Динамическая устойчивость турбогенератора с регулятором возбуждения нелинейного типа

К ЗАЩИТЕ ДИССЕРТАЦИЙ

УДК 621.313.01

ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ТУРБОГЕНЕРАТОРА С РЕГУЛЯТОРОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ НЕЛИНЕЙНОГО ТИПА

Н.И. ЗЕЛЕНОХАТ, А.А. РУБЦОВ

Московский энергетический институт

В работе приводятся результаты расчетов динамической устойчивости синхронного турбогенератора с нелинейным алгоритмом управления

возбуждением, работающего в режиме потребления реактивной мощности.

В связи с развитием сетей 500 кВ и выше в электроэнергетических системах (ЭЭС) появляются избытки реактивной мощности, для потребления которых обычно применяют различного рода устройства и мероприятия, в частности на электростанциях осуществляется перевод синхронных генераторов в режим недовозбуждения. Особенно актуальной становится проблема снятия перенапряжений в энергосистемах мегаполисов (г. Москва), что обусловлено развитием кабельных сетей 110 кВ и выше.

Существующие ограничения по потреблению реактивной мощности, обусловленные перегревом торцевых зон ротора и крайних пакетов статора для турбогенераторов могут быть сняты, как это сделано для турбогенераторов серии Т3В, АСТГ. Однако остается нерешенной задача обеспечения устойчивости генераторов в режимах потребления реактивной мощности, особенно при работе турбогенераторов с внутренними с углами сдвига ротора 8г, превышающими 90°, так как именно при таких углах достигается резкое увеличение потребляемой реактивной мощности.

В работе [1] показано, что устойчивая работа синхронного турбогенератора при углах 6г >90° в стационарных режимах возможна при алгоритме управления его возбуждением в виде нелинейной функции от этого внутреннего угла ротора. При таком управлении обеспечивается положительное значение синхронизирующего момента. В [1] рассматривается статическая устойчивость турбогенератора в режиме потребления реактивной мощности с алгоритмом управления возбуждением в виде

Еце = Е(1 - ^бг ),

где Еце - вынужденная ЭДС турбогенератора, в установившемся режиме равная ЭДС Ец; Е - задаваемая величина, в общем случае зависящая от параметров режима; бг - внутренний угол сдвига ротора турбогенератора относительно напряжения иг на выводах статора.

Представляется целесообразным формировать ЭДС Еце в виде

Еце = Е

© Н.И. Зеленохат, А.А. Рубцов

Проблемы энергетики, 2008, № 5-6

где т - коэффициент.

При таком алгоритме управления выражения для активной Р и реактивной й мощностей генератора принимают вид

Е о и г

Р =-------(зіп6г -тсоз6г ),

хД

й =

Е о(1 - т^бг )и г хД

созбг --

и г

хс1

где хд - сопротивление статора генератора.

Введение коэффициента т позволяет расширить режимные возможности турбогенератора, так как изменением коэффициента т можно смещать максимум угловой характеристики мощности Р( бг) в диапазон углов бг, превышающих 90°.

На рис. 1 представлены угловые характеристики мощностей Р( бг) и й( бг), построенные в соответствии с выражениями (2) и (3) при Е о =сош!, и при различных значениях коэффициента т для синхронного турбогенератора, работающего непосредственно на шины бесконечной мощности с напряжением и г =сопз1.

При увеличении т при одном и том же заданном значении Ео происходит увеличение максимума угловой характеристики Р( бг), а также его смещение в сторону больших значений угла бг. Анализ характеристик й( бг) показывает, что при увеличении коэффициента т возрастает потребление реактивной мощности. То есть при т>1 ускоряется переход генератора в режим глубокого потребления реактивной мощности.

Для подтверждения

возможности работы

турбогенератора в режиме потребления реактивной мощности при больших возмущениях исследована динамическая устойчивость турбогенератора, снабженного АРВ нелинейного типа, в котором реализуется алгоритм управления (1). Расчеты проведены для простейшей ЭЭС (рис. 2, а), в которой турбогенератор через линию электропередачи с сопротивлением хс работает на шины бесконечной мощности (рис. 1, а). Расчетные параметры ЭЭС: хд = 1,79; х т = 0,165; х с = 0,17; TJ = 7,85 с, Тд о =6,46 с, и = 1.

Расчеты выполнены для разных значений коэффициента т. Величина Ео при этом в каждом случае устанавливалась таким образом, чтобы обеспечивался 2о% запас по статической устойчивости в исходном режиме при выдаче активной

Рис. 1. Угловые характеристики активной и реактивной мощностей Р(8г) и б(8г) при т = о,5 (кривые 1 и 1’), при т = 1 (кривые 2 и 2’) и при т = 2 (кривые 3 и 3’);

мощности Р = о,3 о.е., что соответствует минимально допустимой загрузке электроагрегата. Такой выбор параметров исходного режима позволяет оценить влияние коэффициента т на динамическую устойчивость ЭЭС с турбогенератором, снабженным АРВ нелинейного типа.

а)

I, с

б)

Рис. 2. Схема простейшей ЭЭС

Расчеты выполнены для двух исходных режимов:

1. Р = о,3 о.е., й = о,5о о.е., 8 = 95°, бг = 88°, Е = о,66о о.е., т = 1.

2. Р = о,3 о.е., й = о,65 о.е., 8 = 119°, бг = 112°, Е = о,282 о.е., т = 4. Исследуемая при этом математическая модель ЭЭС имеет вид:

Тй о

й 2 б

йі 2 йЕ{

Р Е*иг і б

= Рт-------------зіп бг,

хй

йі

Eqeу + (Eqeу ЕЦ )к / ЕЦ

Eqeу = Ео (1 + Лю)(1 - т^бг ),

Е^хс зіп б г - ихд зіп(б - бг) = о, иг(хд + хс)-Е^хс созбг - ихд соз(б-бг) = о,

Eq = Eq

хй

-и

хй - х й

созбг,

где Е^еу- так называемая ЭДС управления, формируемая по алгоритму (1); 8 -угол сдвига ротора относительно шин бесконечной мощности; Дю - относительная

скорость движения ротора, принимаемая в данной работе равной производной dSldt; kw, kf - настроечные коэффициенты; остальные обозначения -

общепринятые [З].

При составлении модели в алгоритме управления возбуждением (1) с целью улучшения демпфирующих свойств турбогенератора величина E задана выражением E = E0(1+kw Дю).

Для уменьшения влияния электромагнитной инерционности в систему возбуждения введена жесткая отрицательная обратная связь по току ротора [г] с коэффициентом k f . На рис. г, б приведены характеристики переходного процесса

после проходящего трехфазного короткого замыкания на выводах генератора продолжительностью 0,1г с.

Штрихпунктирными линиями на рис. г, б показаны характеристики переходного процесса при двух значениях коэффициента m при отсутствии компенсации электромагнитной инерционности и дополнительного демпфирования (kf = 0, kw = 0). Анализ этих характеристик показывает, что в

ЭЭС происходит затухание переходного процесса в обоих случаях. Из сравнения соответствующих кривых видно, что величина параметра m мало влияет на качество переходного процесса.

Максимальное отклонение угла ротора при изменении коэффициента m от 1 до 4 увеличилось с 13° до 16°. При отсутствии дополнительных мер затухание электромагнитных колебаний ослаблено, причем при увеличении m снижается частота электромеханических колебаний.

Штриховыми линиями на рис. г, б показаны переходные процессы при введении в алгоритм управления возбуждением дополнительной демпфирующей составляющей (kw ф 0). В этом случае затухание колебаний улучшилось незначительно, что объясняется большой электромагнитной инерционностью обмотки возбуждения. Влияние компенсации этой инерционности при введении k f ф 0 отражено характеристиками переходных процессов, изображенных на

рис. г, б сплошными линиями. Затухание колебаний ротора при этом значительно улучшилось.

Дополнительные исследования показали, что для заданной системы существует оптимальное соотношение настроечных коэффициентов kf и kw,

при которых обеспечивается наилучшее затухание переходных процессов.

Таким образом, результаты расчета переходных процессов показали возможность работы генератора в режиме потребления реактивной мощности при управлении АРВ по закону (1).

Выводы

1. Проведены исследования динамической устойчивости, подтверждающие возможность устойчивой работы турбогенератора в режиме потребления реактивной мощности при углах, больших 90o.

Summary

The results of transient stability analysis of synchronous turbo generator with nonlinear excitation control algorithm working in reactive power consumption mode are delivered.

Литература

1. Зеленохат Н.И., Коротченко В.В. Повышение эффективности управления возбуждением турбогенератора при потреблении реактивной мощности // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. - 2оо7. -№ 5-6. - С. 115-119.

2. Шакарян Ю.Г. Асинхронизированные синхронные машины. -

М.: Энергоатомиздат, 1984.

3. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.: Высшая школа, 197о. - 473 с.

Поступила о9.о1.2оо8