Содержание к диссертации
Введение
1. Математические модели синхронного генератора и одномашинной системы 32
1.1. Преобразование Парка 32
1.2. Уравнения потокосцеплений 35
1.3. Выбор базовых значений параметров 37
1.4. Выбор базовых значений для статорной цепи 38
1.5. Выбор базовых значений для роторной цепи 38
1.6. Уравнения напряжений в относительных единицах 39
1.7. Уравнение движения ротора 41
1.8. Система единиц 42
1.9. Расчет моментов в относительных единицах 44
1.10 Уравнение движения ротора в относительных единицах 45
1.11. Уравнения для моментов 45
1.12. Синхронный генератор, работающий на систему неограниченной мощности через линию электропередачи 46
1.13. Установившийся режим генератора, работающего на систему неограниченной мощности через линию электропередачи 48
1.14. Модель одномашинной системы с автоматическим регулятором возбуждения (АРВ) 50
1.15. Установившийся режим для одномашинной системы с АРВ 52
1.1 б.Модель синхронного генератора, связанного с системой бесконечной
мощности через линию электропередачи, и локальной нагрузкой 52
1.17. Установившийся режим для одномашинной системы с локальной нагрузкой 53
1.18. Упрощенная модель одномашинной системы [2] 54
1.19. Установившийся режим для упрощенной модели одномашинной ЭЭС 57
1.20. Упрошенная математическая модель одномашинной системы с АРВ. 59
1.21. Установившийся режим упрощенной модели системы с АРВ 59
1.22. Модели одномашинной ЭЭС с дополнительным регулятором 59
1.22.1. Модель с ПИ регулятором 60
1.22.2. Модель с ПД регулятором 61
1.22.3. 2-х этапный изодромный регулятор 62
1.22.4. Модель с ПИД регулятором 63
1.23. Линеаризация моделей одномашинной системы 64
1.23.1 Линеаризованная упрошенная математической модель одномашинной системы с АРВ 65
1.23.2.Линеаризованные упрощенные модели одномашинной системы с дополнительным регулятором 68
Выводы к главе 1 70
2. Способ синтеза и настройки типовых регуляторов синхронного генератора на основе сокращение размерности матрицы 72
2.1. Линеаризованная упрощенная модель 72
2.2. Способ синтеза и настройки дополнительного регулятора синхронного генератора на основе сокращения размерности матрицы 74
2.3. Пример одномашинной системы 78
2.4. Анализ влияния настроек регулятора энергетической системы и автоматического регулятора возбуждения на синхронизирующий и демпфирующий моменты 83
2.5. Влияние коэффициента усиления регулятора возбуждения на синхронизирующий и демпфирующий моменты 85
Выводы к главе 2 91
3. Обеспечение устойчивости одномашинной системы с помощью дополнительных регуляторов синхронного генератора 92
3.1 Результаты расчета установившегося режима 93
3.2 Анализ переходные процессов одномашинной системы по полной и упрощенной моделям 94
3.3. Влияния АРВ и дополнительных регуляторов на напряжение генератора 107
3.3. Способ перенастройки регулятора синхронного генератора для обеспечения динамической устойчивости одномашинной системы при изменениях нагрузки 109
Выводы к главе 3 116
4. Способ настройки локальных регуляторов для обеспечения динамической устойчивости многомашинной системы 118
4.1 Полная модель синхронного генератора в многомашинной системе 118
4.2 Уравнения установившегося режима электрической сети 120
4.3 Расчет активной и реактивной мощности в узле 124
4.4 Установившийся режим многомашинной ЭЭС по полной модели 127
4.5. Способ перенастройки локальных регуляторов синхронных генераторов при возмущениях в многомашинной системе 129
4.6 Обеспечение динамической устойчивости многомашинных систем с помощью перенастройки локальных регуляторов СГ 130
Основные выводы по дисертационной работе 136
Список использованной литературы 138
Список публикаций по теме диссертации 149
- Уравнения напряжений в относительных единицах
- Линеаризованная упрошенная математической модель одномашинной системы с АРВ
- Способ синтеза и настройки дополнительного регулятора синхронного генератора на основе сокращения размерности матрицы
- Анализ переходные процессов одномашинной системы по полной и упрощенной моделям
Введение к работе
Актуальность темы.
В последние годы наметилась тенденция к созданию и использованию небольших по мощности источников электрической энергии. Как правило, такие энергоисточники строятся на базе энергосберегающих схем производства энергии с применением газовых турбин, газопоршневых установок, других небольших агрегатов, использующих имеющиеся ресурсы для производства энергии (вода, ветер, солнечная энергия и другие). Для обеспечения надежного и бесперебойного снабжения потребителей электрической энергией, такие энергоисточники, располагающиеся на небольшой территории, объединяются с помощью электрической сети. В результате создаются электротехнические комплексы с генерирующими источниками, обеспечивающие электроэнергией небольшие населенные пункты, производственные объекты, распределенные на небольшой территории. Это направление является перспективным и эффективным, так как позволяет создавать источники энергии с более низкой, чем предлагается монополистами и посредниками, стоимостью. Использование «своей» дешевой (по себестоимости) электроэнергии для собственного производства позволит получить более дешевый конечный продукт и в короткий срок (до трех-четырех лет) окупить затраты на создание собственного энергоисточника или электротехнического комплекса. Такие электротехнические комплексы с генерирующими источниками (ЭТК с ГИ) могут стать основой развития малой энергетики и децентрализованного снабжения малых удаленных регионов. Термин малая энергетика охватывает источники генерации от десятков киловатт до нескольких МВт по мощности. Для обеспечения надежного электроснабжения в ряде случаев (при имеющейся возможности) применяют схему резервирования «своего» энергоисточника от региональных электрических сетей. Такие ЭТК с ГИ уже имеют и активно внедряют предприятия ОАО Газпром, нефтедобывающие компании и другие.
Однако, для ЭТК с ГИ существуют аналогичные как и для больших электроэнергетических систем проблемы, связанные с обеспечением устойчивости совместной работы генерирующих источников при различных возмущениях. Поэтому обеспечение устойчивости при различных возмущениях является актуальной научно-технической проблемой, имеющей важное народно хозяйственное значение для экономики России. Данная проблема является также актуальней для экономики Арабской республики Египет, для которой одним из направлений развития энергетики является создание ЭТК с ГИ, ориентированных как на обычные, так и на нетрадиционные энергетические ресурсы.
Основным элементом ЭТК с ГИ является синхронный генератор. Управлению, исследованию устойчивости и моделированию электромеханических переходных процессов синхронных машин и их систем посвящено множество научных работ. Большой вклад внесли ученые: Горев А.А., Лебедев С.А., Жданов П.С., Веников В.А., Страхов С.В., Вайман М.Я, Руденко Ю.Н., Воропай Н.И., Гамм А.З., Ушаков Е.И., Park R.H., Cron G, Andersоn P.M., Fouad A.A., Kundur P., Concordia D., Pai M.A. и многие другие.
Объект исследования: электротехнический комплекс с генерирующими источниками небольшой мощности.
Предмет исследования: методы синтеза и настройки регуляторов синхронных генераторов для обеспечения устойчивости и качества переходных процессов ЭТК при учете различных возмущений.
Задача научного исследования состоит в разработке способов синтеза и настройки локальных регуляторов синхронных генераторов в электротехническом комплексе при учете различных возмущений.
Цель работы: обеспечение устойчивости и повышение качества переходных процессов электротехнических комплексов с генерирующими источниками на основе дополнительного регулирования возбуждения синхронных генераторов.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Анализ существующих способов синтеза и настройки дополнительных регуляторов, применяемых в системе возбуждения синхронного генератора;
Выбор математических моделей для анализа переходных процессов в многомашинных ЭТК при различных возмущениях;
Разработка способа синтеза и настройки дополнительного регулятора возбуждения синхронного генератора, обеспечивающего требуемое качество переходных процессов одномашинной системы при малых начальных отклонениях от установившегося режима;
Разработка способов перенастройки локальных регуляторов синхронных генераторов для обеспечения динамической устойчивости одномашинных и многомашинных ЭТК при изменениях режимов.
Методы исследования: В диссертационной работе используются методы теории электрических машин, систем и сетей, теории управления, теории устойчивости, линейной алгебры, а также компьютерное моделирование.
Научная новизна работы.
-
Разработан способ синтеза локальных регуляторов синхронного генератора (изодромный, ПИ, ПД, ПИД), основанный на сокращении размерности матрицы линеаризованной упрощенной модели одномашинной системы. Получены аналитические выражения для определения параметров типовых регуляторов из условия заданного расположения пары корней характеристического уравнения, определяющих качество переходных процессов механического движения и устойчивость системы при малых возмущениях.
-
Проведенный анализ влияния настроек дополнительного регулятора синхронного генератора на синхронизирующий и демпфирующий момент одномашинной системы показал, что применение дополнительных регуляторов повышает запас устойчивости СГ и обеспечивает требуемое качество переходных процессов.
-
Предложен способ настройки локальных регуляторов возбуждения синхронных генераторов в одно- и многомашинных ЭТК при учете влияния различных возмущений.
-
На основе компьютерного моделирования в пакете Matlab по полным нелинейным моделям одномашинных, 3-х машинных и 5-и машинных ЭТК показано, что использование дополнительных регуляторов возбуждения синхронного генератора улучшает качество переходных процессов при малых начальных отклонениях и обеспечивает динамическую устойчивость при изменениях режимов.
-
Разработано программное обеспечение для настройки локальных регуляторов, расчета установившихся режимов, анализа статической и динамической устойчивости одномашинных и многомашинных ЭТК.
Обоснованность и достоверность полученных результатов и вытекающих из них выводов обеспечена корректным использованием математического аппарата, общепринятых предположений и допущений. Исследование и компьютерное моделирование проводится в рамках общепринятых математических моделей, законов и уравнений электротехники, теории электрических машин, систем и сетей, теоретической механики с применением численных методов решения дифференциальных уравнений, методов программирования на входном языке пакета Matlab.
Практическая ценность работы. Типовые регуляторы, способы синтеза и настройки которых разработаны в диссертации, имеют простую структуру, используют только доступные для измерения параметры состояния (угловая скорость), легко реализуются и могут использоваться как локальные дополнительные регуляторы возбуждения синхронных генераторов в ЭТК и электроэнергетических системах. Разработанные способы настройки локальных регуляторов следует использовать в адаптивной системе подстройки параметров при изменениях режимов.
Разработанное программное обеспечение при соответствующем информационном обеспечении может использоваться для расчета установившихся режимов, моделирования и анализа переходных процессов, оценки статической и динамической устойчивости ЭТК с ГИ при учете различных возмущений.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены и используются в учебном процессе кафедры автоматики и управления КГТУ им.А.Н.Туполева при выполнении курсовых и дипломных работ студентами и магистрантами, в научных исследованиях и учебном процессе инженерного факультета Южного Валийского университета (Арабская республика Египет), в лаборатории электрических машин которого создается на основе разработанного программного обеспечения и Simulink моделей специальный курс для подготовки специалистов энергетического профиля.
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Способ синтеза типовых регуляторов для синхронного генератора, обеспечивающий устойчивость и требуемое качество переходных процессов в системе при малых возмущениях.
-
Способ настройки дополнительных регуляторов возбуждения синхронного генератора в одномашинной системе при изменениях нагрузки.
-
Способ настройки локальных регуляторов синхронных генераторов в многомашинных ЭТК при учете влияния различных возмущений (изменение нагрузки, короткое замыкание, отключение-обрыв линии).
-
Результаты анализа устойчивости и переходных процессов одно и многомашинных ЭТК при различных возмущениях.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XV и XVII Туполевских чтениях, международной молодежной научной конференции, 2007 и 2009, г. Казань; на IV всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Проблемы управления и информационные технологии. ПУИТ-08», 2008, г. Казань; Всероссийском семинаре «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением», 2008, г. Казань; на X Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям, 2009, г. Иркутск (Россия)–Ханх (Монголия); на VI Всероссийской школе-семинаре молодых ученых «Управление большими системами», 2009, г. Ижевск; на V Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики АНТЭ-09», 2009, г. Казань; на XXXIX Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности электрического хозяйства потребителей в условиях ресурсных ограничений», 2009, г. Москва; на II Всероссийской конференции «Знания – онтологии – теории» с международным участием, 2009, г. Новосибирск; семинарах кафедры Автоматики и управления КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ (из них две статьи в научно-технических журналах, включенных в список, рекомендованных ВАК РФ, и одна статья в иностранном журнале на английском языке).
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Содержание работы изложено на 173 страницах, диссертация содержит 108 рисунка, 21 таблицу, список использованных источников, включающий 161 наименование.
Уравнения напряжений в относительных единицах
Наиболее сложным элементом ЭЭС, определяющим ее поведение в переходных режимах, как известно, является синхронный генератор. Значительное число научных работ направлено на определение оптимальной по. сложности математической модели генератора, позволяющей адекватно воспроизводить физические явления в генераторе при минимальных затратах машинного времени и использовать в системах управления. Так, например, для построения эффективных систем управления генераторами в США в 1972 году при P.E.S (Committees on Power system Engineering and Rotating Machinery) создали специальную рабочую группу для оценки адекватности существующих математических моделей турбогенераторов физическим процессам в них и для оценки методов для идентификации параметров моделей генераторов. Зависимость точности анализа переходных процессов от сложности математической модели была проверена на пяти моделях [27-67]. Первые три модели основаны на использовании информации, как по данным заводских испытаний, так и по результатам специально организованных испытаний по методике, изложенной в ANSI стандарте, который соответствует английскому стандарту BS4296.
В результате проведенных исследований, в том числе и путем сопоставления результатов моделирования с данными натурных испытаний установлено, что минимальная по сложности модель генератора для анализа электромеханических переходных процессов должна содержать не менее двух демпферных контуров по поперечной оси и одного по продольной оси.
В работах ученых стран СНГ, например [4,41,65], сделан вывод о необходимости использования модели генератора в виде многоконтурных схем замещения. При этом эти параметры желательно определять по данным специально организованных испытаний. В ряде последующих работ были созданы экспериментальные методы для получения совокупности электромагнитных параметров машин переменного тока.
Согласно [4, 41, 65] минимальное число эквивалентных контуров составляет два по продольной и три по поперечной осям ротора генератора. В [34,50] приведены результаты анализа электромагнитных параметров генераторов и переходных процессов в машинах переменного тока. В [35] выполнен анализ эффективности моделей генераторов для исследования аварийных режимов и даны рекомендации по моделированию длительных переходных процессов. Современный этап имитационного моделирования в ЭЭС сопровождается обобщением совокупностей математических моделей элементов и их систем управления и защиты, методов решения систем уравнений. Общепризнанной проблемой является необходимость повышения достоверности используемых математических моделей элементов электрических систем. Анализ большого числа работ [52,62,118,122,124,144,160 и других] показывает, что методы анализа динамической устойчивости ЭЭС могут быть разбиты на группы: 1) Численные методы оценки устойчивости во временной области на основании решения систем уравнений, описывающих переходные процессы. 2) Прямые методы типа метода Ляпунова. 3) Экспресс - методы. Методы первой группы позволяют: получить информацию об изменении параметров режима; сформировать различные сценарии анализа устойчивости. Однако эти методы не позволяют: определить область режимов, которые необходимо анализировать (нет рекомендаций для отсечения «возмущений, не интересных с точки зрения устойчивости»); непосредственно оценить запасы устойчивости; получить обобщенные рекомендации по управлению устойчивостью; требуют многократного решения систем уравнений для оценки предельных условий по устойчивости. Основным преимуществом прямых методов оценки устойчивости является непосредственное вычисление пределов динамической устойчивости (без повторных вычислений), удобное определение запасов устойчивости. Но применение этих методов ограничено из-за принятия существенных допущений при реализации методов, основанных на теории Ляпунова. Такие допущения не позволяют получить достоверную информацию об изменении параметров режима, а значит реализовать оптимальное управление конкретным режимом. Значительное число работ было направлено на разработку псевдо -Ляпуновских подходов, способных решать задачу анализа динамической устойчивости так, чтобы это было достаточно гибко с точки зрения моделирования энергосистем, с точностью, не уступающей анализу во временной области, и эффективно в отношении вычислений [122,124]. Эти исследования позволили сформулировать такие выводы: проблему оценки области устойчивости можно решать, рассматривая двухмашинный или одномашинный эквивалент многомашинной энергосистемы; проблему моделирования можно решать путем интеграции прямого метода с расчетами процессов во временной области. Работы [62,118] направлены на разработку гибридных методов. Среди таких методов можно выделить те, в которых рассматриваются функции Ляпунова для многомашинной системы при выполнении расчета вдоль траектории движения и те, в которых рассматривается одномашинный эквивалент многомашинной энергосистемы. Во втором случае применяется критерий — метод площадей при упрощении задачи и метод SIME. Оба метода используют классическую упрощенную модель синхронной машины, но метод SIME учитывает изменение параметров режима во времени, поскольку они рассчитываются программой анализа процессов во временной области [144]. Таким образом, метод SIME является гибридизацией метода площадей с информацией о процессе во временной области. На основании метода площадей определяются запасы устойчивости машин, ответственных за потерю синхронизма. В зависимости от того, каким образом получена информация о параметрах режима во времени - от программы расчета переходного процесса или от средств измерений параметров режима реальной системы в темпе процесса различают реализации гибридных программ в форме противоаварийного- SIME [62]. Согласно [62] метод превентивный SIME в настоящее время состыкован с промышленными программами и проверен на многих моделях энергосистем (SIME+EUROSTAG - бельгийская версия; EDF, Франция; SIME+ETMSP - американские тестовые системы EPRI; SIME+ST600 - Hudro-Quebec Канада и энергосистемы Бразилии). В [62,160] рассматриваются вопросы создания противоаварийной SIME. В [52,62,118,122,124,144,160], используются классические модели синхронного генератора. Наиболее полная модель учитывает процессы в роторе генератора с помощью 1 демпферного контура в осях d и q.
Линеаризованная упрошенная математической модель одномашинной системы с АРВ
Рассматривается одна синхронная машина, связанная с большой системой через линию электропередачи. Представлен обобщенный и более эффективный способ, основанный на сокращении размерности матрицы, чтобы получить дополнительный сигнал для регулирования возбуждения синхронного генератора. Этот способ позволяет выбрать параметры типового регулятора синхронного генератора из условия заданного расположения соответствующей механической части системы пары корней характеристического уравнения линеаризованной модели.
Получены аналитические выражения для настройки параметров типовых регуляторов синхронного генератора, которые в дальнейшем будут использоваться в способах перенастройки локальных регуляторов синхронных генераторов в одно и многомашинных ЭТК при учете различных возмущений. По результатам компьютерного моделирования с использованием линеаризованной модели одномашинной системы показано, что применение типовых регуляторов, с настройками по предложенному способу параметрами, улучшает устойчивость и качество переходных процессов. Эти результаты подтверждаются при изучении влияния настроек регуляторов на синхронизирующий и демпфирующий моменты. Использование дополнительных регуляторов позволяет получить положительный демпфирующий момент при различных условиях нагрузки и следовательно увеличить запас устойчивости. Исследовано влияние коэффициента усиления АРВ Кл на синхронизирующий и демпфирующий моменты одномашинной системы без дополнительного регулятора. В результате определен диапазон значений коэффициента Кл, при которых система будет устойчивой. В данной главе исследуется устойчивость и качество переходных процессов (при малых начальных возмущениях) одномашинной системы с типовыми регуляторами по нелинейным упрощенной и полной моделям. Рассматриваемая одномашинная система представляет модель ЭТК с одним генерирующим источником, связанным линией электропередачи с большой системой. Представлены результаты исследования устойчивости и переходных процессов одномашинной системы при различных условиях нагрузки. Учитывается также влияние локальной нагрузки и переходные процессы в линии электропередачи. Параметры системы представлены в таблице 1 и в таблице 3 в главе 2. Для компьютерного моделирования в пакете Matlab были реализованы полная модель (уравнения (73) из главы 1) и упрощенная модель (уравнения(129)-(132) из главы 1). Получены результаты расчета установившегося режима, переходных процессов при малых начальных отклонениях угловой скорости системы без регулятора и с добавлениям регуляторов, без локальной нагрузки и с локальной нагрузкой. Для обеспечения динамической устойчивости одномашинной системы при изменении нагрузки предлагается способ перенастройки дополнительного регулятора синхронного генератора, на основе способа синтеза типовых регуляторов, разработанного в главе 2. На основе компьютерного моделирования (по полной модели) переходных процессов рассматриваемой одномашинной системы при изменении нагрузки показано, что при использовании предлагаемого способа перенастройки регуляторов удается обеспечить динамическую устойчивость при всех рассмотренных вариантах изменения нагрузки. Как видно из таблиц соответствующие параметры установившегося режима для полной и упрощенной модели совпадают для всех вариантов обшей и локальной нагрузки.
Способ синтеза и настройки дополнительного регулятора синхронного генератора на основе сокращения размерности матрицы
Рисунок 4. 5-й машинная система с 14-ю узлами Пример 3. Тестовый пример стандарта IEEE 5-й машинной системы с 14-ю узлами [17], эквивалентная схема которой показана на рисунке 4. Она состоит из пяти синхронных машин с IEEE-1 типа возбудителями, три из
которых являются синхронными компенсаторами и используются только для поддержки реактивной мощности. В системе имеется 11 узлов с нагрузкой. Данные для генераторов были взяты из [18] и представлены в таблицах 5-8 Приложения А.
На рисунке 5 представлены переходные процессы в з-х машинной системе (пример 1) при изменении и восстановлении нагрузки (отключение с 3-х машинной системы (пример 1) с 2-х этапным изодромным регулятором с перенастройкой параметров по предложенному способу при коротком замыкании (переход из нормального режима в режим с 3-х фазным коротким замыканием). 3-х фазное замыкание произошло между узлами 1-2, на стороне узла 2 в момент t=0. Параметры локальных изодромных регуляторов СГ перенастроены на следующие значения: KLG=[28.2685;200.6786;85.7226]; Т1=[0.2524;0.2815;0.2558];Т1=[0.02;0.02;0.02]. Таким образом, удалось обеспечить динамическую устойчивость системы при коротком замыкании. Без перенастройки локальных регуляторов система не устойчива при указанном возмущении. На рисунке 9 показаны переходные процессы в 3-х машинной системе при аналогичном возмущении, но с учетом еще демпфирующего момента самого генератора (коэффициент D=0.5) На рисунке 11 показаны переходные процессы по взаимным углам для 3 х машинной системы (пример 1) с 2-х этапным изодромным регулятором с перенастройкой параметров по предложенному способу при изменении нагрузки в первом узле Р/у=1.2Р#й, Q//=1.2Q/ в момент t=0. Параметры регуляторов перенастроены следующим образом: KLG=[11.3570;2.4694;85.3741];TI=[0.2536;1.3912;0.2587];T1=[0.02;0.02;0.02]. динамическую устойчивость при рассмотренных вариантах возмущений получены для 3-х и 5-й машинных систем. Следует отметить, что самым тяжелым возмущением является короткое замыкание. При таком возмущении не каждый из применяемых дополнительных регуляторов способен обеспечить динамическую устойчивость, и ближайший к месту возмущения генератор может выйти из синхронизма. В остальных вариантах возмущений локальные регуляторы с перенастройкой параметров обеспечивают динамическую устойчивость рассмотренных многомашинных систем. Основные выводы по диссертационной работе. На основе анализа известных в литературе моделей синхронных машин были выбраны и подробно представлены две модели: модель Парка-Горева в качестве переменных состояний в которой используются токи и параметры движения ротора; упрощенная модель, в которой в качестве переменных состояния используются параметры движения ротора и эквивалентная ЭДС статора за переходным реактивным сопротивлением. Указанными моделями представляются СГ моделей рассматриваемых в диссертации одномашинной и многомашинных ЭТК. Представлены выражения для расчета установившихся режимов одномашинной системы при различных вариантах нагрузки по полной и упрощенной моделям. Разработан способ синтеза типовых регуляторов синхронного генератора, основанный на сокращении размерности матрицы. Параметры регулятора выбираются из условия заданного расположения пары корней характеристического уравнения линеаризованной упрощенной модели, определяющих механическое движение ротора и обеспечивают требуемое качество переходных процессов в линеаризованной упрощенной модели. Показано, что предложенные дополнительные регуляторы обеспечивают устойчивость одномашинной системы и увеличивают запас устойчивости синхронного генератора по величине синхронизирующего и демпфирующего моментов, создаваемых системой возбуждения, для всех значений нагрузки. На основе компьютерного моделирования переходных процессов по полной и упрощенной моделям проведен анализ устойчивости и качества переходных процессов одномашинной системы при малых начальных отклонениях при различных условиях нагрузки. Показано, что применение дополнительных типовых регуляторов (ПИ, ПД, ПИД, изодромного), с настройками параметров по разработанному способу, обеспечивает устойчивость и требуемое качество переходных процессов одномашинной системы при малых начальных отклонениях состояния от установившегося ре-жима.Для обеспечения динамической устойчивости одномашинной системы при изменении нагрузки предлагается способ перенастройки дополнительного регулятора синхронного генератора, в основе которого разработанный способ синтеза типовых регуляторов. На основе компьютерного моделирования переходных процессов одномашинной системы при изменении нагрузки показано, что при использовании предлагаемого способа перенастройки регуляторов СГ удается обеспечить динамическую устойчивость при всех рассмотренных вариантах изменения нагрузки. Предложена способ перенастройки локальных регуляторов синхронных генераторов в многомашинной системе при различных возмущениях.
На основе компьютерного моделирования в пакете Matlab по упрощенным и полным моделям одномашинной, 3-х машиной (с 7 узлами сети) и 5-й машинной (с 14-ю узлами сети) систем показано, что использование дополнительных регуляторов возбуждения синхронного генератора с перенастройкой параметров по предложенному способу, улучшает качество переходных процессов при малых возмущениях и обеспечивает динамическую устойчивость при различных возмущениях.
Разработано программное обеспечение для синтеза и настройки дополнительных регуляторов, расчета потокораспределения мощности, установившихся режимов, анализа статической и динамической устойчивости одномашинных и многомашинных ЭТК.
Анализ переходные процессов одномашинной системы по полной и упрощенной моделям
При внезапном изменении нагрузки в одномашинной системе, что может быть связано с отключением крупного потребителя энергии, или подключением нового потребителя, в системе изменится установившийся режим и возникнет переходный процесс. Для того чтобы состояние синхронного генератора в переходном процессе стремилось к новому установившемуся режиму он должен быть устойчивым. Поэтому требуется перенастройка дополнительного регулятора синхронного генератора на новый установившийся режим. Предлагается перестройку дополнительного регулятора производить в такой последовательности:
Пусть известно значение новой нагрузки. По выражениям (79)-(80) из главы 1 вычисляются ток IlQ = ItQZ(pQ и напряжение на шинах генератора 2) Определяются параметры установившегося режима So iqO idO UdO UqO hoUFO Mmo Для синхронного генератора по выражениям (81)-(88) из главы 1 при использовании полной модели и (125)-(128) — для упрощенной модели.
Вычисляются значения параметров К\,....,К(, линеаризованной упрощенной модели /-й машины по выражениям (155)-(158) из главы 1. 4) Определяются параметры дополнительного регулятора синхронного генератора по выражениям (18)-(25) из главы 2. 5) При возникновении нового возмущения, приводящего к изменению параметров установившегося режима, осуществляется возврат к п. 1 для перенастройки дополнительного регулятора синхронного генератора. Отметим, что при возникновении в системе других возмущений, приводящих к изменению режима синхронного генератора (изменение параметров линии электропередачи, напряжения системы бесконечной мощности, параметров самого генератора, подключение локальной нагрузки), для перенастройки параметров регулятора предлагается способ, включающий указанную последовательность действий 1)-5). Далее предлагаемый способ используется для перенастройки регуляторов в примере одномашинной системы, рассмотренной в предыдущем пункте. При этом рассматриваются следующие варианты изменения нагрузки: переход от средней (нормальный режим) к высокой нагрузке (утяжеленный режим), от средней к низкой нагрузке, от низкой к средней и от низкой к высокой. Результаты получены на основе компьютерного моделирования по полной модели Парка-Горева. Упрошенная модель здесь не может быть использована, так как при изменениях нагрузки возникают переходные процессы с не малыми отклонениями параметров состояния от установившегося режима.
Пусть система находилась в нормальном режиме (средняя нагрузка). При изменении нагрузки с нормальной на высокую, или с нормальной на низкую, в системе без дополнительного регулятора переходный процесс расходится (показано на рисунке 48) и система динамически не устойчива. В результате таких изменений нагрузки система оказывается неустойчивой даже при использовании дополнительных регуляторов без перенастройки их параметров на новый установившийся режим использовании дополнительного ПИ регулятора, перенастроенного с нормального установившегося режима (Кр=44.7494, Kint=89.6703) на режим с низкой нагрузкой (Кр=31.5804, Kint=65.3241). переходных процессов при малых начальных отклонениях синхронного генератора, связанного с системой бесконечной мощности через линию электропередачи при различных условиях нагрузки. Показано, что применение дополнительных типовых регуляторов (ПИ, ПД, ПИД, изодромного), с настройками параметров по предложенному способу, разработанному в главе 2 на основе сокращения размерности матрицы, обеспечивает устойчивость и требуемое качество переходных процессов при малых начальных отклонениях состояния от установившегося режима. Следует отметить, что результаты, полученные здесь по упрощенной модели, совпадают с результатами, полученными по полной нелинейной модели.
Также на основе компьютерного моделирования переходных процессов по полной модели проведен анализ динамической устойчивости рассматриваемой одномашинной системы при изменении нагрузки. Показано, что без дополнительного регулятора система динамически неустойчива при всех рассмотренных вариантах изменения нагрузки. Также дополнительные регуляторы (ПИ, ПД, ПИД) без перенастройки их параметров на новый, соответствующий измененному значению нагрузки установившийся режим, не обеспечивают динамическую устойчивость. Только изодромный регулятор без изменения настроек способен сохранить устойчивость системы при некоторых вариантах изменения нагрузки.
Для обеспечения динамической устойчивости одномашинной системы при изменениях нагрузки предлагается способ перенастройки дополнительного регулятора синхронного генератора, в основе которого разработанный в главе 2 способ синтеза типовых регуляторов. На основе компьютерного моделирования переходных процессов рассматриваемой одномашинной системы при изменении нагрузки показано, что при использовании предлагаемого способа перенастройки регуляторов удается обеспечить динамическую устойчивость при всех рассмотренных вариантах изменения нагрузки.
