CC BY
6
The paper presents the results of the development of an integrated mathematical model of an electrical system for thermostating high-voltage lithium-ion automobile storage batteries.
Key words: car; electrical system; rechargeable battery, mathematical modeling.
Yakunov Dmitry Mikhailovich, head of department, dmitry.yakunov@nami.ru, Russia, Moscow, SSC RF FSUE «NAMI»,
Debelov Vladimir Valentinovich, candidate of technical sciences, head of department, debe-lovvladimir@yahoo.com, Russia, Moscow, SSC RF FSUE «NAMI»,
Struchkov Vladimir Sergeevich, head of department, v.struchkov@nami.ru, Russia, Moscow, SSC RF FSUE «NAMI»,
Kozlovsky Vladimir Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, head of the department, Kozlovskiy-76@mail.ru, Russia, Samara, Samara State Technical University,
Saksonov Alexander Sergeevich, postgraduate, alex_electrician@,mail.ru, Russia, Samara, Samara State Technical University
УДК 621.313.126 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-326-330
УСТРОЙСТВО РЕЗЕРВНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ТУРБОГЕНЕРАТОРА НА ОСНОВЕ РЕАКТИВНО-ВЕНТИЛЬНОГО
ГЕНЕРАТОРА
В.М. Степанов, Д.А. Карпунин
Представлено устройство резервирования системы возбуждения синхронного турбогенератора.
Ключевые слова: резервная система возбуждения, синхронный турбогенератор, реактивно-вентильный генератор.
Техническое решение относится к области генерирования электрической энергии электрическими машинами и касается особенностей устройства управления возбуждения генератора, применяемых на электрических станциях.
В качестве аналога взята схема зависимого косвенного возбуждения, приведённая на рисунке и описанная в работе [1]. Рассматривая система возбуждения состоит из синхронного генератора, обмотки возбуждения синхронного генератора, возбудителя постоянного тока, трансформатора собственных нужд, шин собственных нужд, электродвигателя и механической связи. Трансформатор собственных нужд в нормальном режиме работы генератора обеспечивает электрической энергией систему шин собственных нужд, от которой получает электропитание электродвигатель, передающий момент с помощью механической связи возбудителю постоянного тока. Который в свою очередь преобразует механическую энергию вращения в постоянный ток, питающий обмотку возбуждения основного генератора.
326
К недостаткам аналога можно отнести отсутствие управления параметрами вырабатываемого тока возбудителя, что делает невозможным регулирование тока возбуждения обмотки ротора генератора, а в следствие и мощность выработки синхронного генератора. Также к ощутимым недостаткам можно отнести чувствительность к изменению напряжения на шинах собственных нужд, обусловленное: включением мощных потребителей электроэнергии и короткими замыканиями.
В качестве прототипа взято устройство возбуждения генератора и контроля качества генерируемой электрической энергии вентильно-реактивным генератором, патент [4] РФ № 2690673, МПК8 Н02Р 9/00 от 15.10.2018. Рассматриваемое устройство состоит из вала, безобмоточного ротора с полюсами, статора с полюсами, поочерёдно охваченный фазными обмотками и обмотками контроля, выпрямителя, фильтров, вентильного коммутатора, накопителя электрической энергии, компаратора, микропроцессорной системы, панели управления, генератора квадратурных токов.
Задачей предложенного технического решения является повышение надёжности системы резервного возбуждения синхронного генератора путём обеспечения бесперебойной работы и заданных режимов генерирующего оборудования электрических станций.
Поставленная задача заключается в том, что устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора содержит выпрямитель, фильтры, панель управления, генератор квадратурных токов, микропроцессорную систему, блоки драйверов, вентильный коммутатор, источники тока, вал, безобмоточный ротор с полюсами, статор с полюсами, поочерёдно охваченными фазными обмотками и обмотками контроля, расположенными с определенным шагом, компаратор, блок контроля качества генерируемой электроэнергии, дополнительно введены шины собственных нужд генератора, электродвигатель, трансформатор хозяйственных нужд, обмотка возбуждения синхронного генератора, статор синхронного генератора, трансформатор собственных нужд генератора.
Выход шин собственных нужд генератора, связаны с электродвигателем и трансформатором хозяйственных нужд. Выход электродвигателя с помощью вала связан с реактивно-вентильным генератором. Выход трансформатор хозяйственных нужд связан с выпрямителем, который связан с фильтром, который имеет связь с панелью управления и генератором квадратурных токов. Панели управления имеют двухстороннюю связь с микропроцессорной системой, которая в свою очередь связана с вентильным коммутатором, через блок драйверов и с генератором квадратурных токов. Генератор квадратурных токов связан с источниками тока, которые связаны с вентильным коммутатором. Вентильный коммутатор выполнен с выходами на микропроцессорную систему, через фильтр и компаратор и на блок качества генерируемой электроэнергии через фильтр. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии связан с микропроцессорной системой и с обмоткой возбуждения синхронного генератора, которая связана со статором синхронного генератора. Выход статора синхронного генератора связан с входом трансформатора собственных нужд генератора и потребителями электроэнергии. Выход трансформатора собственных нужд генератора связан с входом шин собственных нужд генератора.
На Рис. изображена схема устройства резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора.
Устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора содержит шины собственных нужд генератора 1, выход которых связан с входом электродвигателя 2, трансформатором хозяйственных нужд 3 и выходом трансформатора собственных нужд генератора 4. Выход электродвигателя 2 связан с входом реактивно-вентильного генератора 5. Выход трансформатора хозяйственных нужд 3 связан с входом выпрямителя 6, выход которого связан с входом фильтра 7, выход которого связан с входом панели управления 8 и входом генератора квадратурных токов 9. Панель управления 8 имеет двухстороннюю связь с микропро-
цессорной системой 10, выходы которой связаны с входами блока драйверов 11, выходы которого связаны с входами вентильного коммутатора 12 и с входом генератора квадратурных токов 9, выходы которого связаны с входами источников тока 13, 14, выходы которых связаны с входами вентильного коммутатора 12. Вентильный коммутатор имеет двухстороннюю связь с фазными обмотками 15 реактивно-вентильного генератора 5, выходы обмотки контроля 16 связаны с входом вентильного коммутатора 10, который имеет выходы связанные с входом фильтра 17, выходы которого связаны с входами компаратора 18, выходы которого связаны с входами микропроцессорной системы 10. Также, вентильный коммутатор 12 имеет выход связанный с входом фильтра 19, выход которого связан с входом блока контроля качества генерируемой электроэнергии 20, выходы которого связаны с входом микропроцессорной системы 10. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии 20 связан с входом обмотки возбуждения генератора 21, выход которой связан с входом статора синхронного генератора 22, выходы которого связаны с входом трансформатора собственных нужд генератора 4 и потребителями электроэнергии.
Потребители электроэнергии
19 20
Гг—т1
15
п-
17 18
Устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора
Работает устройство резервного возбуждения синхронного генератора на основе реактивно-вентильного генератора следующим образом, при отказе основной системы возбуждения, с шин собственных нужд генератора 1 подают напряжение на электродвигатель 2 и от трансформатора хозяйственны нужд 3 напряжение подают на выпрямитель 6. Реактивно-вентильный генератор 5 содержащий вал, безобмоточный ротор с полюсами, статор с полюсами, поочерёдно охваченный фазными обмотками 15 и обмотками контроля 16управление которыми производит микропроцессорная система
10 на основе сигналов от панели управления 8 и заданных параметров возбуждения, питание на которую подают от трансформатора хозяйственных нужд 3 через выпрямитель 6 и фильтр 7. Определение положения ротора реактивно-вентильного электродвигателя определяет микропроцессорная система 10 на основе сформированных измерительных токов генератором квадратурных токов 9, питание на который так же подают от трансформатора хозяйственных нужд 3 через выпрямитель 6 и фильтр 7, через источники тока 13, 14 и с компаратора 18 через фильтр 17, вследствие изменения магнитного потока, а, следовательно, и ЭДС в обмотках контроля 16. На основании положения ротора микропроцессорная система 10 подаёт сигналы на замыкание силовых ключей через блоки драйверов 11 на вентильный коммутатор 12, для снятия ЭДС с фазных обмоток 15 реактивно-вентильного генератора 5 на которых магнитный поток максимален. Блок контроля качества генерируемой электроэнергии 20, подключенный через фильтр 19, определяет значения показателей качества генерируемой электроэнергии подаёт сигнал на микропроцессорную систему 10, которая путём сравнения показателей с номинальными значениями контролирует параметры тока возбуждения, подаваемого на обмотку возбуждения синхронного генератора 21. Которая создает магнитный поток в статоре синхронного генератора 22 и следовательно наводит ЭДС, используемую потребителями электроэнергии и трансформатором собственных нужд генератора 4 который подает электропитание на шины собственных нужд генератора 1.
Вывод. Предложенное техническое решение позволило повысить надёжность выработки электрической энергии синхронными генераторами, а также повысило управляемость током возбуждения резервной системы возбуждения.
Список литературы
1. Васильев А.А., Крючков И.П., Наяшкова Е.Ф., Околович М.Н. Электрическая часть станций и подстанций. М.: Энергоатомиздат, 1990. 551 с.
2. Коротков В.Ф. Автоматическое управление напряжением и реактивной мощностью синхронного генератора и электрических станций: учебное пособие // Иваново: ГОУВПБ «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина», 2008. 192 с.
3. Коломиец Н.В. Электрическая часть электростанций и подстанций: учебное пособие. Томск: издательство Томского политехнического университета, 2007. 143 с.
4. Степанов В.М., Авдошин В.С., Карпунин Д.А. Устройство возбуждения генератора и контроля качества генерируемой электрической энергии вентильно-реактивным генератором // Патент на изобретение РФ № 2690673, МПК8 Н02Р 9/00 от 15.10.2018
5. Степанов В.М., Карпунин Д.А. Анализ конструктивных схем систем возбуждения синхронных генераторов, работающих в составе единой энергосистемы: Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 11. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. С. 27-32.
6. Степанов В.М., Карпунин Д.А. Анализ конструктивных схем и работоспособности систем возбуждения синхронных генераторов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2015. Вып. 10. С. 208-213.
Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, профессор, x280xx@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Карпунин Дмитрий Александрович, аспирант, x280xx@gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет
DEVICE BACKUP EXCITATION SYSTEM OF SYNCHRONOUS TURBO-GENERA TOR BASED SWITCHED RELUCTANCE GENERATOR
V.M. Stepanov, D.A. Karpunin 329
Today, an urgent scientific task for enterprises generating electrical energy for the unified energy system of Russia is to increase the reliability of the generating installations. In this work, a redundant device for the excitation system of a synchronous turbogenerator is presented.
Key words: backup excitation system, synchronous turbo-generator, switched reluctance generator.
Stepanov Vladimir Mihailovich, doctor of technical sciences, professor, x280xx@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Karpunin Dmitry Alexandrovich, postgraduate, x280xx@gmail.com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.313.126 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-6-330-338
МЕТОДЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ И ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРАХ И РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ ИХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ
В.М. Степанов, А.Ю. Тимонин
Приведено описание методов прогнозирования электромагнитных и тепловых процессов в силовых трансформаторах и расчета параметров электромеханических устройств их систем охлаждения.
Ключевые слова: система охлаждения, силовой трансформатор, устройство для использования энергии избыточного воздушного теплового потока.
Вопросы математического моделирования электромагнитных и тепловых процессов в силовых трансформаторах рассматривались в работах как отечественных, так иностранных ученых.
Анализ существующих математических моделей электромагнитных и тепловых процессов в силовых трансформаторах показывает, что их можно разделить на три типа:
точные математические модели, основанные на строгом применении теории тепломассопереноса и электродинамики и представляющие собой систему дифференциальных уравнений в частных производных, решение которой осуществляется методом конечных элементов или с использованием аппарата диаграммной теории различия или теория функционального ряда;
обобщенные математические модели, основанные на представлении электромагнитных и тепловых процессов, происходящих в силовом трансформаторе, в виде задачи тепломассообмена между обмотками трансформатора, конструктивными элементами трансформатора (сердечник, бак, ...) и окружающей средой (воздухом); обычно они представляют собой систему обыкновенных дифференциальных уравнений, численное решение которых находят одним из численных методов и предположении о линейности и квазистационарности тепловых и электромагнитных процессов динамика температуры различных компонент силового трансформатора представляется алгебраическими соотношениями;
статистические математические модели, основанные на обработке данных мониторинга системы «силовой трансформатор - система охлаждения»; различными авторами предлагаются статистические модели, основанные на теории множественной регрессии, методе опорных векторов В.Н. Вапника и теории нейронных сетей.
330
