Диссертация (1172958), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Экспериментальныеисследования частотного пуска ТДС-20000 привода компрессора К-3000 ирежимов работы системы «преобразователь частоты–СД» на НМЛК подтвердилихорошую точность математической модели и основные преимущества частотногопуска: пусковые токи СД ограничены на уровне номинальных; отсутствуетвлияние на систему электроснабжения.7. Создана автоматизированная база данных по используемым синхроннымдвигателям с массивным гладким ротором серий СТМ, СТД, СТДП, ТДС, СДГ,СДГМ и рассчитаны параметры их схем замещения.1363. МЕТОДЫ РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХКОМПЛЕКСОВСКОМБИНИРОВАННЫМИИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯЭлектротехнические системы промышленных предприятий претерпелиизменения за последние 20 лет: появились замкнутые контура во внутризаводской электрической сети, изменились схемы ЭТС путем использованияодносекционных распределительных устройств с двумя вводами на секцию,добавились комплексы собственной генерации напряжением 0,4; 6; 10 кВ (каксоизмеримой мощностью с суммарной внутризаводской нагрузкой, так ипревышающей ее) с разными схемами как генераторного распределительногоустройства, так и организацией связи с заводскими РУ, РП.
При проектировании истроительстве электротехнических комплексов с учетом собственной генерациивозникают следующие задачи:- более полного моделирования ЭТС от питающей энергосистемы допотребителей напряжением 380В, в которой необходимо учитывать замкнутыеконтура внутризаводской сети, режимы раздельной/параллельной работы питающейэнергосистемы и мини-станции;- выбора математических моделей СД напряжением 6 (10) кВ;- выбора математических моделей генераторов напряжением 6(0,4) кВ;- выбора математических моделей АД напряжением 6 (10) кВ;- выбора математических моделей АД напряжением до 1 кВ;- выбора моделей описания прочей нагрузки напряжением до 1 кВ;- расчета установившихся (для нормальных и ремонтных схем) и аварийных(переходных) процессов, вызванных КНЭ в питающих сетях с учетом вывода изработы трансформаторов, генераторов и пр.;- анализа полученных расчетных исследований с целью выбора мощностисобственнойгенерации,отпаексиловыхтрансформаторов,параметроввыключателей, релейной защиты и автоматики;- расчета возможных режимов автономной системы электроснабжения длянормальных, ремонтных и аварийных схемах электроснабжения.137Из этого следует, что разработка метода математического моделированияЭТС с централизованными и автономными источниками питания, который даетвозможность с высокой точностью исследовать вышеприведенные задачи,актуальна.В научных трудах для оценки «статической устойчивости ЭТС предлагаетсяиспользовать метод линейного приближения, который обоснован на основанииобщей теории устойчивости» [22, 24, 51, 54, 75-77, 106].
При использованииметода линейного приближения возникают трудности, связанные со сложнойструктурой и конфигурацией внутризаводской сети, ее трансформацией приотключении трансформаторов, линий связи между ГРУ и ЗРУ [51, 54, 60, 75],подключением в работу электродвигателей на разных секциях РП, РУ.В зарубежных источниках [60, 76, 113, 149, 150] имеются методы расчетаустойчивости распределенных систем с собственной генерацией, которыедопускаютэквивалентированиенагрузкиипредназначеныдляэлектроэнергетических систем с большим числом распределенной генерации(солнечных, ветровых и прочих электростанций).В работах [54, 60, 76] для исследования устойчивости «многомашинных ЭТСучитывают схему электроснабжения, а параметры элементов и ЭДС (электрическихмашин) принимают постоянными, что при упрощенном расчете токов КЗ приводитк завышенным параметрам электрооборудования и ошибкам в настройке РЗА»[54, 60, 76,113, 133, 138].Поэтому предлагаемый метод расчета статической и динамическойустойчивости электротехнических систем с автономными и централизованнымиисточниками должен учитывать:- реальную схему электроснабжения предприятия с учетом возможныхконфигураций электрической сети и замкнутые контура;- не использовать типовые параметры схем замещения СД, а рассчитыватьих отдельно;- параметры систем возбуждения СД на каждом этапе переходногопроцесса;138- изменения параметров работающих электрических двигателей в функцииугловой частоты вращения.Такой метод позволит: повысить точность расчетов токов КЗ, обоснованновыбиратьпараметрыэлектрооборудования,уставкиРЗА;предложитьмероприятия по бесперебойной работе электродвигателей ЭТС.3.1.
Общие допущения при расчетах установившихся и переходных режимовЭТС с автономными и централизованными источниками питанияВ предлагаемом методе принято, что «один из генераторов ЭТС выбиран какбалансирующийузел,мощностькоторогоопределяетсярежимомработыподключенной нагрузки, а начальный узел такого генератора нами условно принятравным единице.
Для остальных генераторов ЭТС учитывается их фактическийкоэффициентзагрузки,аматематическаямодельописываетсясистемойдифференциальных уравнений пятого порядка. Для всех генераторов учитываютсяизменения их параметров в функции угловой частоты вращения, законырегулирования возбуждения генераторов» [61, 109]. Для синхронных и асинхронныхэлектродвигателей приняты допущения, приведенные в главе 2.Расчет статической и динамической устойчивости ЭТС будет проще, еслипараметры заданы в относительных единицах (согласно принятых базисныхпараметров) и программа численно устойчива. Использование относительныхединиц упрощает запись уравнений, освобождая их от некоторых постоянныхкоэффициентов и делает возможным сравнение результатов для электродвигателейразной мощности.
Поэтому в расчетных таблицах все величины, характеризующиесинхронные генераторы и двигатели, а также АД, представлены в собственныхотносительных единицах. Математическая модель расчета переходных процессовэлектротехнических комплексов с собственной генерацией использует для отсчетаположения обобщенных параметров режима ЭТС системы координат, приведенныена рис. 2.6, так как имеются ТП, РУ, на которых могут быть включены толькоасинхронные или только синхронные электродвигатели, а также подстации сосмешанной электрической нагрузкой.139При расчете электромагнитных переходных процессов и токов КЗ учитывается «подпитка от двигателей с учетом фазовых углов СД, АД и углов сдвигамежду ЭДС электрической системы и ЭДС двигателей» [95] (см.
рис. 2.7).3.2. Метод оценки статической устойчивости ЭТС с замкнутыми контурамисети при раздельной и совместной работе с энергосистемойДля ЭТС с автономными и централизованными источниками питанияпредлагается метод расчета статической и динамической устойчивости ЭТС,структурная схема которой приведена на рис. 3.1.Рисунок 3.1 – Структурная схема замещения электротехнического комплекса приналичии собственной генерации и питающей системыЕг1 - ЭДС первого генератора; Ес - ЭДС системы; UУ1 - напряжение в узле 1; UУN напряжение в узле N; J1 - ток узла 1; JN - ток узла NДляэлектротехническогокомплексаскомбинированнымсоставомисточников питания выбор совместной/автономной работы ЭТС в математическоймодели осуществляется путем подключения генераторов мини-ТЭС или ГППпосредством выключателей.
Схема внутризаводской электрической сети можетизменяться в зависимости от подключенной нагрузки, наличия в работетрансформаторов, КЛ, что скажется на матрице узловых сопротивлений сети Zу,которая пересчитывается каждый раз при изменении состояния выключателей.140Такие электротехнические системы обладают «нелинейностью, обусловленнойзависимостью ЭДС от угла положения ротора СД и генераторов и многочисленныминелинейностями типа ограничений в устройствах автоматического регулированиявозбуждения» [95].Под «статической устойчивостью электротехнической системы понимаемустойчивость ее установившегося режима, т.е.
способность сохранить свойисходный режим при любых достаточно малых отклонениях режимныхпараметров. Под малым возмущением понимаем такое изменение режима, прикотором остается справедливым описание рассмотренной ЭТС в линейномприближении, т.е. когда сохраняется пропорциональность P~θ(δ), Q~U» [106].Расчеты статической устойчивости выполняются для определения запасаустойчивости и сравнения его с нормативными показателями, а также с цельювыборамощности генераторов станции и/или энергосистемы и проверкивозможности существования установившегося режима работы.Запас статической устойчивости ЭТС «оцениваем как величину допустимогоснижения напряжения в узле нагрузки по сравнению с крити-ческим напряжением втомжеузле,соответствующемграницестатическойустойчивостиэлектродвигателей; а также запасом устойчивости по активной мощности» [22, 75,106].
Определение запаса устойчивости – это «нахождение условного расстояния дограницы устойчивости в пространстве параметров режима ЭТС. В предлагаемомметоде моделируются произвольная структура и конфигурация ЭТС, учитываютсязамкнутыеконтуравнутризаводскойсети,аосновныеэлектродвигателиописываются своей системой уравнений, а не эквивалентируются» [106], как этовыполнено в ряде работ [75, 99, 113, 124, 133, 138]. Статическая устойчивость ЭТС ссобственной генерацией включена в состав работ для «электротехническогокомплексаскомбинированнымсоставомисточниковдляисследованиямедленных изменений напряжения во внешней сети, малых изменений загрузкигенераторов, СД и АД» [22, 24, 26, 54, 55, 60, 75, 149].Из источников известно, что для расчета статической устойчивостииспользуются «методы Гурвица, Гауса, Михайлова и др.
При использовании141критерия Михайлова не надо представлять характеристическое уравнение в видеполинома, а достаточно его иметь в виде определителя. Согласно критериюустойчивости Михайлова для того, чтобы характеристическое уравнение» [22, 24,26, 54, 55, 60, 75, 149]F(p)= a0+a1p1+a2p2+a3p3+...+anpn = 0(3.1)имело корни с отрицательными вещественными частями, необходимо идостаточно, чтобы «характеристический вектор F(jw)=U(w)+jV(w) при измененииw от 0 до +¥ монотонно поворачивался против часовой стрелки на угол πn/2, где n– степень характеристического уравнения» [22, 75, 106].Для«произвольнойэлектротехническойсистемысвободныйчленхарактеристического уравнения имеет вид» [26]:ndPСД,ii =1d Qia0 = ÕdPАД, jmÕ dsj =1АД, jdU y,knÕ dUi =1В,СД,imdU y,kÕ dUj =1В,АД, jnydEcÕ, (3.2)k =1 dU yгде «РСД,i(РАД,i) – активная мощность i-го синхронного (асинхронного) электродвигателя ЭТС; n – число СД; m – число АД; k –число узлов; Uу,к – напряжение вk-ом узле ЭТС» [26, 106].
Производные dPСД,i/dQi и dPАД,j/dsАД,j определяются приусловии, когда «напряжения на выводах двигателей являются неизменными(UВ,СД=const,UВ,АД=const),апроизводныеdUу,к/dUВ,СДиdUу,к/dUВ,АДрассчитываются для случая, когда напряжения соответствующих узлов нагрузкипостоянны (Uу = const)» [26, 106].Свободный член характеристического уравнения (3.1) будет положи-тельнымтогда, когда положительны все сомножители (3.2). Поэтому при «прохождениичерез ноль любого из сомножителей этого соотношения и определяетсякритический режим ЭТС» [26, 106].
УсловияdPСДdQ=0и dPад/ dsад = 0(3.3)для электродвигателей «при постепенном снижении напряжения и определяютграницу установившегося режима ЭТС с комбинированными источникамипитания» [106]. Если в установившемся режиме для одного из двигателейвыполняется «условие (3.3), то для этого режима dЕс/dUу>0, т.е. при постепенном142снижении напряжения в ЭТС определяющим условием нарушения статическойустойчивости будет условие» [26, 106] (рис. 3.2)dEC> 0 .dU y(3.4)Рисунок 3.2 – Графическое представление критерия статическойустойчивости dЕс / dUу > 0Итак, запас статической устойчивости ЭТС оцениваем «по критическомунапряжению узлов промышленной нагрузки при котором происходит нарушениестатической устойчивости» [26, 106].Итак, если для АД в «установившемся режиме выполняется условие (3.3), тополная производная от ЭДС Ес по напряжению» [26, 106] примет вид:dEC ¶EC DQ ¶EC DS АД ¶EC+.=+dU¶Q DU ¶S АД DU¶U(3.5)При выполнении условия (3.3) «соотношение D sАД/ D U® - ¥ и значениеdЕс/dUу становится отрицательным, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
