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 алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов для демпфирования качаний их роторов после больших возмущений в электроэнергетической сист

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ЗЕЛЕНОХАТ ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА

РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ДЕМПФИРОВАНИЯ КАЧАНИЙ ИХ РОТОРОВ ПОСЛЕ БОЛЬШИХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ

Специальность 05.14.02 – Электростанции и электроэнергетические системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

Москва – 2007

Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические системы» Московского энергетического института (технического университета)

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент

Шаров Юрий Владимирович

Официальные оппоненты доктор технических наук, профессор

Баринов Валентин Александрович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Карпов Валентин Александрович

Ведущая организация ОАО «Энергосетьпроект»

Защита состоится « _9__ » __ноября___ 2007 года в __16___ час. 30 мин.

В ауд. Г–200 на заседании диссертационного совета Д 212.157.03 при

Московском энергетическом институте (техническом университете).

Адрес: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 17

Отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах), заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый совет ГОУ ВПО МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ(ТУ)

Автореферат разослан « ___ » ______________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.03

кандидат технических наук, доцент Бердник Е.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В России и за рубежом в течение многих лет повышенный интерес проявляется к проблеме управления электромеханическими переходными процессами при больших возмущениях в электроэнергетических системах (ЭЭС) и к использованию для ее решения синхронных генераторов на электростанциях, что нашло отражение в многочисленных публикациях как в отечественных, так и в зарубежных изданиях. Высокое быстродействие современных автоматических регуляторов возбуждения (АРВ), и тем более выполняемых на микропроцессорной основе, позволяет достаточно эффективно демпфировать электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах, обусловленные взаимными качаниями роторов синхронных генераторов даже после больших возмущений в системе, включая и наиболее тяжелые короткие замыкания.

Отечественный и мировой опыт эксплуатации показывает, что требуемая высокая эффективность действия АРВ не во всех возможных режимных ситуациях гарантирована. Более того, в зависимости от степени загрузки энергоагрегатов в исходном режиме и от наличия значительной местной нагрузки на электростанциях, а также при работе на выделенный район ЭЭС, содержащей собственные источники генерации активной мощности, могут возникать слабозатухающие качания роторов генераторов и даже их раскачивание с выходом синхронных генераторов из синхронизма.

Для предотвращения таких опасных для ЭЭС явлений, как слабозатухающие качания роторов, приходится вводить ограничения на осуществимость ряда эксплуатационных режимов, в частности ограничивать перетоки мощности по межсистемным связям, более строго регламентировать вывод в ремонт электротехнического оборудования, применять более совершенные АРВ и тиристорные системы возбуждения.



Как известно, для улучшения качества электромеханических переходных процессов в ЭЭС и обеспечения устойчивости работы синхронных генераторов довольно успешно применяются АРВ сильного действия. Их основу составляет автоматический регулятор напряжения с законом регулирования по отклонению напряжения статора генератора, а также корректирующие звенья стабилизации, получившие название в зарубежной терминологии системный стабилизатор (PSS), обеспечивающие создание дополнительных электромагнитных демпферных моментов в генераторе, улучшающих условия затухания качаний его ротора при возмущениях в ЭЭС.

Появление цифровых АРВ второго поколения, создаваемых с применением микропроцессорной техники управления, предопределяет актуальность и целесообразность более обоснованного решения проблемы синтеза алгоритмов управления переходными процессами в ЭЭС с помощью АРВ.

В связи с этим в данной диссертационной работе дается развитие нового подхода к синтезу алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в ЭЭС.

Целью работы является разработка метода синтеза алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов для демпфирования качаний их роторов при больших возмущениях в электроэнергетической системе с ориентацией на использование синтезируемых алгоритмов в АРВ сильного действия, создаваемых на базе микропроцессорной технологии.

Для достижения поставленной цели определены следующие основные задачи:

– проведение теоретических исследований в направлении поиска и разработки нового подхода к синтезу алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в сложной многоагрегатной электроэнергетической системе;

– разработка математической модели ЭЭС в виде, позволяющем осуществлять синтез алгоритмов управления в общей аналитической форме;

– формирование упрощенных алгоритмов управления, исходя из общего решения задачи синтеза для сложной многоагрегатной ЭЭС;

– анализ эффективности разработанных алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов при больших возмущениях в электроэнергетической системе.

Научная новизна работы состоит в следующем:

  1. Разработан новый подход к синтезу алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов с использованием метода структурной аналогии, в основу которого положено условие соответствия диссипативным силам сил, создаваемых формируемыми управляющими воздействиями.
  2. Разработано математическое и алгоритмическое обеспечение для проведения необходимых исследований и выявления новых режимных возможностей синхронных генераторов при использовании в их АРВ синтезированных алгоритмов управления.
  3. Исходя из общего решения задачи синтеза разработаны упрощенные структуры алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов и исследована их эффективность при использовании их в АРВ генераторов в условиях возникновения больших качаний их роторов в простой и многоагрегатной электроэнергетической системе.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались основные положения теории электромеханических переходных процессов в электроэнергетических системах, аналитические методы анализа колебательных переходных процессов, методы математического моделирования и теории оптимального управления, а также методы синтеза алгоритмов управления для автоматических регуляторов сложных систем.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается научно обоснованной постановкой задачи и применением современных методов исследования переходных процессов в управляемых электроэнергетических системах и подтверждается результатами выполненных расчетов с использованием современных вычислительных машин, а также сопоставлением процессов, получаемых без учета и с учетом разработанных алгоритмов управления.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные технически реализуемые алгоритмы управления возбуждением синхронных генераторов могут найти применение в регуляторах возбуждения на микропроцессорной основе (АРВ – М) как на существующих, так и на вновь изготавливаемых генераторах для строящихся электростанций.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы научно – исследовательскими и производственными организациями, занимающимися решением задач управления переходными процессами в электроэнергетических системах и повышением эффективности управления возбуждением синхронных генераторов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены и обсуждены на XI и XIII международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника. Электротехника и энергетика», а также на заседании кафедры «Электроэнергетические системы» МЭИ (ТУ).

Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, двух приложений и списка литературы из 114 наименований. Основной текст содержит 167, включая 89 рисунков. Общий объем диссертации составляет 171 лист.

Во введении обосновывается актуальность работы, формулируется ее цель и основные задачи, характеризуется научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе дан краткий обзор публикаций по решению проблемы повышения эффективности управления возбуждением синхронных генераторов в электроэнергетических системах. Критический анализ результатов проведенных исследований, которые способствовали поиску новых подходов к совершенствованию системы управления возбуждением синхронных генераторов в ЭЭС как в направлении совершенствования АРВ сильного действия (АРВсд) с использованием аналоговой элементной базы, так и по созданию АРВ с использованием микропроцессорной основы.

Дана краткая характеристика исследования по созданию адаптивных АРВ нового типа с использованием при разработке алгоритмов управления теории технических систем с искусственным интеллектом (теории искусственных нейронных сетей и нечеткой логики), а также с использованием теории самонастраивающихся и самоорганизующихся систем управления. Особое внимание уделено работам по созданию адаптивных нечетких регуляторов, по совмещению нечеткого регулятора с обучающимися искусственными нейронными сетями, применению генетических алгоритмов управления для обеспечения настройки регуляторов.

На основе аналитического обзора публикаций сделан вывод, что появление АРВ на микропроцессорной основе (АРВ – М) позволяет реализовывать сложные алгоритмы управления и изменять их в реальном времени и предопределяет необходимость поиска новых подходов к синтезу алгоритмов управления, которые бы более полно учитывали не только режимное состояние генератора, но и самой ЭЭС.

Формируемые на основе различных подходов алгоритмы управления возбуждением синхронных генераторов могут обеспечить достаточно высокое качество переходных процессов в ЭЭС, но имеют свои недостатки, выражающиеся в том, что требуется слишком сложная и не всегда надежная система измерения, сбора и передачи информации для управления АРВ, либо имеет место их слишком «нечеткая» работа в особых режимах, либо непозволительно важная функция по обеспечению работы регулятора (с нечеткой логикой) возлагается на инженерный опыт, то есть на человеческий фактор. Поэтому в полной мере не устраняется необходимость в поиске новых подходов к синтезу алгоритмов управления для АРВ синхронных генераторов.

Во второй главе решается задача синтеза алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в ЭЭС. Формируется математическая модель электроэнергетической системы в виде, позволяющем осуществлять синтез алгоритмов управления в общей аналитической форме.

На основе полученного общего решения задачи синтеза для сложной многоагрегатной системы формируются упрощенные алгоритмы управления возбуждением в форме, удобной для реализации в автоматических регуляторах возбуждения.

Движение роторов синхронных генераторов в ЭЭС описывается известной системой дифференциальных уравнений [16, 28]:

, (). (1)

где и – соответственно механическая мощность турбины и электромагнитная мощность генератора; – постоянная инерции соответствующего энергоагрегата ; – угловая скорость вращения вала энергоагрегата относительно синхронно, а точнее, инерциально вращающейся оси отсчета; –время.





Электромагнитная мощность генератора без учета демпферных моментов определяется по формуле:

,

где – угол сдвига роторов генераторов и : ; и – синхронная ЭДС соответственно генератора и (, ); и – взаимная проводимость и угол этих проводимостей между генераторами и ; и – собственная проводимость и угол этой проводимости для генератора .

Если применить к рассматриваемой ЭЭС теорему о движении центра инерции системы, то уравнение, характеризующее движение всей ЭЭС как целого со скоростью относительно синхронно вращающейся оси:

(2)

Запись в таком виде справедлива, если представлять движение всей ЭЭС как целого в виде эквивалентного генератора , как если бы ЭЭС была заменена одним «эквивалентным» генератором. В этом случае мощность турбины и электромагнитная мощность такого генератора определяются:

, ,

а угловая скорость вращения ротора такого генератора и постоянная инерции:

; .

Получаемое на основе (1) и (2) дифференциальное уравнение движения ротора генератора относительно ротора «эквивалентного генератора»:

, (3)

где – скорость относительного движения ротора генератора относительно ротора «эквивалентного» генератора: ; .

Вынужденная ЭДС и синхронная ЭДС связаны между собой дифференциальным уравнением:

(4)

где и – соответственно вынужденная ЭДС и проекция переходной ЭДС на поперечную ось ротора генератора ; – постоянная времени обмотки возбуждения синхронного генератора .

Если формирование ЭДС осуществлять в функции двух составляющих и таким образом, чтобы одна из них обеспечивала компенсацию электромагнитной инерционности роторной цепи (), а другая изменялась бы в соответствии с заданием, то на основе (4) можно записать:

. (5)

Для реализации (5) в системах возбуждения асинхронизированных синхронных машин используется принцип жесткой отрицательной обратной связи по току ротора, что применимо и для синхронных генераторов.

Задавшись для генератора , где есть составляющая, явно не зависящая от управляющего воздействия , на основе (2) – (5) нетрудно определить составляющую электромагнитной мощности, в явном виде зависящую от управляющего воздействия :

. (6)

Теоретическими исследованиями доказано, что при введении в ЭЭС сил в виде обеспечивается рассеивание избыточной кинетической энергии взаимного движения роторов синхронных генераторов в ЭЭС. Выражение в форме в механике принято называть функцией рассеивания или диссипативной функцией Релея. Это означает, что при наличии диссипативных сил в ЭЭС, как динамической системы, происходит диссипация избыточной энергии, обусловленной появлением в ЭЭС резкого возмущения.

Для подтверждения этого выполнены расчеты переходного процесса в трехмашинной ЭЭС при резком возмущении в виде короткого замыкания в ее электрической сети (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Характеристики углов , и при  = 0.

На рис. 1 представлены характеристики, полученные при неучете демпферных моментов и при нулевом значении управляющего воздействия .

Анализ этих характеристик показывает, что в ЭЭС наблюдается очень медленно затухающий переходный процесс при больших размахах взаимных качаний роторов синхронных генераторов.

Для сопоставления на рис. 2 представлены характеристики переходного процесса, полученные расчетом при тех же условиях, что и в предыдущем случае, но при введении диссипативных сил на всех трех генераторах в виде . Анализ этих характеристик показывает, что можно определить такие значения коэффициентов , при которых обеспечивается быстрое демпфирование взаимных качаний роторов генераторов.

Рис. 2. Характеристики изменения углов , и при  = 0 и при = 31,4 о.е.

Теоретически доказано и выполненными расчетами подтверждено, что выражение отражает действие диссипативных сил, обеспечивающих рассеивание избыточной энергии ЭЭС. С учетом этого, полагая, что воздействием создаются диссипативные силы в виде имеем:

. (7)

Получено базовое уравнение для синтеза алгоритмов управления возбуждением синхронных генераторов в ЭЭС. Предлагаемый подход к синтезу алгоритмов управления назван методом структурной аналогии.

После преобразований и упрощений на основе (5) для удаленного синхронного генератора в ЭЭС имеем:



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.