированием, осуществляемым общим регулятором напряжения. Кроме того, функционирование блоков пофазной подгрузки фаз источника в симметричных режимах снижает их регулировочные возможности в несимметричных режимах, где применение указанных устройств является единственным средством стабилизации контролируемых напряжений. Технический результат- расширение функциональных возможностей блоков пофазной подгрузки источника в несимметричных режимах. Устройство для стабилизации симметрии напряжений трехфазного источника переменного тока содержит: три управляемых блока пофазной подгрузки источника; канал управления, в каждом из которых входят формирователь модуля контролируемого напряжения и элемент сравнения, промежуточный усилитель, а также для всех каналов управления, устройство задания напряжений и общий для всех фаз источника регулятор напряжений, управляемый в функции отклонения модуля одного из контролируемых напряжений от заданного уровня. Устройство снабжено управляемыми ключевыми устройствами, суммирующими элементами, фильтром напряжения обратной последовательности и формирователем пилообразного напряжения. Выходы элементов сравнения посредством ключевых устройств и выход формирователя пилообразного напряжения непосредственно подключены к их входам суммирующих элементов, выходы которых подсоединены к входам промежуточных усилителей: входы фильтра напряжения обратной последовательности и формирователя пилообразного напряжения подключены к фазам источника, а выход фильтра напряжения обратной последовательности подсоединен управляющим входом ключевых устройств. Введение в предложенной устройство новых элементов: ключевых устройств, суммирующих элементов, фильтры напряжений обратной последовательности и формирователя пилообразного напряжения в заявленной взаимосвязи с остальными составными элементами позволяет отключать каналы автоматического управления блоками подгрузки источника при симметричной нагрузки. Формирователь пилообразного напряжения представляет собой устройство выполненное на основе трансформатора, выпрямителя и фильтра. Постоянная времени фильтра выбирается такой, чтобы обеспечивалось частичное сглаживание . выходного напряжения выпрямителя.. В этом случае переменная составляющая в выходном сигнале: выпрямителя и выполняет роль- пилообразного сигнала., необходимого, для обеспечения режима усиления класса Д, последующих усилительных каскадов:. Подключение формирователя? ю фазам источника позволяет получить пилообразное напряжения из выходного напряжения источника. Частота пилообразного напряжения? определяется схемой выпрямления, использованной в выпрямителе (так, например, при частоте источника 50Гц для однофазной мостовой схемы частота пилообразного напряжения составит 100 Гц). Стремление повысить частоту переключения усилительных каскадов приводит к использованию трехфазных схем выпрямления в выпрямителе (рис. 2.12), данное свойство обеспечивается размыканием ключевых устройств при отсутствии в симметричных режимах на выходе фильтра напряжения обратной последовательности соответствующего сигнала. При этом управление блоками подгрузки в функции выходного сигнала формирователя пилообразного напряжения позволяет установить исходный режим указанных блоков, который при различных симметричных нагрузках остается постоянным. Подключение несимметричной нагрузки приводит к появлению на выходе фильтра напряжений обратной последовательности сигнала, под действием которого замыкаются ключевые устройства и обеспечивается автоматическое управление блоками подгрузки источника. Так как при изменениях симметричной нагрузки блоки подгрузки находятся в исходном режиме и, их регулировочные возможности не используются, в симметричных режимах регулировочные возможности указанных блоков по стабилизации напряжений расширяются. Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об?аналогах данного устройства, позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существующим признакам данного устройства.
В данном устройстве к трехфазному источнику 1 с выходными фазами 2-4, содержащему общий регулятор напряжения 5, подключена нагрузка 6. Входы формирователя 7-9 модулей контролируемых напряжений источника 1, а также входы фильтра напряжения обратной последовательности 10 и формирователя пилообразного напряжения 11, подключены к выходным фазам источника 2-4. Вход устройства задания напряжения 12 и выходы формирователя 7-9 модулей контролируемых напряжений источника подсоединены к разноименным входам элементов сравнения 13-15, входы которых посредством ключевых устройств 16-18 подключены к входам суммирующих элементов 19-21. К другим входам суммирующих элементов 19-21 подсоединен выход формирователя пилообразного напряжения 11. Выходы суммирующих .элементов 19-21 посредством промежуточных усилителей 22-24, подключены к входам блоком подгрузки 25-27, подсоединенных к фазам источника 2-4. Выход формирователя пилообразного напряжения 11 и выход элемента сравнения 15 дополнительно подключены к входам суммирующего элемента 28, выход которого подсоединен к входу общего регулятора напряжения 5. В симметричном режиме работы источника (холостой ход или равномерная нагрузка по всем фазам) сигнал на выходе 10 отсутствует (Uio) и ключевые устройства, управляемые в функции Uio (t), разомкнутый. При этом контура автоматического управления блоками подгрузки-25-27 отключены и значение токов управления последними- Ьэ І26 І27 определяются режимом работы усилительных каскадов 22-24 в симметричном режиме работы источника. Указанные токи принимают в данном режиме начальные значения (I 25 - начальное значение тока управления блоком подгрузки 25). Возникновение несимметрии нагрузки источника в момент времени to (рис.2.13) приводит к появлению на выходе фильтра напряжения обратной последовательности соответствующего сигнала Uio (при этом кривая U pio(t) соответствует изменению напряжения обратной последовательности в .системе без устройства симметрирования, а кривая U 3io(t)- в системе с включенным устройством).
Разработка физической модели ДГУ с автономным газотурбинным наддувом
Повышение качества электроэнергии, вырабатываемой автономными электроэнергетическими системами, заключается в том, что необходимо: уменьшить колебания напряжения и отклонения от номинального значения; уменьшить несинусоидальность и несимметрию выходного напряжения трехфазного источника питания, что приводит к ухудшению качества электроэнергии, к сокращению срока службы электрооборудования, снижению его надежности и вызывает увеличение потерь мощности, являясь одной из главных причин нарушений технологического процесса и- снижения производительности труда.
Следует отметить, что до сих пор для автономных систем не нашла приемлемого решения важная задача, связанная с определением рационального алгоритма управления процессом стабилизации и симметрирования напряжений многофазных генераторов, усложняемая случайным характером распределения несимметричных нагрузок по фазам.
Существуют несколько методов повышения показателя качества электроэнергии автономных источников, питания, один из которых предполагает использование статических симметрирующих устройств (СУ) или, иначе говоря, регуляторов качества электроэнергии [5,48,62]. При этом будем иметь в виду следующее обстоятельство: симметрия напряжений генератора, может иметь место лишь при симметрии токов, складывающихся из токов несимметричной нагрузки и токов исполнительных элементов симметрирующего устройства. Таким образом, симметрирование напряжений, в сущности, сводится к обеспечению симметрии токов нагрузки генератора. Разработка универсальных принципиальных схем симметрирующих устройств является основной при решении вопроса управления процессом симметрирования выходных напряжений трехфазного генератора.
Основным недостатком структурного построения автономных (СУ) является увеличенная загрузка источника питания токами исполнительных элементов симметрирующих устройств. Для устранения отмеченного недостатка было предложено построение симметрирующих устройств осуществлять на основе разработанного алгоритма взаимосвязанного управления процессом симметрирования выходного напряжения многофазного источника питания, в котором осуществляется попарное сравнение контролируемых напряжений.
Разработана комплексная модель дизель - генератора с симметрирующим устройством в приложении Simulink среды инженерного программирования MatLab. Схема набора модели представлена на рис. 3.1. Данная ДГУ разработана на основе структур дизеля и синхронного генератора, рассмотренных в данной работе, а также с применением схемы регулирования симметрии рис. 2.10. В математической модели для дизель-генераторной установки организована обратная связь по скорости и напряжению.
Рассмотрена система возбуждения синхронного генератора, которая показывает, что в машине создается электромагнитное возбуждение. Источниками постоянного тока для обмоток возбуждения являются специальные системы возбуж дения, к которым предъявляется ряд важных требований: 1) надежное и устойчивое регулирование тока возбуждения в любых режимах работы машины; 2) достаточное быстродействие, для чего применяется форсировка возбуждения, т. е. быстрое увеличение напряжения возбуждения до предельного значения, называемого потолочным. Форсировка возбуждения? применяется для поддержания устойчивой работы машины во время, аварий и в процессе ликвидации их последствий. Потолочное напряжение возбуждения выбирают не менее 1,8-2 номинального напряжения возбуждения. Скорость нарастания напряжения при форсировке возбуждения должна быть не менее 1,5-2 номинальных напряжений на контактных кольцах ротора в секунду; 3) быстрое гашение магнитного поля, т. е. уменьшение тока возбуждения машины до нуля без значительного повышения напряжения на ее обмотках. Необходимость в гашении поля возникает при отключении генератора или повреждении в нем.
Для гашения магнитного поля применяют автомат гашения поля (АГП), который состоит из двух контакторов и и гасительного резистора. Ток возбуждения можно было бы снизить до нуля отключением только одного контактора без включения гасительного резистора. Ток возбуждения в этом случае исчез бы практически мгновенно. Но мгновенный разрыв цепи возбуждения недопустим, так как из-за большой индуктивности обмотки возбуждения в ней индуктировалась бы большая ЭДС самоиндукции, превышающая в несколько раз номинальное напряжение, в результате чего возможен пробой изоляции этой обмотки. Кроме того, в одном из контакторов при его отключении выделялась бы значительная эн.ергия, запасенная в магнитном поле обмотки возбуждения, что могло бы вызвать разрушение контактора.
При помощи новой модели (рис.3.1) созданной приложении Simulink среды инженерного программирования. MatLab, дизель-генератор с автономным газотурбонаддувом и с подключением симметрирующего устройства (рис.2.1.4) можно исследовать режимы работы дизель-генераторной установки. Нас интересует исследование режимов работы на асимметричную нагрузку и применение симметрирующего устройства. При помощи этой модели были получены осциллограммы переходных процессов при использовании дизель-генератора с автономным газотурбинным наддувом.(рис.3.2-3.4)
