Регулювання збудження синхронного генератора у поперечній осі для підвищення стійкості роботи суднової електростанції

на міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми підвищення ефективності електромеханічних перетворювачів енергії в електромеханічних системах» (м. Севастополь, вересень 2004 р.);

на міжнародній науково-технічній конференції «Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації» (м. Кременчук, травень 2005 р.);

на міжнародній науково-технічній конференції студентів, аспірантів, молодих вчених «Електротехніка й електромеханіка» (м. Миколаїв, листопад 2005 р.);

на Всеукраїнській науково-технічної конференції з міжнародною участю «Проблеми автоматики та електрообладнання транспортних засобів» (м. Миколаїв, травень 2007 р.);

на міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми підвищення ефективності електромеханічних перетворювачів енергії в електромеханічних системах» (м. Севастополь, вересень 2007 р.);

на міжнародній науково-технічній конференції «Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації» (м. Кременчук, травень 2008 р.).

Публікації. Основні результати дослідження викладені в 14 друкованих наукових працях: 9 статей (у тому числі 4 у співавторстві з Подимакою В.І.) опубліковані у виданнях, затверджених ВАК України, отриманий 1 патент України на корисну модель, 4 роботи опубліковані в матеріалах і тезах конференцій.

У вступі обґрунтована актуальність, наукова новизна і практична цінність роботи; показаний зв'язок теми дисертаційної роботи з науковими програмами і з напрямками науково-дослідних робіт; викладений аналіз проблеми, сформульовані мета і наукові задачі, що вирішувалися для досягнення поставленої мети.

У першому розділі розглянуті вимоги, викладені в Морському Регістрі України по відношенню до систем автоматичного регулювання напруги (САРН) суднових синхронних генераторів (СГ), а також до показників якості електроенергії, що виробляється судновими електростанціями (СЕС). Крім того, визначенні етапи розвитку САРН і особливості найбільш відомих конструктивних рішень з погляду експлуатаційних і технічних показників.

Розглянуто застосування у промисловій електроенергетиці синхронних машин (СМ) подовжньо-поперечного збудження, які на відміну від машин одноосьового збудження, використовуваних у СЕС, мають при відповідному регулюванні більш високі показники стійкості і керованості. Це дозволило говорити про новий перспективний напрямок розвитку суднових САРН, що полягає в адаптації і впровадженні СГ подовжньо-поперечного збудження в суднову електроенергетичну систему, розробці ефективних законів регулювання і відповідних автоматичних регуляторів напруги.

Зокрема, у 1985 р. успішно введений в експлуатацію на Бурштинскій ТЕС асинхронізований синхронний турбогенератор АСТГ-200 потужністю 200 МВт. Його основним режимом роботи є синхронний, а ротор містить дві симетричні обмотки збудження, зрушені в просторі на 90 електричних градусів. Автоматичний регулятор збудження генератора містить два канали регулювання, що дозволяють незалежно регулювати момент (активну потужність) і напруга (реактивну потужність) турбогенератора. Причому змінення струму збудження в кожній обмотці задається обома каналами в комбінації з тригонометричними функціями кута вильоту ротора. Для забезпечення рівномірного теплового навантаження індуктора, в автоматичному регуляторі передбачений блок, у якому порівнюються один з одним миттєві значення струмів в обмотках збудження. Якщо вони виявляються різними, то надходить команда на поворот ротора доти, доки він не займе положення, при якому струми будуть однакові. З іншого боку, у багатьох теоретичних роботах показано, що регулювання струму в поперечній обмотці збудження СМ найбільш ефективно для демпфірування коливань ротора при кутах вильоту ротора, близьких до нуля. В АСТГ-200 кут вильоту ротора не підтримується рівним нулеві і визначається рівністю струмів збудження в подовжній і поперечній обмотках. Такий підхід обумовлений необхідністю роботи в досить широкому діапазоні робочих режимів. У той же час, для забезпечення найбільш економічного виробництва електроенергії СЕС проектуються таким чином, щоб завантаження СГ знаходилося в межах 70…90 %. Причому коефіцієнт потужності еквівалентного навантаження має завжди індуктивний характер і зазвичай вище 0,6. Таким чином, суднові СГ працюють у вузькому діапазоні робочих режимів, звідки випливає принципова можливість відмовитися від контролю рівномірності теплового навантаження індуктора, підтримувати кут вильоту ротора рівним нулеві і забезпечувати максимальне демпфірування коливань ротора регулюванням збудження в поперечній осі.

В другому розділі розглянуті математичний опис СМ подовжньо-поперечного збудження та метод дослідження стійкості в малому роботи електроенергетичної системи, представлено опис розробленого програмного забезпечення для розрахунку електромеханічних перехідних процесів.

Для математичного опису електромеханічних процесів, що протікають у СМ подовжньо-поперечного збудження, використані рівняння Парка-Горєва в осях dq, жорстко зв'язаних з ротором.

У рівнянні моментів механічний момент представлений у виді залежності від відхилення частоти обертання ротора:

,

де k ? коефіцієнт пропорційності; _s синхронна кутова швидкість; _r кутова швидкість ротора СМ.

Размещено на http://www.allbest.ru/

У випадках, пов'язаних із синтезом законів регулювання збудження, більш зручно аналізувати рівняння, записані в комплексній формі. Тому окремо розглянутий запис електромагнітних рівнянь синхронної неявнополюсної машини із симетричними обмотками збудження і рівнянь статичного активно-індуктивного навантаження у комплексній формі:

де x_a і x_f власні реактивності обмоток якоря і збудження; x_af і x_fa реактивності взаємоіндукції відповідно якірної з обмоткою збудження й обмотки збудження з якірною; r_a і r_f активні опори обмоток якоря і збудження; r_н і x_н ? активний і індуктивний опори статичного навантаження.

Для аналізу стійкості в малому обраний загальноприйнятий метод першого наближення Ляпунова. Обрана методика дослідження стійкості передбачає наступні етапи: запис повних рівнянь Парка-Горєва для досліджуваної системи і їхня лінеаризація за правилами варіаційного обчислення; визначення характеристичного рівняння системи і його чисельне рішення; визначення ступеня стійкості, як найбільшої дійсної частини коренів характеристичного рівняння.

Надалі під стійкістю буде розумітися стійкість в малому.

Параметри СГ у відносних одиницях мало залежать від потужності машини і змінюються у вузьких межах. Тому для кількісної і якісної оцінки стійкості і перехідних процесів запропоновано аналізувати генератор з наступними усередненими параметрами: індуктивний опір розсіювання обмотки статора x_s = 0,08 в.о.; головний синхронний індуктивний опір x_a = 2 в.о.; перехідний індуктивний опір xґ_a = 0,2 в.о.; активний опір фази обмотки статора r_a = 0,013 в.о.; інерційна стала часу генераторного агрегату T_j = 2000 синхр. с.; стала часу подовжньої (поперечної) обмотки збудження при розімкненому ланцюзі статора T_d0 = 1000 синхр. с. (T_q0 = 500 синхр. с.).

Розглянуто алгоритм і написана мовою Pascal програма розрахунку електромеханічних перехідних процесів, що протікають при підключенні статичного активно-індуктивного навантаження до СГ подовжньо-поперечного збудження. Як чисельний метод інтегрування використаний метод Рунге-Кутта четвертого порядку з фіксованим кроком.

У третьому розділі представлена концепція скомпенсованого синхронного генератора (СкСГ), проаналізовані його основні властивості і конструктивні особливості, проведений синтез закону регулювання збудження і розглянуті статичні режими роботи СкСГ.

Під СкСГ розуміється СГ подовжньо-поперечного збудження, в якому магніторушійна сила (МРС) поперечної обмотки збудження повністю компенсує МРС поперечної реакції якоря. У цьому випадку кут вильоту ротора (далі кут ), тобто кут між поперечною віссю індуктора і вектором напруги, в усіх можливих робочих режимах досить малий (менше 1?), щоб вважати його рівним нулеві. У результаті подовжня і поперечна складові струму якоря СкСГ в усіх усталених режимах є одночасно його реактивною й активною складовими (i_d = i_реак; i_q = i_акт). Це дозволяє значно спростити реалізацію системи регулювання збудження при необхідності введення зворотних зв'язків по проекціях струму статора на осі індуктора.

Для виявлення конструктивних особливостей СкСГ проведений аналіз гармонійного складу кривої розподілу МРС збудження неявнополюсної машини з двома обмотками збудження:

,

де b_n ваговий коефіцієнт гармоніки; n номер гармоніки; F_m максимальне значення МРС; ? кут по окружності індуктора; _n ? кут, обумовлений геометричними параметрами обмоток і співвідношенням струмів у них.

Для раціонального використання обмоток і рівномірного розподілу теплового навантаження по окружності ротора доцільно, щоб у номінальному режимі струми в обмотках збудження були однакові. Показано, що у випадку СкСГ це можна здійснити, якщо використовувати двофазну двошарову несиметричну обмотку збудження, в якій подовжня буде займати дві третини полюсного розподілу, а поперечна третину. У цьому випадку

Гармонійний склад розглянутої обмотки залежить як від укорочення шагу (у рівнянні характеризується електричним кутом , на який зрушені друг щодо друга шари обмоток збудження), так і від співвідношення МРС обмоток i = F_fq / F_fd . Однак, при в = р/3 гармонійний склад відповідає складові одноосьового синхронного генератора і не залежить від i. Саме цей тип обмотки може бути рекомендований для СкСГ у складі СЕЕС.

Для синтезу закону регулювання збудження рівняння СкСГ, записані в комплексній формі, були лінеаризовані і представлені в операторній формі. Вважаючи _r = const та r_a = 0, була отримана залежність варіації напруги статора генератора від варіацій напруги збудження і струму навантаження:

де W_f (p) передатна функція СкСГ по регулюючому впливу; W_i(p) передатна функція СкСГ по збурюючому впливу.

Для реалізації інваріантного регулювання по збурюванню передатна функція регулятора збудження по струму повинна задовольняти рівнянню:

.

Для поліпшення динамічних властивостей СкСГ був введений негативний неодиничний зворотний зв'язок по напрузі генератора:

В результаті закон регулювання збудження СкСГ у загальному виді:

.

В результаті переходу до відносних одиниць і зворотного перетворення Лапласа отриманий закон регулювання в проекціях на осі dq:

де U_хх напруга холостого ходу у відносних одиницях.

При розгляді сталого режиму роботи СкСГ була визначена залежність напруги якоря від струму навантаження:

Таким чином, зовнішня характеристика СкСГ є лінійною залежністю від подовжньої (реактивної) складової струму якоря, а коефіцієнт статизму k_с характеристики визначається співвідношенням коефіцієнтів k_d і k_u.

У четвертому розділі розглянуті питання стійкості СкСГ при роботі на потужну мережу, а також при одиночній роботі на статичне активно-індуктивне навантаження. Крім того, проведений аналіз стійкості і розглянутий вплив нерівномірності ходу приводних двигунів на коливання режимних параметрів при паралельній роботі двох ідентичних СкСГ.

Розглядався наступний закон регулювання, який по відношенню до синтезованого у третьому розділі був доповнений зворотними зв'язками по похідним кута вильоту ротора та частоти обертання :

Спочатку була проаналізована стійкість роботи СкСГ на потужну мережу. Лінеаризовані рівняння СкСГ в операторній формі при нульових початкових умовах була представлена як добуток матриці стану системи A_ps(p) і вектора параметрів F_ps:

Знехтувавши перехідними процесами в обмотках якоря і активними опорами цих обмоток та розв'язавши систему рівнянь щодо варіації струму i_d, отримане наступне характеристичне рівняння

Перший співмножник (p) характеристичного рівняння характеризує тільки механічні коливання ротора і залежить від параметрів сталого режиму та коефіцієнтів зворотних зв'язків у поперечній осі збудження. У той же час другий співмножник залежить від коефіцієнтів підсилення зворотних зв'язків у подовжній осі збудження і визначає один з коренів повного рівняння:

.

Якщо врахувати співвідношення параметрів у сталому режимі і прийняти k₁ = x_a T_q0 k₂₀ і k₁ = T_q0 k₁₀, то характеристичне рівняння (p) у скомпенсованому режимі (k_q = 1) після перетворень має наступний вигляд:

Аналіз рівняння за алгебраїчним критерієм Гурвіца дозволив одержати наступні критерії стійкості:

З критеріїв стійкості і самого рівняння випливає, що:

стійкість слабко залежить від параметрів сталого режиму і цілком визначається параметрами закону регулювання збудження в поперечній осі;

коефіцієнт k повинний бути більший за 1 і не може перевищувати певного значення; збільшення k дозволяє підвищити швидкодію системи;

уведення додатково позитивних зворотних зв'язків у поперечній осі по першій і другій похідній кута вильоту ротора або по відхиленню і першій похідній частоти обертання ротора дозволяє:

по-перше, розширити межі зміни коефіцієнта k;

по-друге, впливати на значення коефіцієнтів характеристичного рівняння, а значить, і на ступінь стійкості системи.

У результаті аналізу коефіцієнтів характеристичного рівняння було показано, що для забезпечення коефіцієнта загасання за один період = 98% необхідно забезпечити наступні співвідношення коефіцієнтів підсилення в поперечній осі збудження:

якщо задано ступінь стійкості

якщо задано коефіцієнт k

Отримані рівняння дозволяють на етапі проектування визначити коефіцієнти підсилення зворотних зв'язків у каналі регулювання збудження, що відповідають необхідним показникам стійкості системи.

Дослідження стійкості роботи генератора з усередненими параметрами в режимі СкСГ і в режимі одноосьового збудження показали, що при роботі на потужну мережу СкСГ має більш високі показники стійкості в усьому діапазоні робочих режимів, а величина ступеня стійкості на відміну від режиму одноосьового збудження мало залежить від параметрів робочого режиму. синхронний генератор судновий електроенергетичний

Окремо був досліджений одиночний режим роботи СкСГ на статичне активно-індуктивне навантаження. Лінеаризовані рівняння цієї системи в операторній формі:

де

.

Одержати аналітичні вирази для коефіцієнтів характеристичного рівняння системи не вдалося, тому аналіз проводився за результатами дослідження генератора з усередненими параметрами. Дослідження проводилося за допомогою спеціального програмного забезпечення, написаного мовою Pascal, яке дозволяло знаходити характеристичне рівняння як визначник матриці стану системи, розраховувати корені цього рівняння і визначати ступінь стійкості як максимальну дійсну частину коренів. Також за допомогою розглянутої в другому розділі програми аналізувалися показники якості електромеханічних перехідних процесів, які протікають при підключенні навантаження до генератора.

В результаті були зроблені наступні висновки:

тільки спільне введення негативного зворотного зв'язку в подовжній осі по відхиленню напруги якоря і позитивного зворотного зв'язку в поперечній осі по куту вильоту ротора призводить до збільшення ступеня стійкості з однієї сторони і поліпшення протікання перехідних процесів з іншої; регулювання по одному з параметрів не ефективне;

ведення в поперечній осі позитивного зворотного зв'язку по похідній частоти обертання дозволяє підвищити ступінь стійкості, однак, значно поліпшити цей показник у порівнянні із СГ одноосьового збудження неможливо.

Наступним був розглянутий режим паралельної роботи двох генераторів на загальне активно-індуктивне навантаження. Для цілком ідентичних генераторів параметри вихідного сталого режиму і рівняння у відхиленнях абсолютно однакові. Тому, якщо з рівнянь одного генератора відняти відповідні рівняння іншого, одержимо систему, яка по своїй структурі ідентична системі рівнянь паралельної роботи СкСГ на потужну мережу, тільки у систему будуть входити відносні відхилення параметрів двох генераторів:

.

Якщо просумувати відповідні рівняння генераторів, то з урахуванням рівнянь навантаження і рівнянь зв'язку одержимо ще одну систему. Ця система по своїй структурі ідентична системі рівнянь одиночної роботи СкСГ на половинне навантаження:

.

Таким чином, було показано, що при розгляді стійкості в малому систему з двох ідентичних генераторних агрегатів, що працюють на єдине навантаження, можна замінити двома еквівалентними підсистемами: генератор потужна мережа і генератор половинне навантаження. У цьому випадку характеристичне рівняння системи буде визначатися добутком характеристичних рівнянь кожної з підсистем (рис. 3). Тому, висновки по стійкості, зроблені для одиночної роботи СкСГ на потужну мережу і на навантаження, справедливі і для паралельної роботи двох СкСГ на загальне навантаження. На підставі цього був зроблений висновок, що при паралельній роботі у випадку СкСГ можна досягти електромагнітним шляхом більш ефективного гасіння відносних коливань режимних параметрів генераторних агрегатів, ніж при паралельній роботі СГ одноосьового збудження.

Справедливість висловлених тверджень була підтверджена відповідними розрахунками показників стійкості паралельної роботи двох генераторів з усередненими параметрами на статичне активно-індуктивне навантаження.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Окремо було розглянуте питання впливу нерівномірності ходу приводних двигунів на коливання режимних параметрів паралельно працюючих СкСГ. У результаті, на основі отриманих логарифмічних амплітудно-частотних характеристик було показано, що основна гармоніка обертаючого моменту викликає в сотні разів менші по амплітуді коливання режимних параметрів. У той же час, при паралельній роботі СкСГ низькочастотні складові обертаючого моменту викликають менші по амплітуді відносні коливання кутів вильоту роторів і абсолютні коливання напруги якоря, ніж у випадку роботи СГ одноосьового збудження.

У п'ятому розділі проведені аналіз і порівняння з теоретичними положеннями результатів експериментального дослідження СГ подовжньо-поперечного збудження при роботі в скомпенсованому режимі.

В якості СГ був використаний асинхронний двигун з фазним ротором АК 51-4 потужністю 2,8 кВт, а в якості приводного двигуна двигун постійного струму П52М потужністю 8,8 кВт. Схема обмотки ротора АК була змінена, в результаті чого були отримані подовжня і поперечна обмотки збудження зрушені одна відносно одної на 90 електричних градусів.

При проведені дослідів СГ працював паралельно з потужною мережею через індукційний регулятор, який дозволяв регулювати рівень напруги якоря. Регулювання струму збудження здійснювалось польовими транзисторами, які працювали у ключовому режимі і керувались широтно-імпульсними сигналами системи управління СУ. В якості вхідних сигналів для СУ використовувались напруга і струм якоря СГ, а також вихідна напруга синхронного тахогенератора. Вихідні сигнали СУ визначались наступним законом регулювання:

.

Теоретично було доказано, що при незмінній напрузі якоря СкСГ, струм збудження в поперечній обмотці I_fq змінюється пропорційно активній (поперечній) складовій струму якоря, а в подовжній обмотці збудження I_fd пропорційно реактивній (подовжній) складовій струму. На рис.4 та рис.5 представлені експериментальні дані у виді точок і теоретичні прямі. Деякі відхилення експериментальних даних від теоретичних залежностей на рис.4 можна пояснити поступовим насиченням магнітного ланцюга, а на рис. 5 залишковою намагніченістю в поперечній осі.

В другому досліді була розглянута зовнішня характеристика СкСГ. Теоретично було показано, що зміна в подовжній осі збудження коефіцієнта зворотного зв'язку по реактивному струму k_d дозволяє регулювати нахил зовнішньої характеристики. На рис.6 представлені експериментально зняті точки зовнішньої характеристики при трьох значеннях коефіцієнта k_d, які підтверджують теоретичні висновки.

У третьому досліді розглядалися динамічні властивості СкСГ. На підставі теоретичних співвідношень, отриманих у четвертому розділі, було показано, що даний генератор не може працювати стійко в скомпенсованому режимі при регулюванні збудження тільки по струму статора. На рис.7 представлена осцилограма, де в сталому режимі регулювання збудження в поперечній осі здійснюється і по активній складовій струму статора, і по відхиленню кута вильоту ротора. Однак при відключенні каналу регулювання по куту вильоту ротора система поступово починає розгойдуватися, а його повторне включення призводить до загасання коливань ротора машини і встановлення стійкого режиму.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Висновки

У дисертації приведене нове рішення наукової задачі підвищення статичної стійкості роботи суднової електроенергетичної системи, що полягає у використанні синхронних генераторів подовжньо-поперечного збудження, які працюють у скомпенсованому режимі і дозволяють за рахунок розробленого закону регулювання підвищити ефективність гасіння відносних коливань між паралельно працюючими генераторними агрегатами.

Проведені теоретичні й експериментальні дослідження дозволили одержати наступні результати:

1. На підставі існуючих даних по використанню СМ подовжньо-поперечного збудження й особливостей СЕЕС вперше запропоновано і теоретично обґрунтовано використання СкСГ, який відрізняється тим, що МРС поперечної обмотки збудження повністю компенсує МРС поперечної реакції якоря, а кут вильоту ротора в усіх сталих режимах дорівнює нулеві.

2. В результаті аналізу передатної функції СкСГ уперше розроблений закон регулювання, відповідно до якого регулювання збудження в подовжній осі здійснюється по відхиленню напруги якоря й у функції подовжньої складової струму якоря, а в поперечній осі в функції поперечної складової струму якоря, кута вильоту ротора і похідної частоти обертання.

3. Аналіз сталого режиму показав, що подовжня і поперечна складові струму якоря СкСГ в усіх сталих режимах є одночасно його реактивною й активною складовими. Зовнішні характеристики СкСГ лінійні, їхній нахил визначається рівнем струмової компенсації в подовжній осі і величиною коефіцієнта зворотного зв'язку по відхиленню напруги якоря.

4. Уперше теоретично доведено, що аналіз паралельної роботи групи ідентичних синхронних генераторів на загальне навантаження еквівалентний аналізу роботи двох незалежних систем генератор потужна мережа і генератор часткове навантаження, що дозволяє спростити аналітичний аналіз паралельної роботи синхронних генераторів і синтез параметрів автоматичних регуляторів збудження. Характеристичне рівняння вихідної системи визначається як добуток характеристичних рівнянь підсистем.

5. Аналіз стійкості відносних коливань режимних параметрів ідентичних генераторних агрегатів у випадку їх паралельної роботи на загальне навантаження еквівалентний розглядові стійкості в малому роботи одного генератора на потужну мережу.

6. Введення позитивного зворотного зв'язку в поперечній осі збудження по куту вильоту ротора і його першим двом похідним (по відхиленню і похідній частоти обертання) дозволяє збільшити ступінь стійкості роботи СкСГ на потужну мережу, максимальне значення якої обмежується ступенем струмової компенсації в подовжній осі.

7. Вперше отримані співвідношення коефіцієнтів підсилення зворотних зв'язків у поперечній осі збудження для забезпечення заданих показників стійкості роботи СкСГ на потужну мережу.

8. При роботі на потужну мережу в порівнянні із синхронним генератором одноосьового збудження СкСГ має більш високі показники стійкості в усьому діапазоні робочих режимів, однак, при автономній роботі на активно-індуктивне навантаження істотно поліпшити ці показники неможливо.

9. В результаті аналізу стійкості автономної роботи СкСГ на активно-індуктивне навантаження показано, що тільки спільне введення негативного зворотного зв'язку в подовжній осі по відхиленню напруги якоря і позитивного зворотного зв'язку в поперечній осі по куту вильоту ротора призводить до збільшення ступеня стійкості і поліпшення протікання перехідних процесів.

10. В результаті аналізу впливу нерівномірності ходу первинних двигунів на коливання режимних параметрів шляхом дослідження амплітудно-частотних характеристик показано, що при паралельній роботі СкСГ низькочастотні складові обертаючого моменту викликають менші по амплітуді відносні коливання кутів вильоту роторів і абсолютні коливання напруги якоря, ніж у випадку роботи генераторів одноосьового збудження.

11. СкСГ рекомендується застосовувати в складі суднових, а також автономних електростанцій, де величина навантаження і коефіцієнт потужності змінюються у вузьких межах, для максимального демпфірування коливань відносних параметрів паралельно працюючих генераторних агрегатів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Подымака В.И. Влияние реактивной мощности на запас устойчивости скомпенсированной синхронной машины / В.И. Подымака, С.М. Новогрецкий // Вісник СНУ ім. Даля. Луганськ, 2003. № 4 (62) С. 88 - 95.

2. Подымака В.И. Передаточная функция скомпенсированной синхронной машины / В.И. Подымака, С.М. Новогрецкий // Збірник наукових праць НУК. Миколаїв: НУК, 2004. № 3 (396) С. 96 - 104.

3. Подымака В.И. Статическая устойчивость скомпенсированной синхронной машины / В.И. Подымака, С.М. Новогрецкий // Збірник наукових праць НУК. Миколаїв: НУК, 2004. № 2 (395) С. 126 - 133.

4. Подымака В.И. Экспериментальное исследование работы синхронного генератора продольно-поперечного возбуждения в скомпенсированном режиме. // Вісник КДПУ ім. Михайла Остроградського. Кременчук: КДПУ, 2008. Вип. 4/2008 (51) частина 1. С. 58 - 61.

5. Новогрецкий С.М. Влияние неравномерности хода первичных двигателей на колебания режимных параметров параллельно работающих скомпенсированных синхронных генераторов / С.М. Новогрецкий // Вісник КДПУ ім. М. Остроградського. Кременчук: КДПУ, 2009. Вип. 3 / 2009 (56) частина 1. С. 27 - 30.

6. Новогрецкий С.М. Анализ статической устойчивости автономной работы скомпенсированного синхронного генератора на активно-индуктивную нагрузку / С.М. Новогрецкий // Вісник КДПУ. Кременчук: КДПУ, 2005. Вип. 3/2005 (32) . С. 63 - 66.

7. Новогрецкий С.М. Регулирование напряжения возбуждения в скомпенсированном синхронном генераторе / С.М. Новогрецкий С.М.// Вісник КДПУ. Кременчук: КДПУ, 2004. Вип. 2/2004 (25). С. 71 - 73.

8. Новогрецкий С.М. Статическая устойчивость параллельной работы двух скомпенсированных синхронных генераторов / С.М. Новогрецкий // Збірник наукових праць НУК. Миколаїв: НУК, 2006. № 2 (407) С. 130 - 136.

9. Новогрецкий С.М. Статическая устойчивость работы синхронных генераторов автономно и на сеть бесконечной мощности / С.М. Новогрецкий // Вісник КДПУ. Кременчук: КДПУ, 2007. Вип. 3/2007 (44) частина 2. С. 114 - 117.

10. Новогрецкий С.Н. Регулирование напряжения возбуждения скомпенсированного синхронного генератора по углу вылета ротора / С.Н. Новогрецкий // Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах: Материалы междунар. науч.-техн. конф., г. Севастополь, 20 24 сентября 2004 г.: тезисы докл. ? Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2004. - С. 39 - 40.

11. Новогрецкий С.Н. Конструктивные особенности скомпенсированного синхронного генератора / С.М. Новогрецкий // Електротехніка і електромеханіка: Матеріали Міжнародної науково-техніч. конф. студентів, аспірантів, молодих вчених: тези допов. ? Миколаїв: НУК, 2005. - С. 104 - 110.

12. Новогрецкий С.Н. Расчет статической устойчивости работы синхронного генератора на мощную сеть / С.М. Новогрецкий // Проблеми автоматики та електрообладнання транспортних засобів: Матеріали Всеукраїнської наук.-техн. конф. з міжнародною участю: тези допов. ? Миколаїв: НУК, 2007. - С. 139 - 143.

13. Новогрецкий С.Н. Параллельная работа двух идентичных синхронных генераторов на общую нагрузку / С.М. Новогрецкий // Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах: Материалы междунар. науч.-техн. конф., г. Севастополь, 24 28 сентября 2007 г.: тезисы докл. ? Севастополь: Изд-во СевНТУ, 2007. - С. 140 - 141.

14. Пристрій для збудження скомпенсованого синхронного генератора. Патент на корисну модель № 18439. Україна./ Подимако В.І., Новогрецький С.М. ? Заявлено 18.04.2006; Опубл. 15.11.2006. Бюл. № 11, 2006 р.

Анотація

Новогрецький С.М. Регулювання збудження синхронного генератора у поперечній осі для підвищення стійкості роботи суднової електростанції. Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.09.03 Електротехнічні комплекси та системи. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2010.

Дисертація присвячена питанням підвищення стійкості і надійності роботи суднових електростанцій шляхом розробки нових способів автоматичного регулювання збудження синхронних генераторів (СГ). Запропоновано використовувати режим скомпенсованого СГ (СкСГ), у якому в усіх сталих режимах МРС поперечної обмотки збудження цілком компенсує МРС поперечної реакції якоря, і кут вильоту ротора дорівнює нулеві. Розроблено закон регулювання збудження СкСГ, який дозволяє поліпшити показники стійкості при роботі на потужну мережу і підвищити демпфірування відносних коливань режимних параметрів паралельно працюючих генераторів. Показано, що аналіз паралельної роботи групи ідентичних СГ на загальне навантаження еквівалентний аналізові роботи двох незалежних систем генератор потужна мережа і генератор часткове навантаження, що дозволяє спростити аналітичний аналіз паралельної роботи СГ. Для СкСГ отримані аналітичні співвідношення коефіцієнтів підсилення зворотних зв'язків у поперечній осі збудження, які дозволяють спроектувати регулятор збудження відповідно до заданих показників стійкості.

Ключові слова: суднова електростанція, синхронний генератор подовжньо-поперечного збудження, закон регулювання збудження, показники стійкості.

Аннотация

Новогрецкий С.Н. Регулирование возбуждения синхронного генератора в поперечной оси для повышения устойчивости работы судовой электростанции. Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы. Одесский национальный политехнический университет, Одесса, 2010.

Диссертация посвящена вопросам повышения устойчивости и надежности работы судовых электростанций путем разработки новых способов автоматического регулирования возбуждения синхронных генераторов (СГ). В результате анализа литературных источников показано, что дальнейшее повышение показателей устойчивости работы судовых электростанций возможно за счет внедрения в качестве генерирующих элементов СГ продольно-поперечного возбуждения.

На основе принятой математической модели СГ продольно-поперечного возбуждения разработана программа для расчета на ЭВМ переходных электромеханических процессов при подключении к генератору статической активно-индуктивной нагрузки. Кроме того, разработан пакет программ для расчета показателей устойчивости работы генератора в режиме малых колебаний на мощную сеть, на активно-индуктивную нагрузку и параллельно с другими генераторами.

Предложена концепция скомпенсированного СГ (СкСГ), под которым понимается СГ продольно-поперечного возбуждения, в котором во всех установившихся режимах МДС поперечной обмотки возбуждения полностью компенсирует МДС поперечной реакции якоря. В результате угол вылета ротора равен нулю, что позволяет обеспечить условия для наиболее эффективного демпфирования колебаний ротора СГ путем регулирования возбуждения в поперечной оси.

Разработан закон регулирования возбуждения СкСГ, в соответствии с которым регулирование в продольной оси осуществляется в функции продольной составляющей тока якоря и по отклонению напряжения якоря, а в поперечной оси в функции поперечной составляющей тока якоря, угла вылета ротора и производной частоты вращения. Сравнительный анализ работы СкСГ и СГ одноосного возбуждения в различных режимах показал, что предложенный закон регулирования позволяет улучшить показатели устойчивости при работе на мощную сеть и повысить демпфирование относительных колебаний режимных параметров параллельно работающих генераторов. При одиночной работе на активно-индуктивную нагрузку СкСГ и СГ одноосного возбуждения обладают практически одинаковыми показателями устойчивости.

На основе анализа линеаризованных уравнений Парка-Горева теоретически показано, что анализ параллельной работы группы идентичных СГ на общую нагрузку эквивалентен анализу работы двух независимых систем генератор мощная сеть и генератор частичная нагрузка, математическая модель которых по сравнению с исходной содержит минимум в два раза меньшее количество дифференциальных уравнений. Это позволяет упростить аналитический анализ параллельной работы СГ. В частности, из анализа устойчивости работы СкСГ на мощную сеть получены аналитические соотношения коэффициентов усиления обратных связей в поперечной оси возбуждения, которые позволяют спроектировать регулятор возбуждения в соответствии с заданными показателями устойчивости и обеспечить демпфирование колебаний ротора на заданном уровне.

Проведены экспериментальные исследования работы СкСГ на мощную сеть, в результате которых подтверждены достоверность и адекватность основных теоретических положений.

СкСГ рекомендуется применять в составе судовых, а также автономных электростанций, где величина и коэффициент мощности нагрузки изменяются в узких пределах, для максимального демпфирования относительных колебаний режимных параметров параллельно работающих генераторных агрегатов.

Ключевые слова: судовая электростанция, синхронный генератор продольно-поперечного возбуждения, закон регулирования возбуждения, показатели устойчивости.

Abstract

Novogreckiy S.N. The regulation of synchronous generator excitement in transverse axis for increasing of the work stability of ship electric power station. Manuscript.

The thesis on competition of scientific degree of the candidate of engineering sciences in specialty 05.09.03 Electrotechnical complexes and systems. The Odessa national polytechnic university, Odessa, 2010.

The thesis is dedicated to the question of increasing to stability and reliability of ship power station work by development of the new ways of excitement automatic regulation of synchronous generator (SG). It is offered to use the SG in compensated condition (SKSG), in which in all steady-state regimes the magnetomotive force of transverse excitements winding is compensating in completely of the magnetomotive force of armature transverse reaction, and the angle of rotor flight is equal in zero. The law of SKSG excitement regulation, which allows to improve of the stability factors when working on bulk power system and to increase of damping of relative fluctuations of operation factors when parallel working generators, is designed. It is shown that analysis of the group identical SG parallel working on the general load is equivalent to analysis of work of two independent systems: generator bulk power system and generator partial load, that allows to simplify of the analytical analysis of SG parallel working. The analytical ratios of feedback gain factor in transverse axis of excitement are received for SKSG, which allows to design of the excitement regulator in accordance with given stability factors.

Keywords: ship power station, synchronous generator with longitudal-transverse excitement, law of excitement regulation, factors to stability.

Размещено на Allbest.ru