CC BY
26
ОСОБЕННОСТИ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ АВТОНОМНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ
О.В. ЕПИФАНОВА, С.В. СМОЛОВИК
Санкт-петербургский государственный педагогический университет
Разработанные математические модели генератора с учетом автоматического регулирования возбуждения позволяют проанализировать колебательные процессы системы автономного электроснабжения.
В автономной системе электроснабжения (рис. 1) наблюдаются
слабодемпфированные низкочастотные процессы, обусловленные совпадением оборотной частоты дизеля и собственной частоты колебаний ротора генератора. Повысить надежность и качество электроснабжения можно совершенствуя конструкции систем возбуждения синхронных машин [1]. Системы возбуждения генераторов должны иметь необходимую мощность источников возбуждения и диапазон его изменения, высокую скорость нарастания ротора в условиях аварийных нарушений режима в системе, что обеспечивает быструю мобилизацию резервов реактивной мощности и предотвращает нарушение устойчивости параллельной работы. Для дизель-генераторов изготавливаются, в основном, два типа систем возбуждения:
Хтр и\ Хл=0,05 1!с=сот1
Рис. 1. Расчетная схема сети
1. Система фазового компаундирования (СФК) — статическая система возбуждения с токовым компаундированием, реализованная на базе трехобмоточного трансформатора с магнитным шунтом и управляемого тиристорно-диодного преобразователя. Силовая часть выполнена в виде блока с принудительным охлаждением и размещена на корпусе генератора.
2. Тиристорная бесщеточная система возбуждения (ТСБ) — бесщеточная
система возбуждения с диодным синхронным возбудителем,
магнитоэлектрическим подвозбудителем и статическим тиристорным регулятором возбуждения. Вращающая часть оборудования устанавливается на валу генератора.
Применение бесщеточной системы возбуждения на основе полупроводниковых вентильных преобразователей позволяет перейти к созданию систем с новыми эксплуатационными свойствами, максимально адаптированных ко всякого рода внешним возмущениям.
На основе уточненной модели генератора разработаны рекомендации по выполнению и настройке системы автоматического регулирования возбуждения бесщеточного типа. При практической проверке влияния коэффициентов регулирования выяснилось, что регулирование по производной тока статора (Kps - коэффициент регулирования по производной тока статора) дает максимальное уменьшение амплитуды колебаний момента генератора (рис. 2). Она уменьшилась в несколько раз: от 23 % при отсутствии регулирования до 5% при Kps = —10. При этом можно наблюдать проявление нелинейных свойств системы и выход
© О.В. Епифанова, С.В. Смоловик
Проблемы энергетики, 2006, № 11-12
напряжения возбуждения на ограничения. Казалось бы, вполне приемлемые результаты, но следует иметь ввиду, что при таком регулировании возбуждения увеличивается амплитуда колебаний напряжения на зажимах статора: от 0,52 % при отсутствии регулирования до 0,9% при Крз= -10. Таким образом, оптимальное значение коэффициента регулирования по производной тока статора равно - 3.
СІ.С.Мс СІ.СЛІе СІ.С.Ме С.І.С.ЛІе СІ.С.Ме
31,25 31,5 31,75 32 32,25 32,5 32,75
Рис. 2. Изменения электромагнитного момента при изменении коэффициентов регулирования по производной тока статора Крз1 (0 - синий; - 1 - красный; - 3 - зеленый; - 5 - малиновый;
- 10 - черный)
При использовании автоматического регулирования возбуждения с фазовым компаундированием токи от применяемых трансформаторов тока и напряжения суммируются до выпрямления и в обмотку возбуждения возбудителя подается суммарный ток, выпрямленный общим выпрямителем. Выпрямленный ток пропорционален току генератора, напряжению на его шинах и фазовому углу между током и напряжением.
Устройство фазового компаундирования обеспечивает большую точность поддержания напряжения генератора. Однако из-за насыщения стали магнитной системы генератора и возбудителя напряжение генератора не остается постоянным и требует дополнительной корректировки. Для этого применяется электромагнитный корректор напряжения, подключаемый к обмотке подмагничивания трансформатора. При увеличении подмагничивания
трансформатора ток от регулятора, поступающий в обмотку возбуждения возбудителя, уменьшается, что приводит к снижению напряжения генератора [2].
Таким образом, точное регулирование тока возбуждения осуществляется периодическим открытием тиристора отбора, замыкающего накоротко одну из фаз питания мостового преобразователя и, тем самым, снижающего напряжение возбуждения генератора до необходимой величины. В рассматриваемой системе возбуждения используется пропорциональный регулятор с широтно-импульсным сигналом на выходе, и выходным сигналом регулятора является скважность работы тиристоров -0. Это отношение времени нахождения тиристора отбора в закрытом состоянии к периоду питающего напряжения.
Формулы, определяющие характер работы системы фазового компаундирования, приведены ниже, где ZU, ZI — канал напряжения и токовый канал соответственно:
Ed = ZU * Ud + ZI * Iq,
Ed = ZU * Uq + ZI * Id,
Eg = -J Ed 2 + Eq 2,
Er max = Eg — 0,1* If,
Er min = 0,2 * Er max,
Er — Er min
в =----------------,
Er max — Er min Ernom = Er max* 0 + Er min* (1 — 0 ).
Рис. 3. Изменения электромагнитного момента ДME, напряжения трансформатора Д №р, угла передачи ДО при работе генератора с системой фазового компаундирования в установившемся
режиме с учетом насыщения (Ш5 = -1)
Рис. 4. Зависимость электромагнитного момента ДМЕ, напряжения трансформатора Д^тр, угла передачи AD при работе генератора с системой фазового компаундирования в установившемся
режиме с учетом насыщения (Kis = -5)
При настройке системы возбуждения генератора с фазовым компаундированием регулирование по производной тока статора позволяет уменьшить амплитуду колебаний момента генератора на ЗЗ % (рис. З, 4).
По-видимому, из-за изменения характера напряжения на зажимах статора оно резко сползает вниз. При значении коэффициента регулирования по току статора Kps = -5 (рис. 4) мы можем наблюдать некоторый всплеск амплитуды момента первичного двигателя. Но следует учесть, что амплитуда напряжения, в отличие от генератора с ТСБ, уменьшается. Так же, как и в предыдущем случае, можно наблюдать проявление нелинейных свойств системы и выход напряжения возбуждения на ограничения.
Для модели генератора с тиристорной бесщеточной системой возбуждения регулирование по производной тока статора позволяет получить большие области устойчивости во всех режимах работы и повысить качество переходного процесса при постоянной настройке.
При настройке системы фазового компаундирования регулирование по производной тока статора позволяет уменьшить амплитуду колебаний момента генератора на 30 %. Система фазового компаундирования обеспечивает надежное демпфирование колебаний во всем возможном диапазоне настроек автоматического регулирования возбуждения.
Summary
Developed mathematical models of the generator with the account of automatically excitation regulation allow analyzing oscillatory processes of independent system electro supply.
Литература
1. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока. -М.: Госэнергоиздат, 196З.
2. Беркович М.А. Автоматика энергосистем. - М., 1991.
