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 |

алгоритмов управления и исследование применения электрического торможения для повышения динамической устойчивости развивающейся энергодефицитной

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи


Баатарын Пурэвсурэн

Разработка алгоритмов управления и исследование применения электрического торможения для повышения динамической устойчивости развивающейся энергодефицитной

энергосистемы

Специальность: 05.14.02 – «Электрические станции

и электроэнергетические системы»

автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009 г.

Работа выполнена на кафедре Электроэнергетических систем 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,

старший научный сотрудник

Карпов Валентин Александрович

Ведущая организация: ОАО «Энергосетьпроект»

Защита состоится « 5 » июня 2009 года в 15 час. 00 мин. в аудитории Г-200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при Московском энергетическом институте (Техническом университете), по адресу: г. Москва, Красноказарменная ул., д.17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ (ТУ).

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

Автореферат разослан « …. » мая 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.03

кандидат технических наук, доцент Бердник Е.Г.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Энергетическая система (ЭЭС) Монголии является динамично развивающейся энергодефицитной системой с предпосылками для превращения её в энергоизбыточную.

В настоящее время ЭЭС Монголии характеризуется тем, что в ней определённая часть нагрузки покрывается за счёт передачи по межсистемной связи электроэнергии из ЕЭС России. Нарушение её синхронной работы происходит, главным образом, вследствие возмущений на межсистемной линии электропередачи или в приёмной части энергосистемы. Наиболее тяжелым возмущением является такое, когда происходит разрыв связи с ЕЭС России, так как в этом случае резко снижается частота и становиться неизбежным отключение части нагрузки в энергосистеме Монголии. Поэтому возникает крайняя необходимость разработки мероприятий по сохранению её устойчивости даже в случае маловероятных, но тяжелых возмущений в виде коротких замыканий.

Для энергодефицитных электроэнергетических систем при наличии связи с достаточно мощной ЭЭС характерным является то, что при нарушении устойчивости их работы после резких возмущений, в отличие от энергоизбыточных ЭЭС, частота снижается и вместо выбега роторов синхронных генераторов наблюдается их затормаживание. В этом случае для сохранения устойчивости может оказаться целесообразным кратковременное отключение части нагрузки в энергодефицитной ЭЭС, чтобы тем самым создать эффект, аналогичный применению электрического торможения генераторов в энергоизбыточной ЭЭС.



По мере своего развития и сооружения новых электростанций энергодефицтиная ЭЭС может стать энергоизбыточной и в этом случае потребуется применять электрическое торможение синхронных генераторов, но уже в виде подключаемых к шинам электростанций тормозных резисторов.

Дискретное управление нагрузкой электропотребления для повышения динамической устойчивости ЭЭС можно рассматривать как средство противоаварийного управления динамической устойчивостью энерго-дефицитной энергосистемы и применять его лишь относительно такой части нагрузки, для которой допустимы кратковременные перерывы в электропитании.

Поэтому становиться актуальными исследования по разработке алгоритмов управления и исследованию эффективности применения электрического торможения синхронных генераторов в виде подключаемых тормозных резисторов к шинам электростанций и кратковременного отключения нагрузки в развивающейся энергодефицитной энергосистеме для повышения её динамической устойчивости.

Целью данной работы является решение комплекса задач, связанных с разработкой алгоритмов управления электрическим торможением синхронных генераторов для повышения динамической устойчивости энергодефицитной ЭЭС при резких возмущениях её режима и исследование их эффективности применительно к развивающейся энергодефицитной электроэнергетической системы Монголии.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. На основе энергетического подхода применительно к простейшей энергосистеме разработана математическая модель для синтеза алгоритмов управления электрическим торможением синхронных генераторов в виде подключаемых к шинам электростанции тормозных резисторов и получены соответствующие алгоритмы управления.
  2. Разработана математическая модель для двухмашинной схемы энергосистемы, позволяющая на основе метода площадей обосновать эффективность применения электрического торможения в виде кратковременного отключения части нагрузки в энергодефицитной подсистеме и разработать соответствующие алгоритмы управления.
  3. Выполненными расчётами динамической устойчивости применительно к сложной многомашинной энергосистеме Монголии с учётом действующих в ней автоматических регулирующих устройств доказана эффективность применения многократного электрического торможения в виде подключаемых тормозных резисторов и кратковременно отключаемой части нагрузки для повышения её динамической устойчивости.

Методы исследования. При исследовании использовались аналитические методы теории электромеханических систем, методы анализа динамической устойчивости и математического моделирования ЭЭС, теория электрических систем и управления их переходными режимами, численные методы расчёта переходных процессов ЭЭС с применением современных вычислительных машин.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается научно обоснованной постановкой задачи и применением современных методов исследования переходных процессов в электроэнергетических системах и подтверждается результатами выполненных расчётов с использованием современных вычислительных машин. Достоверность разработанных алгоритмов управления электрическим торможением в виде подключаемых тормозных резисторов и кратковременно отключаемой части нагрузки подтверждена сопоставлением характеристик переходного процесса при применении электрического торможения и при его отсутствии.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные математические модели могут быть использованы в проектных, научно-исследовательских и производственных организациях Монголии при аналитических исследованиях эффективности применения электрического торможения генераторов для сохранения динамической устойчивости ЭЭС, в частности могут быть использованы в ЭЭС Монголии разработанные алгоритмы дискретного управления электрическим торможением генераторов с помощью тормозных резисторов и кратковременного отключения части нагрузки энергодефицитной ЭЭС Монголии.

Апробация диссертационной работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XIV и XV международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиотехника, электроника и энергетика» в 2008 и 2009 годах (г. Москва, МЭИ), а также на заседании кафедры «Электроэнергетические системы» Московского энергетического института (Технического университета).

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

Структура и объем диссертаций. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 84 наименований. Содержание работы изложено на 148 страницах, иллюстрировано 78 рисунками и 13 таблицами.

СОДЕРЖНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируются её цели и основные задачи работы, отражающие научную новизну и практическую значимость диссертации, а также даётся краткое содержание диссертационной работы.

В первой главе дана характеристика энергосистемы Монголии как развивающейся энергодефицитной системы. Дан краткий анализ современного состояния электроэнергетической системы Монголии, история развития, перспективы развития. Рассмотрены вопросы динамической устойчивости при возмущениях в виде короткого замыкания (КЗ) как и в энергодефицитной, так и в энергоизбыточной ЭЭС Монголии.

Проведённое исследование динамических свойств ЭЭС Монголии позволило выявить ряд случаев нарушении её динамической устойчивости, что особо актуально для энергоизбыточной системы Монголии, какой она станет в связи с её развитием. Показано, что становиться актуальной задачей сохранение динамической устойчивости ЭЭС Монголии и поиск мероприятий по сохранению её динамической устойчивости при коротких замыканиях в различных точках электрической сети.

Наличие в ЦЭЭС Монголии слабозагруженных длинных линий электропередачи выдвигает задачу обеспечения динамической устойчивости в разряд первостепенных и является основанием для проведения соответствующих исследований.

Во второй главе основное внимание уделено применению энергетического подхода к синтезу алгоритмов управления электрическим торможением для повышения динамической устойчивости электро-энергетической системы. Рассмотрены вопросы составлению упрощённых математических моделей ЭЭС для аналитического исследования динамической устойчивости электроэнергетической системой и выявлению возможности управления переходным электроэнергетическим процессом в ЭЭС с помощью электрического торможения с применением энергетического подхода для синтезу алгоритмов управления, успешно используемого для разработки алгоритмов управления в сложных ЭЭС.

Рассмотрены возможности применения электрического торможения для сохранения динамической устойчивости ЭЭС. Электрическое торможение осуществляется подключением нагрузочных или тормозных сопротивлений к электрической схеме системы, а также изме­нение её параметров, например сопро­тивлений некоторых её элементов, влияющих на изменение мощности генераторов. Изменение тормозных сопротивлений может осуще­ствляться с помощью управляющих устройств в функ­ции времени в соответствии с каким-либо принятым алгоритмом непрерывного либо дискретного действия.

В обоих случаях эффективность электрического торможения зависит от используемого алгоритма управления. Согласно тео­рии оптимального управления, в устройствах электрического торможения, как и в любых других устройствах управления, дол­жен быть заложен принцип обратной связи, который выражается в учете информации о поведении управ­ляемого генератора и приемной части энергосис­темы. Необходимо косвенно либо непосредственно контролировать величину угла сдвига ротора такого генера­тора относительно ротора «эквивалентного» генера­тора приёмной части ЭЭС, можно сказать обобщенного угла, и реагировать на его изменение. В алгоритмы управляющих устройств электрического торможения целесообраз­но включать непосредственно либо косвенно опреде­ляемые угол сдвига ротора синхронного генератора и его производные.

Исследование эффективности уп­равления электрическим торможением в целях улучшения динамической устой­чивости системы можно выполнять с ориентацией на то, что тормозные сопротивления подключаются с по­мощью быстродействующего элегазового или вакуумного выключателя с предель­но малым временем запаздывания.

В качестве тормозных сопротивлений можно использовать нихромовые ленты, проводящие электротехнические бетоны либо специально разработанные для этой цели композитные материалы.





Рассмотрено применение энергетического подхода к решению задачи синтеза алгоритмов управления электрического торможения на примере простой схемы ЭЭC. Суть этого подхода заключается в том, что производная по времени t от полной механической энергии системы V с течением времени убывает, т.е. отвечает условию < 0, причём , где – кинетическая энергия относительного движения ротора синхронного генератора, – его потенциальная энергия.

Применительно к условию рассматриваемой задачи и схеме на рис. 1, после преобразований имеем:

, (1)

где – составляющая электромагнитной мощности, зависящая от управляющего воздействия uЭТ в виде тормозного сопротивления RЭТ, подключаемого к шинам электростанции (рис. 1).

 Схема простой -6

Рис. 1. Схема простой электроэнергетической системы (а), и её схема замещения (б)

На основе энергетического подхода аналитическое выражение для uЭТ определяется решением квадратичного уравнения относительно управляющего воздействия uЭТ и может быть представлено в виде:

, (2)

где обозначено:

; (3)

, (4)

где E, U, Xa, Xb – параметры режима и схемы энергосистемы (рис. 1, б); – сопротивление; и – угол сдвига ротора генератора Г1 и скорость ; ; k – коэффициент.

Таким образом, получен алгоритм управления электрическим торможением в виде нелинейной зависимости от параметров режима синхронного генератора и параметров схемы электрической системы. Проведенные исследования показывают, что перед корнем в (2) следует принимать знак плюс.

Исследована эффективность алгоритма управления электрическим торможением в виде (2) на примере простой ЭЭС (рис. 1). Вблизи генератора на одной из цепей линии электропередачи происходит трехфазное КЗ, которое отключается через 0.15 с. Без применения электрического торможения в ЭЭС происходит нарушение динамической устойчивости

На рис. 2 представлены угловые характеристики мощности турбины РТ и генератора РЭЛ для исходного (I), аварийного (II) и для послеаварийного режима при отключенном (III) и при включенном (IV) электрическом торможении с учетом того, что изменение величины RЭТ происходит в соответствии с алгоритмом (2).

 Угловая характеристика мощности-15

Рис. 2. Угловая характеристика мощности генератора при управлении электрическим торможением в соответствии с алгоритмом управления (2)

На рис. 2 с одинарной штриховкой показана площадка ускорения, а двойной – площадка торможения. Анализ их показывает, что динамическая устойчивость ЭЭС при рассматриваемом виде возмущения и при применении электрического торможения в виде подключаемого тормозного сопротивления RЭТ и изменяемого в соответствии с алгоритмом (2) (рис. 3, б) сохраняется в первом цикле качаний ротора генератора.

На рис. 3 представлены результаты расчёта переходных процессов во времени с учётом электрического торможения в соответствии с алгоритмом (2).

 Характеристика переходного-16

Рис. 3. Характеристика переходного процесса 12(t) при управлении электрическим торможением в соответствии с синтезированным алгоритмом управления (а)

и характеристика изменения величины RЭТ во времени (б)

Действием электрического торможения во втором цикле качаний ротора обеспечивается достаточно интенсивное их затухание (рис. 3, а). Следовательно, разработанный подход к синтезу алгоритмов управления электрическим торможением достаточно эффективен, так как в ЭЭС после резкого возмущения её режима в виде тяжёлого трехфазного КЗ обеспечивается интенсивное затухание качаний ротора синхронного генератора.

В целях упрощения условий практической реализации электрического торможения непрерывного действия с определением управляющего воздействия по формуле (2) целесообразно осуществить переход к дискретному электрическому торможению с постоянным сопротивлением RЭТ. Определяемое в соответствии с (2) управляющее воздействие принимаем равным при , т.е. при знаке >0, так как практически трудно изменять сопротивление во времени.

В этом случае общее условие включения и отключения тормозного сопротивления преобразуется к виду:

при , включается тормозное сопротивление RЭТ; (5)

при , отключается тормозное сопротивление RЭТ.

На рис. 4, а, б представлены результаты расчета переходных процессов с учетом электрического торможения в виде постоянного по величине тормозного сопротивления.

 Характеристика переходного-23

Рис. 4. Характеристика переходного процесса при управлении постоянным электрическим торможением (а) и характеристика изменения величины RЭТ во времени (б)

Анализ этих характеристик показывает, что динамическая устойчивость ЭЭС при рассматриваемом виде возмущения и при применении электрического торможения в виде двухкратного параллельного подключаемого тормозного сопротивления RЭТ (рис. 4, б) сохраняется в первом цикле качаний ротора генератора. Действием электрического торможения во втором цикле качаний ротора обеспечивается достаточно интенсивное затухание качаний ротора генератора ЭЭС (рис. 4, а).

При применении электрического торможения также в виде параллельно подключаемого тормозного сопротивления RЭТ, но изменяемого в соответствии с (2), также обеспечивается демпфирования качаний ротора (рис. 3). Это означает, что разработанные подходы к синтезу алгоритмов управления электрическим торможением достаточно эффективны, но проще осуществлять дискретное управление с постоянной величиной тормозного сопротивления.

В третьей главе дано обоснование применения электрического торможения генераторов управляемым воздействием на нагрузку электрической сети. Проведены исследования в направлении преобразования основных математических соотношений для двухмашинной энергосистемы и применения их для анализа устойчивости простой электроэнергетической системы с использованием метода площадей. Дано обоснование эффективности применения электрического торможения в целях предотвращения нарушения динамической устойчивости ЭЭС. В отличие от проведенных исследований в предыдущей главе в качестве электрического торможения применено дискретное управление нагрузкой в энергодефицитной подсистеме ЭЭС.



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.