Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА КАК ОБОБЩЕННОГО ПАРАМЕТРА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩЕГО СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ

Поляхов Н.Д. 1 Приходько И.А. 1 Рубцов И.А. 1
1 ФГБ ОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)», Санкт-Петербург
В работе предложен оригинальный метод определения внешнего индуктивного сопротивления эквивалентного синхронного генератора, замещающего электростанцию в схеме «станция – линия – шины». Подобное эквивалентирование допустимо, поскольку при экспериментальной оценке устойчивости электростанций, примыкающих к энергосистеме, при разработке и наладке систем регулирования возбуждения наиболее определяющим является общее одночастотное движение исследуемых агрегатов относительно мощных энергообъединений. Схема электрических соединений заменяется линией с внешним индуктивным сопротивлением, и использование эквивалентной схемы обуславливает необходимость его определения. Метод определения внешнего индуктивного сопротивления дает дополнительную информацию об угле нагрузки генератора и о внешнем угле нагрузки, что также может использоваться в целях управления и настройки параметров стабилизатора (регулятора) возбуждения.
система регулирования возбуждения
внешнее индуктивное сопротивление
энергосистема
1. Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и устойчивость. – М.: Энергия, 1980.
2. Веников В. А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. – М.; Л.: Энергия, 1985. – 537с.
3. Приходько И. А. Алгоритм расчета индуктивного внешнего сопротивления синхронного генератора // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ», СПб., 2009. - Вып.1. – С. 41–46.
4. Юрганов А. А., Кожевников В. А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. – СПб.: Наука, 1996. – 138 с.
5. Roth A. Identifikation der Leitungsreaktanz zur Realisierung der adaptiven Schlupfstabilisierung // Brown Boveri Mitt. – 1983. – Bd 70, № 9/10. – P. 360−364.
Задача выбора оптимальных параметров автоматического регулятора возбуждения (АРВ) синхронного генератора (СГ), работающего в энергосистеме, эффективно решается на основе эквивалентной схемы «станция - линия - шины» [1], [4]. Такое эквивалентирование допустимо, так как, согласно экспериментальным исследованиям, при оценке устойчивости электростанций, примыкающих к энергосистеме, при выборе и наладке систем регулирования возбуждения в большинстве случаев определяющим является общее одночастотное движение агрегатов относительно мощных энергообъединений. В результате этого вывода в [4] предложена схема замещения энергообъединения шинами неизменного по фазе напряжения, расположенного в центре электрических качаний. Схема электрических соединений заменяется линией с внешним индуктивным сопротивлением f. Использование эквивалентной схемы и является причиной его определения.

Метод определения f на основе измерения напряжения, суммарных активной и реактивной мощностей электростанции также изложен в [4]. Недостатком метода является необходимость реализации двух установившихся режимов станции для идентификации. В приборе фирмы ABB [5] «f - идентификатор» при оценке предполагаемого значения f,  наряду с напряжением и мощностями, используется информация о внешнем угле нагрузки (угле между векторами напряжения станции и сети). На основе определенного значения , а также измеренных активной мощности и частоты напряжения, формируются параметры адаптивного стабилизатора. Недостатки метода фирмы ABB: невозможность точного определения внешнего угла нагрузки; необходимость значительного возмущения во внешней сети для идентификации; сложность оценки погрешности вычислений.

В предлагаемом методе вычисления f требуется знание активной и реактивной мощностей электростанции, а также активной составляющей тока статора генератора. Вычисление f системы «станции - линия - шины» по измерениям электрических величин дает возможность уточнения параметров модели синхронного генератора и соответственной перенастройки параметров системных стабилизаторов АРВ синхронных генераторов (рис.1) с целью поддержания необходимого демпфирования электромеханических колебаний.

pic

Рис. 1

Наряду с общепринятыми обозначениями, дополнительно указаны: СВ - система возбуждения; ЭС - энергосистема; Uз - напряжение задания.

В качестве механизма настройки параметров системного стабилизатора под обновленное значение  может быть использована соответствующим образом построенная таблица соответствия «f  /параметры АРВ».

Представленный метод оценивания f дает  дополнительную информацию об угле нагрузки генератора и о внешнем угле нагрузки, что также может использоваться в целях настройки параметров стабилизатора возбуждения.

Приняты следующие допущения [3]: используется упрощенная математическая модель внешнего движения эквивалентного генератора станции в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2; активные сопротивления генератора и линии полагаются равными нулю; синхронный генератор - неявнополюсный.

pic

Рис. 2

Известными считаются: напряжение генератора f; активная P и реактивная f мощности  эквивалентного генератора, замещающего электростанцию; активная составляющая тока статора f (или напряжение сети Uc). Внешнему индуктивному сопротивлению f, согласно рис. 2, соответствует внешний угол нагрузки f, для которого составлены тригонометрические уравнения  f  fгде a, b, c - параметры уравнений, подлежащие определению.

В основе расчетов лежат известные уравнения схемы «станции - линия - шины» [2], [4].

Угол нагрузки генератора: f, где f - индуктивное сопротивление генератора по продольной оси.

ЭДС генератора: f.

 В вычислительном отношении метод определения внешнего угла нагрузки f основан на следующих двух алгоритмах [3]:

Алгоритм 1. Записываются  выражения для определения активной мощности:

f , где f - полный угол нагрузки; f.  После замены левых частей первого и третьего уравнений на правую часть второго и сокращения полученных уравнений на f получим:

f            (1)

Вычитание из первого уравнения второго дает: f,

или

f.                          (2)

Обозначим: f, тогда уравнение (2) примет вид:

f.                                                   (3)

В результате решения (3) определяется внешний угол нагрузки f.

Алгоритм 2. Используются формулы для определения активной и реактивной мощности генератора: f; f.

После сокращения первого уравнения на f и второго на f  получим выражения для активной и реактивной составляющих тока статора:

f; f, где f.

Из полученных выражений для f и f следует уравнение

f                                                 (4)

Обозначим f, тогда уравнение (4) примет вид

f                             .                                                   (5)

Решением (5) определяется внешний угол нагрузки f.

Полный угол нагрузки f.

Из первого уравнения (1) следует выражение для вычисления суммарного индуктивного сопротивления f.

Индуктивное внешнее сопротивление f.

Предложенный способ реализован с помощью  Toolbox Simulink/Matlab. Уравнения (3), (5) имеют два решения, из которых выделяется требуемое. На рис. 3, 4 представлены схемы определения f в Toolbox Simulink/Matlab.

При использовании  алгоритма 1 (рис. 3) вводятся следующие параметры: активная и реактивная мощность генератора f о.е., f = 0,173 о.е.; напряжение генератора

f=1о.е. (на схеме - Ug); напряжение сети Uc=1,014 о.е.; индуктивное сопротивление генератора по продольной оси f= 1,698 о.е.

В результате получены:

  • угол нагрузки генератора f рад. (на схемах - tetag);
  • ЭДС генератора f= 1,938 о.е. (на схемах - Eg);
  • коэффициенты f;
  • внешний угол нагрузки f= 0,4608 рад. (на схемах - tetal);
  • полный угол нагрузки f=1,3 рад. (на схемах - teta);
  • суммарное индуктивное сопротивление f=2,2284 о.е. (на схемах -f );
  • индуктивное внешнее сопротивление f= 0.53 о.е. (на схемах - f).

При использовании  алгоритма 2 (рис. 4)  вводятся такие параметры: активная и реактивная мощность генератора f о.е., Q= -0,402 о.е.; UГ= 1о.е.; активная составляющая тока f= 0,6334 о.е.; f= 1,698 о.е.

  В результате получены:

  • угол нагрузки генератора f рад.;
  • ЭДС генератора f =1,478 о.е.;
  • коэффициенты f;
  • внешний угол нагрузки f= 0,3898 рад.;
  • полный угол нагрузки f= 1,7438 рад.;
  • суммарное индуктивное сопротивление f= 2,298 о.е.;
  • индуктивное внешнее сопротивление f= 0,6.

pic

pic

Предложен простой метод определения индуктивного внешнего сопротивления синхронного генератора как обобщенного параметра, характеризующего состояние энергосистемы. Знание внешнего индуктивного сопротивления позволяет сократить расходы на дорогостоящие измерительные эксперименты и автоматически устанавливать оптимальные значения параметров регуляторов системы возбуждения.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках госконтракта № 539 от 17.05.2010.

 

Рецензенты:

Шестаков Вячеслав Михайлович, доктор технических наук, профессор, профессор  ПИМаш, г. Санкт-Петербург.

Микеров Александр Геннадьевич, доктор технических наук, профессор, профессор СПбГЭТУ, г. Санкт-Петербург.


Библиографическая ссылка

Поляхов Н.Д., Приходько И.А., Рубцов И.А. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНЕШНЕГО ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА КАК ОБОБЩЕННОГО ПАРАМЕТРА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩЕГО СОСТОЯНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 5. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=7253 (дата обращения: 25.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074