Keywords: Dynamic stability; Digital model of regulatory systems; ARV, Eurostag

Системы возбуждения генераторов. Моделирование всех систем возбуждения в практике расчетов электромеханических переходных процессов выполняется по их внешним характеристикам. Модель электромашинной, высокочастотной и тиристорной системы возбуждения турбогенератора описывается уравнением вида:

(1)

где, Т_В1 - эквивалентная постоянная времени возбудителя; U_АРВ - выход регулятора возбуждения; U_f - напряжение возбуждения. На рисунке 2 представлена упрощенная структурная схема электромашинной, высокочастотной и тиристорной систем возбуждения.

Рис. 2. Упрощенная структурная схема электромашинной, высокочастотной и тиристорной систем возбуждения.

Модели электромашинной, высокочастотной и тиристорной систем возбуждения, имея одинаковую структуру, резко отличаются друг от друга эквивалентной постоянной времени возбудителя (Т_В1) и величиной минимального напряжения возбуждения (U_fmin):

· Электромашинная СВ - Т_В1 = 1-2 сек.

· Высокочастотная СВ - Т_В1 = 0.3-0.5 сек.

· Тиристорная (СТС и СТН) - Т_В1 = 0.02-0.05 сек.

Возбудители электромашинной и высокочастотной систем (генератор постоянного тока или высокочастотный генератор) не допускают изменения знака напряжения возбуждения, поэтому величина U_fmin для этих систем равна нулю (U_fmin = 0).

Тиристорные системы возбуждения реверсивны, кратность расфорсировки возбуждения этих систем по абсолютной величине приближается к кратности форсировки (¦U_fmin ¦? U_fmax).

Для статической системы тиристорного самовозбуждения величина потолочных значений напряжения возбуждения (развозбуждения) не постоянна, а практически линейно (при больших посадках напряжения генератора) зависит от величины генераторного напряжения:

(2)

где, U_fmaxСТС - паспортное потолочное значение напряжения возбуждения статической тиристорной системы самовозбуждения, а U_Г и U_Г0 - соответственно текущее и номинальное напряжение на шинах генератора.

Модель бесщеточной системы возбуждения мощного турбогенератора описывается уравнением вида:

(3)

где, К_В1, К_В2, Т_В1, Т_В2 - коэффициенты и постоянные времени, зависящие от параметров возбудителя обращенного генератора, I_f - ток возбуждения генератора.

Упрощенная структурная схема бесщеточной системы возбуждения представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Упрощенная структурная схема бесщеточной системы возбуждения.

Сравним эффективность работы АРВ сильного действия при его использовании для управления различными типами систем возбуждения. От типа системы возбуждения и настройки его параметров зависит результат расчета. На рисунке 4 представлена эффективность демпфирования колебаний активной мощности на генераторе в зависимости от применяемой системы возбуждения и видно, что неверный выбор типа или параметров настройки системы возбуждения приведет к недостоверным результатам расчета.

Рис. 4. Колебания активной мощности на генераторе в зависимости от применяемой системы возбуждения.

Первичный привод. Основное назначение моделей турбин и их систем регулирования в расчетах переходных процессов состоит в отображении влияния систем регулирования частоты на мощность турбины при значительных изменениях частоты в моделируемой энергосистеме. В остальных случаях мощность турбины при расчете переходных процессов можно принимать неизменной, что определяется в первую очередь постоянными времени регуляторов скорости вращения турбины, заметно превышающими время собственно переходного процесса.

Динамика процесса изменения момента паровой турбины при изменении открытия ее регулирующих органов определяется главным образом поведением промежуточных объемов пара, заключенных между регулирующими клапанами и соответствующими ступенями турбины и в тракте промперегрева. Рассмотрим упрощенную структурную схему модели паровой турбины, она представлена на рисунке 5.

генерирующий электростанция мощность динамический

Рис. 5. Упрощенная структурная схема модели паровой турбины.

На рисунке 5 обозначены: T_П - эквивалентная постоянная времени паровых объемов ЦВД (0.1-0.3 сек.); T_ПП - эквивалентная постоянная времени парового объема тракта промежуточного перегрева пара и паровых объемов ЦНД (3 - 7 сек.); б - отношение мощности ЦВД к номинальной мощности турбины (0.3-0.4 сек.); м - относительное открытие регулирующих клапанов; m_T - момент турбины.

Автоматический регулятор скорости. Моделирование первичных двигателей и их АРС при анализе электромеханических переходных процессов обычно осуществляется упрощенно. Более или менее подробное представление первичных двигателей с их системами регулирования производится только в случае анализа переходных процессов, связанных с отклонением частоты электрического тока [2]. Такие процессы возникают из-за большого небаланса активной мощности в системе или ее частях и вызваны отключением генераторов или нагрузок, разделением системы на изолированно работающие части и т. п. В случаях моделирования изолированной от ЕЭС работы части энергосистемы, для адекватного воспроизведения динамических свойств энергосистемы ее динамическая модель также должна содержать цифровые модели первичных двигателей и их систем регулирования. При этом существуют сложности в моделировании турбин и их систем регулирования, так как в отличие от АРВ каждая турбина в совокупности с ее системой регулирования по существу имеет уникальные характеристики скорости набора и сброса мощности при изменении частоты, зависящие от ряда факторов, многие из которых также являются переменными величинами. Поэтому детализация моделей турбин и их систем регулирования определяется задачами, для решения которых они используются.

Рис. 6. Активная мощность и частота вращения генератора в моделях с применением АРС и без них.

На рисунке 6 представлено изменение частоты вращения генератора и колебаний активной мощности в зависимости от наличия регулятора скорости. В связи со значительным запаздыванием реакции АРС на переходный процесс в системе «турбина-генератор», можно утвердительно сказать, что для целей исследования динамической устойчивости генераторов станции работающих параллельно с ЕЭС, моделирование АРС является не обязательным.

Автоматический регулятор возбуждения. Автоматический регулятор возбуждения рассматривается последним, так как его влияние на результаты расчетов динамической устойчивости самое большое.

Важно не только верно знать тип установленного АРВ, но и знать его параметры настройки. Даже небольшая разница в параметрах настройки АРВ может привести к неверным результатам расчета.

Автоматические регуляторы возбуждения различают по принципам действия и законам регулирования. Рассмотрим две больших группы автоматических регуляторов возбуждения:

· АРВ сильного действия;

· АРВ пропорционального действия.

АРВ пропорционального действия характеризуется изменением силы тока возбуждения пропорционально отклонению напряжения на зажимах машины от заданного значения (отрицательная обратная связь по напряжению). АРВ пропорционального действия не обеспечивает достаточной точности поддержания напряжения электрических станций, работающих на дальние линии электропередачи и в случаях, когда в системе имеются резкие изменения нагрузки, приводящие к значительным колебаниям напряжения [1].

АРВ сильного действия (АРВ СД), при котором увеличение эффективности достигается введением регулирования возбуждения по отклонению напряжения, по производным от тока, напряжения, частоты и др., выбираемых в определенных соотношениях, характеризуется высоким быстродействием и большой мощностью системы возбуждения.

Эффект «сильного» действия регулятора обеспечивается выработкой регулирующего воздействия как по отклонению напряжения генератора, так и по скорости его изменения. Кроме канала по производной напряжения, в регуляторе имеются и другие каналы стабилизации, которые способствуют повышению устойчивости функционирования замкнутой системы регулирования, обеспечивают быстрое затухание электромеханических переходных процессов, т.е. увеличивают статическую и динамическую устойчивость параллельной работы электростанции с энергосистемой [1].

Для исследования зависимости качества демпфирования колебаний ротора при переходных процессах рассмотрим изменение активной мощности генератора при переходном процессе в случае если на генераторе установлен АРВ пропорционального действия и АРВ сильного действия. Качество демпфирования в зависимости от используемого автоматического регулятора возбуждения представлено на рисунке 7.

Рис. 7. Колебания активной мощности при использовании АРВ пропотрционального типа и АРВ сильного действия.

Выводы

Рассмотрев системы регулирования и их влияние на результат расчета, можно сделать следующие выводы:

· Необходимо подробное моделирование систем возбуждения и автоматических регуляторов возбуждения, так как неверный выбор типа или параметров настройки системы возбуждения и автоматического регулятора возбуждения приведет к недостоверным результатам расчета;

· Существует необходимость более продуктивного взаимодействия с собственниками оборудования, с целью получения информации о характеристиках используемого оборудования и его параметрах настройки;

· Для расчетов синхронизации с предварительным выделением энергосистемы на изолированно работающие части, моделирование всех первичных двигателей можно выполнять с использованием обобщенных моделей турбин и регуляторов скорости при индивидуальной настройке их параметров;

· Для целей исследования динамической устойчивости генераторов станции работающих параллельно с ЕЭС, моделирование регуляторов скорости является не обязательным.

Список литературы