Автореферат (Методы, модели и средства обеспечения динамической устойчивости электротехнических систем непрерывных производств), страница 3

Томск, 2011); Международной научно-технической конференция«Энерго-эффективность и энергобезопасность производственных процессов»(г. Тольятти, 2012 г.); НТС «Технические решения для повышения надежностиэлектроснабжения», (г. Самара, 2012 г.); «Технические решения для повышениянадежности электроснабжения» (г. Оренбург, 2012 г.); Международной выставкефоруме «ВэйстТэк-2013» (г. Москва, 2013 г.), НТС «Технические решения дляповышения надежности электроснабжения» (г. Омск, 2013, 2018 г.); НТС«Инновационные технические решения в энергетике» (г.

Сургут, 2018 г.);научных семинарах кафедры электроснабжения промышленных предприятийЧувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова, кафедры электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института,теоретической электротехники и электрификации нефтяной и газовойпромышленности РГУНГ им. И.М. Губкина.Публикации. По теме диссертации опубликована 51 печатная работа, в томчисле двадцать семь в журналах, рекомендованных ВАК, получено 3 патента и 3авторских свидетельства на программное обеспечение.Структура и объем работы.

Диссертационная работа содержитвведение, 7 глав, заключение, список литературы из 166 наименований и 2приложений. Объем работы составляет 308 страниц текста, включая149 рисунков и 26 таблиц.Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,сформулированы цель, задачи, научная новизна и практическая ценностьработы, кратко изложено содержание материалов, рассмотренных в работе.В первой главе рассмотрены особенности и проблемы обеспеченияустойчивости узлов нагрузки электротехнических комплексов нефтехимических иметаллургических предприятий, транспорта нефти и газа.

Также рассмотрены10типы и характеристики собственной генерации ЭТС, требования ПУЭ и отраслевыхстандартов к работе устройств противоаварийной автоматики электротехническихкомплексов с синхронной и асинхронной электродвигательной нагрузкойнапряжением 6, 10 кВ; даны особенности исполнения устройств РЗиА подстанцийнапряжением 110; 220 кВ питающих энергосистем. Отмечено, что схемыэлектроснабжения предприятий характеризуются двумя и более внешнимиисточниками, наличием собственной генерации (как правило, напряжением 6 кВ),большим числом трансформаторных подстанций и РУ, разветвленной структуройпромышленной электрической сети, высокой (более 50 %) долей и мощностьюэлектродвигательной нагрузки (среди которых имеется большое разнообразие потипам), а также наличием замкнутых контуров, что требует разработки новыхметодов исследования устойчивости электротехнических систем.Во второй главе разработаны математические модели синхронных иасинхронных электродвигателей, методы расчета их параметров ихарактеристик с учетом того, что каждый СД или СГ описывается своейсистемой из пяти, а каждый АД системой из трех дифференциальныхуравнений, а при расчете параметров двигателей и генераторов учитываются ихизменения в функции угловой частоты вращения.Существующие программы (СПГТУ, МЭИ, ВНИИЭ, НЭТИ, ДПИ, ИЭИ,СтПИ) различаются также формулами учета сопротивлений демпферныхконтуров от скольжения s и методами расчета параметров схем замещения.Погрешность расчета переходных процессов с использованием представленныхсхем замещения зависит от точности аппроксимации частотных характеристик попродольной d и поперечной q осям.

Авторы использовали для представленияротора СД многоконтурную схему замещения с постоянными параметрами. Учетявлений насыщения стали и вытеснения тока в роторе в многоконтурных схемахзамещения осуществляется путем расчета параметров параллельных ветвей.Для расчета параметров схемы замещения СД решается система из трехнелинейных уравнений (дополненная известными из теории синхронныхмашин соотношениями) методом итераций:R1, П  R1, П (1  М П / М П );(2.1)Х d, П  Х d, П (1  I П / I П );(2.2)R1,C  R1,C (1  2,5  М ВХ / М ВХ ),(2.3)где R1,П , R1,C – активное сопротивление демпферной обмотки в пусковом исинхронном режимах; Х d,П – сверхпереходное сопротивление СД по оси d впусковом режиме; М П ( М ВХ ) – пусковой (входной) моменты СД при скольженииs=1 и s=0,05 соответственно; I П – пусковой ток СД.В МЭИ на кафедре электроснабжения промышленных предприятий дляуказанных сопротивлений использовались уравнения учета поверхностногоэффекта в бочке ротора согласно работам Л.Р.

Неймана и И.А. Сыромятникова:R1  R12,C  ( R12,П  R12,C ) s ;(2.4)11X 1 X  1, П X  1,CX 21, П  ( X 21,C  X 21, П ) s,(2.5)где X  1, П и X  1,C – индуктивные сопротивления рассеяния эквивалентногодемпферного контура при пуске (s=1) и в синхронном (s=0) режимах.

Наосновании общих закономерностей теории массивного ротора [Нейман Л.Р.Поверхностный эффект в ферромагнитных телах] для указанных вышесопротивлений получены следующие выражения:R1( S )  R1,C  ( R1, П  R1,C ) s ;(2.6)X 1 X  1, П X  1,CX  1, П  ( X  1,C  X  1, П ) s.(2.7)Выражения, приведенные в формулах (2.4) и (2.6), позволяют учестьизменение активного сопротивления эквивалентного демпферного контурадвумя способами, а формулы (2.5) и (2.7) позволяют рассчитать индуктивныесопротивления рассеяния. Для исключения зацикливания итерационныхпроцессов, переполнения и исчезновения порядка в разработанных программахSELF100, КВС предусмотрен контроль нестандартных ситуаций, подборкоэффициентов ускорения сходимости, не позволяющие выйти рассчитываемымпараметрам за допустимые границы. Активные сопротивления СД определяются спомощью приведенных выражений и путем решения нелинейных уравнений (2.1- 2.3).

Сопротивление рассеяния статорной обмотки определяется изследующего соотношения, справедливого для СД серии СТД, СДГ, ТДС(2.8)X   1,3  X d, П  0,11  ( X d, П ) 2  0,6 X d, П  X 1, П ,где X d" ,П определяется в результате решения уравнения (2.2); X 1, П –сверхпереходное сопротивление рассеяния эквивалентного демпферногоконтура в пусковом режиме.Пусковая моментная характеристика СД ( М as ) определяется как:M as  1Sн1Re2 Pн  Zˆ d ( S ) Zˆ q ( S ),(2.9)где Pн ( S н ) – активная (полная) номинальная мощность СД; Zˆ d ( S ) , Zˆ q ( S ) –эквивалентные сопряженные комплексные сопротивления СД по продольной ипоперечной осям при скольжении s.

Сопротивления Z d ( S ) , Z q ( S ) в соответствии сосхемой замещения двигателя:Z d (S ) 111 jX    jX ad R f / s  jX f R1( s ) / s  jX  1( S )Z q(S ) 11 jX    jX ad R1( s ) / s  jX  1( S )1 ,1  ;  (2.10)12где X ad – сопротивление взаимоиндукции по продольной оси; R f ( X f ) –активное сопротивление (индуктивное сопротивление рассеяния) обмоткивозбуждения СД.

Средние активная ( Pas ) и реактивная ( Qas ) мощности,потребляемые СД из сети при пуске на первом этапе:Pas ; 1  .Zˆ q ( S )  1  11Re2  Zˆ d ( S ) Zˆ q ( S )1  1Qas  Im2  Zˆ d ( S )(2.11)Пусковой ток СД рассчитывается по выражениюIП 1 11.ˆˆ2 Z d (S ) Z q(S )(2.12)Для проверки достоверности разработанной математической модели СДпроведем сравнение параметров и характеристик двигателей с паспортнымиданными.

При расчете используем два метода учета поверхностного эффекта: в первом учет изменения активного и индуктивного сопротивленийСД проведен по формулам (2.4) и (2.5) (пусковые характеристики I1 , M1 ); во втором – по формулам (2.6), (2.7) (пусковые характеристики I 2 , M 2 ).Разработанная математическая модель позволяет получить еще однупусковую характеристику СД при использовании второй модели в диапазонескольжений s  0,2  1,0 и первой модели при s  0,2 (характеристики I 4 , M 4 ).Рассчитанные моментные характеристики вместе с паспортной пусковойхарактеристикой ( I 3 , M 3 ) СТД-12500 представлены на рис. 2.1.Рисунок 2.1 – Пусковые моментные характеристики СТД-12500В табл.

2.1 приведены параметры схемы замещения СД, рассчитанные сиспользованием уравнений (2.4 - 2.7) для учета изменения активного ииндуктивного сопротивлений СД.13Таблица 2.1 – Параметры схемы замещения СТД-12500 (о.е.)X fX  1,C X  1, П R1,CR1, ПXX adМодель12Экспериментальныеисходные данные0,0890,0860,1092,152,152,130,0790,0820,1030,0460,0850,0810,0170,0210,0260,0120,0090,0130,0320,0330,040Rf0,00110,00110,0011Приведенные в третьей строке табл.

2.1-2.3 расчетные данные параметровСД получены по разработанной нами модели с использованием в качествеисходных экспериментальных данных пускового тока, момента. В табл. 2.4приведены параметры схемы замещения двигателей СДГ-12500 и СДГМ-12500,рассчитанные с использованием для учета изменения активного ииндуктивного сопротивлений СД формул (2.6), (2.7).Таблица 2.2 – Индуктивные сопротивления (о.е.) в синхронном режимеX qXfX fX 1,CX 1,CX d Xd,X dX dМодель 0 ,C 0 ,C2,24 0,163 0,118 0,134 2,226 0,165 2,193 0,132 0,056 0,66112,24 0,165 0,127 0,168 2,232 0,165 2,235 0,168 0,073 0,7502Эксперимен- 2,24 0,206 0,154 0,188 2,231 0,208 2,209 0,185 0,082 0,719тальные данныегде: X d , X d – переходное и сверхпереходное индуктивные сопротивления СДпо оси d; X q – сверхпереходное индуктивное сопротивление СД по оси q; X f –индуктивное сопротивление обмотки возбуждения при короткозамкнутойстаторной обмотке;  0,C (  0 ,C ) – коэффициент рассеяния обмотки возбуждения идемпферной обмотки по продольной оси при разомкнутой (короткозамкнутой)статорной обмотке.Таблица 2.3 – Индуктивные сопротивления (о.е.) в пусковом режимеX qX 1, ПX 1, П 0, П 0 , ПX dX dМодель10,164 0,104 0,107 2,165 0,103 0,043 0,56820,163 0,103 0,107 2,172 0,104 0,046 0,598Экспериментальные0,206 0,130 0,135 2,153 0,130 0,058 0,599данныеТаблица 2.4 – Параметры схемы замещения (о.е.)ДвигательXX adX fX  1,C X  1, П R1,CR1, ПRfСДГ-125000,133 1,02 0,112 0,022 0,016 0,017 0,024 0,0011СДГ-12500 (заданы X d , X d ) 0,131 0,80 0,076 0,030 0,017 0,015 0,026 0,0012СДГМ-125000,127 1,99 0,129 0,110 0,028 0,011 0,043 0,0010В табл.

2.5-2.6 приведены индуктивные сопротивления СД в синхронном(пусковом) режимах.14Таблица 2.5 – Индуктивные сопротивления (о.е.) в синхронном режимеДвигательXdСДГ-12500СДГ-12500 (с X d , X d )СДГМ-12500X dX dX qX fXfX 1,C  0,CX 1,C 0 ,C1,16 0,2300,93 0,1980,151 0,1540,152 0,1601,1370,8750,230 1,046 0,140 0,118 0,5690,189 0,829 0,143 0,120 0,5292,12 0,2470,184 0,2312,1180,248 2,098 0,229 0,110 0,750Таблица 2.6 – Индуктивные сопротивления (о.е.) в пусковом режимеX qX 1, ПX 1, П 0, П 0 , ПX dX dДвигательСДГ-125000,231 0,146 0,148 1,040 0,133 0,112 0,548СДГ-125000,199 0,146 0,148 0,815 0,130 0,106 0,481(заданы X d , X d )СДГМ-125000,2460,1490,1542,0160,1470,0740,612Из сравнения параметров схемы замещения и пусковых характеристикдвигателей следует, что предложенная математическая модель СД точнееаппроксимирует пусковые характеристики и определяет параметры двигателейкак при паспортных, так и при экспериментально полученных данных.Для расчета переходных процессов предлагаем представить моментнуюхарактеристику механизма из трех характерных участков:а) при 1  s  s ЖМ МХ2 1 s sЖ  s   M КЛ ( К З  М 0 ) М 0  ( М Т  М 0 ) 1 sЖ  1  s КЛz1Р Н ; (2.13) S Нб) при s Ж  s  s КЛМ МХ 1 sЖ  М 0  M КЛ ( К З  М 0 ) 1  s КЛz1Р Н ; S Н(2.14)в) при s КЛ  sМ МХ  М 0  ( К З  М 0 ) z2 РSН,(2.15)Нгде s Ж , s КЛ – скольжение ротора СД, соответствующее жидкостному трению иоткрытию обратного клапана; K з – коэффициент загрузки двигателя; М 0 –начальный момент сопротивления механизма; M Т , M КЛ – моменты трогания иоткрытия обратного клапана; z1, z2 – показатели степени, характеризующиезависимость момента сопротивления механизма от угловой частоты вращения.