авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Разработка и выбор структуры алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в энергосистеме

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЛЯНЗБЕРГ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ВЫБОР СТРУКТУРЫ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ

Специальность 05.14.02 «Электрические станции и электроэнергетические системы»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2010 г.

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы» Московского Энергетического института (Технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Зеленохат Николай Иосифович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шакарян Юрий Гевондович

кандидат технических наук,

Жданов Евгений Васильевич

Ведущая организация: ОАО «Институт Энергосетьпроект»

Защита диссертации состоится «19» ноября 2010 года в 15 час.00мин. в аудитории Г-200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Московском энергетическом институте (Техническом университете), по адресу: 111250, г.Москва, Красноказарменная ул., д. 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского энергетического института (Технического университета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., д.14, Ученый Совет МЭИ(ТУ).

Автореферат разослан «18» октября 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.03

кандидат технических наук, доцент Бердник Е.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. К проблеме управления переходными процессами в электроэнергетических системах (ЭЭС) воздействием на возбуждение синхронных генераторов на электростанциях в течение уже многих десятилетий проявляется повышенный интерес, как в России, так и в других странах по мере совершенствования автоматических регуляторов и систем возбуждения. Применение тиристорных систем возбуждения и быстродействующих автоматических регуляторов возбуждения (АРВ), изготавливаемых на базе микропроцессорных технологий, позволяет достаточно эффективно воздействовать на переходные режимы в ЭЭС даже при больших возмущениях, включая и короткие замыкания, обеспечивая демпфирование электромеханических переходных процессов, сопровождающиеся взаимными качаниями роторов синхронных генераторов в ЭЭС. Однако их эффективность в значительной мере зависит от используемых в АРВ алгоритмов управления (законов регулирования).

Опыт эксплуатации АРВ с обычно используемыми алгоритмами управления показывает, что их эффективность проявляется не во всех возможных реальных условиях работы ЭЭС и, в частности, при увеличении местной нагрузки на электростанциях, тем более удаленных от основной части ЭЭС, при глубоком изменении загрузки генераторов, при работе их на выделенный район ЭЭС. В таких ситуациях в энергосистеме могут возникать автоколебательные либо слабозатухающие качания роторов синхронных генераторов, а также и самораскачивание с последующим выходом их из синхронизма. Поэтому продолжает оставаться актуальной проблема поиска новых подходов к формированию алгоритмов управления для АРВ, обеспечивающих их эффективную работу при возмущениях в ЭЭС.



В этом направлении ведутся исследования на кафедре «Электроэнергетические системы» МЭИ(ТУ) по пути синтеза и выбора структур алгоритмов управления для АРВ с применением теории управления динамическими системами и теории оптимального управления, а также учеными других отечественных и зарубежных организаций, причем в большей мере по пути применения теории управления с элементами «искусственного интеллекта».

В связи с этим в данной диссертационной работе даётся развитие энергетического подхода к синтезу структуры алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов, адаптированных к различным схемно-режимным условиям работы синхронных генераторов в энергосистеме.

Целью работы является развитие энергетического подхода к синтезу алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов по условию демпфирования качаний роторов в направлении разработки и выбора их упрощенной структуры, адаптированной к различным изменениям схемы и режима работы при больших возмущениях в сложной энергосистеме.

Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи:

- проведение теоретических исследований в направлении выбора структуры алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в ЭЭС, адаптивных к схемно-режимным условиям ЭЭС;

- применение отдельных положений механики и теории электроэнергетических систем для выбора структуры алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в сложной энергосистеме;

- исследование эффективности применения упрощенных алгоритмов АРВ с различными структурами в простой и сложной энергосистемах.

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. На основе применения отдельных положений механики и теории электромеханических переходных процессов дано развитие энергетического подхода к синтезу алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов, дано обоснование подхода к выбору их структуры с учетом адаптации к различным схемно-режимным условиям работы энергосистемы.

2. Теоретически и выполненными расчётами доказано, что для повышения эффективности управления возбуждением синхронных генераторов в слабо сконцентрированных сложных энергосистемах при формировании обобщенных параметров режима необходимо корректировать включение генераторов в состав выделяемых и условно эквивалентных подсистем.

3. Проведенными исследованиями доказано, что управление возбуждением генераторов в соответствии с синтезированными на основе энергетического подхода нелинейными алгоритмами по сравнению с упрощенными хотя и более эффективно, однако оно связано с затруднениями при реализации их на практике.

4. Проведены комплексные исследования эффективности использования упрощенных алгоритмов управления для АРВ на микропроцессорной основе на примере простой и сложной энергосистем и осуществлён выбор их структуры, подтвердившие эффективность их адаптации к изменению схемы и режима ЭЭС.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались положения теории электромеханических переходных процессов в энергосистемах, теоретических положений механики, методы математического моделирования и программирования, методы синтеза алгоритмов управления многоагрегатными динамическими системами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается научно-обоснованной постановкой задачи и использованием современных методов исследования переходных процессов в управляемых электроэнергетических системах, подтверждается результатами проведенных расчётов с применением современных компьютерных вычислительных средств, а также сопоставлением переходных процессов без учета и с учетом разработанных упрощенных алгоритмов управления возбуждением генераторов.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Разработанные упрощенные алгоритмы управления возбуждением синхронных генераторов технически реализуемы в автоматических регуляторах возбуждения нового типа на микропроцессорной основе, которыми оснащаются вновь изготавливаемые крупные генераторы на строящихся электростанциях.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы научно-исследовательскими и проектными организациями, а также специализированными производственными предприятиями, занимающимися решением задач управления возбуждением синхронных машин. Они могут быть использованы также при создании автоматизированной системы управления переходными режимами в ЕЭС России на базе системы мониторинга переходных режимов(СМПР).

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиотехника, электроника и энергетика» в 2009 и 2010 годах (г.Москва, МЭИ), на Всероссийской научно-практической конференции «Повышение надежности и эффективности эксплуатации электростанций и энергосистем – Энерго-2010» (г.Москва, МЭИ), а также на заседании кафедры «Электроэнергетические системы» Московского энергетического института (Технического университета).

Опубликованные работы. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ в виде статей и тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, приложения и списка литературы, включающего 124 наименования. Основной текст содержит 109 страниц, включая 59 рисунков. Общий объём диссертации составляет 125 листов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности работы, сформулирована её цель и поставлены основные задачи. Характеризуется научная новизна и практическая значимость диссертации.

В первой главе дан краткий обзор публикаций по проблеме управления переходными электромеханическими процессами в электроэнергетической системе и рассмотрены пути её решения с применением автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов на электростанциях. На основе анализа структур алгоритмов различных типов применяющихся на практике и разрабатываемых АРВ обоснована необходимость в продолжении поиска новых подходов к синтезу алгоритмов управления, в большей мере адаптированных к различным схемно-режимным условиям работы энергосистем при ограниченном потоке используемой информации из энергосистемы для формирования управляющих воздействий в АРВ.

Поиск таких подходов к синтезу и выбору структур управления в соответствии с теорией оптимального управления и, тем более, созданию кибернетических систем должен быть ориентирован на действенность формируемых управляющих сигналов, что важно найти математически не столь строго оптимальное решение, оно может быть и близким к нему – квазиоптимальным, но чтобы с учетом его реализации и затрат времени на измерение, преобразование, передачу и использование информации в АРВ не утрачивалась действенность, т.е. эффективность управления переходными процессами в ЭЭС с помощью АРВ. С учетом этого и определена направленность диссертационной работы – поиск упрощенных алгоритмов управления с использованием минимально допустимого объема поступающей из энергосистемы информации.

Во второй главе дано развитие энергетического подхода к синтезу алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в электроэнергетической системе.

В общем случае влияние АРВ на переходные электромеханические процессы в ЭЭС выражается в создании диссипативных сил, обеспечивающих затухание качаний роторов синхронных генераторов. С учетом этого на основе известных положений теоретической механики при синтезе алгоритмов управления возбуждением генераторов можно исходить из условия создания на генераторах демпферных моментов, подобных диссипативным силам , чтобы за счёт действия АРВ обеспечивалось интенсивное затухание переходных процессов в ЭЭС.

Применением теории о движении центра инерции ЭЭС и выполнением преобразований система уравнений движения роторов генераторов в многоагрегатной ЭЭС:

, (1)

приводится к системе дифференциальных уравнений, отражающих движение роторов каждого генератора i относительно ротора «эквивалентного энергоагрегата», отражающего движение роторов всех энергоагрегатов ЭЭС как целого:

(2)

Здесь обозначено:

- скорость относительного движения ротора генератора i;

и - постоянная инерции, мощность турбины и электромагнитная мощность генератора i, причем:





. (3)

и - мощность турбины, электромагнитная мощность и скорость вращения ротора эквивалентного энергоагрегата:

; ; , (4)

- приведенная постоянная инерции энергоагрегата:

.

Электромагнитные переходные процессы в обмотке ротора синхронного генератора описываются уравнением:

, (5)

где постоянная времени обмотки возбуждения ротора генератора i;

- проекция переходной ЭДС на поперечную ось q ротора синхронного генератора i;

- вынужденная ЭДС, пропорциональная подводимому к обмотке возбуждения ротора напряжению возбуждения;

- синхронная ЭДС.

Последний член (5) есть ЭДС самоиндукции, которая может быть интерпретирована как электромагнитная инерционность роторной цепи генератора i. Введением отрицательной обратной связи по току ротора, как это делается для асинхронизированных синхронных машин, можно создать эффект устремления постоянной к нулю и записать, а ЭДС представить в виде:

, (6)

обозначив составляющую как независящую от управляющего воздействия , - составляющая ЭДС .

Для затухающего переходного процесса в ЭЭС характерно убывание энергии взаимных качаний роторов синхронных генераторов ЭЭС.

С учетом этого и (3), (4), (6) получено квадратичное уравнение для определения управляющего воздействия в виде:

, (7)

где обозначено

; ; ;

- собственные и взаимные проводимости для генераторных узлов i и j и их фазы.

Решением уравнения (7) определяется управляющее воздействие в функции параметров режима генераторов ЭЭС, что позволяет его формировать в виде обратных связей в АРВ. Однако требуется измерять углы сдвига роторов генераторов, скорости их изменения и ЭДС генераторов и передавать для использования в АРВ, что технически реализовать крайне сложно. Поэтому на основе (7) посредством преобразований сформирован упрощенный алгоритм управления, не содержащий углы сдвига роторов генераторов .

, (8)

где обозначено ,

причём измеряется на выводах статора или при расчётах определяется по формуле (3).

При таком преобразовании резко сокращается поток передаваемой информации к АРВ генераторов в ЭЭС, что повышает быстродействие и надежность их работы. Однако при изменениях структуры электрической сети необходимо контролировать и в случае необходимости определить значение составляющей мощности . Поэтому проведены исследования по упрощению структуры алгоритма (8).

В результате этого получены упрощенные алгоритмы в виде:

(алгоритм 1);

(алгоритм 2);

(алгоритм 3);

(алгоритм 4);

(алгоритм 5);

(алгоритм 6),

где обозначено ; ; ;

(алгоритм 7),

причём в алгоритме (7): .

На примере простейшей схемы ЭЭС проведен анализ влияния представленных структур алгоритмов управления на изменение электромагнитной мощности генератора в функции изменении угла сдвига ротора при синхронных качаниях.

В третьей главе проведено исследование эффективности управления переходными электромеханическими процессами с применением разработанных алгоритмов управления в простейшей ЭЭС: генератор –линия –шины бесконечной мощности. Выявлено, что при работе удаленной электростанции при полной загрузке и отсутствии местного отбора мощности нагрузкой эффективность всех структур алгоритмов управления достаточно высокая. Если принять классификацию алгоритмов как линейных (№1) и нелинейных (№2-№7), знак которых меняется не только при изменении знака , но и при выполнении других условий, эффективность нелинейных алгоритмов должна повышаться при изменении знака углов , что подтверждается анализом угловых характеристик мощности для алгоритмов №1, №3 и №4, полученных расчётами.

 Угловые характеристики мощности-59 Угловые характеристики мощности-60 Угловые характеристики мощности-61

Рис.1. Угловые характеристики мощности генератора, скорости относительного движения ротора и управляющего воздействия в функции угла сдвига ротора генератора с учётом ограничения ; 1-5 траектория движения изображающей точки при управлении возбуждением согласно алгоритму №3.

 Угловые характеристики мощности-63 Угловые характеристики мощности-64 Угловые характеристики мощности-65

Рис. 2. Угловые характеристики мощности генератора, скорости относительного движения ротора и управляющего воздействия в функции угла сдвига ротора генератора с учётом ограничения ; 1-5 траектория движения изображающей точки при управлении возбуждением согласно алгоритму №1.



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.