УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В СИНХРОННЫХ МАШИНАХ НА ОСНОВЕ СЛОЖНЫХ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУР
Наливайко В.М.,Жданович Н.В., магистранты; Ларин А.М., доц., к.т.н.
Донецкий национальный технический университет
Доклад статьи осуществлялся на Всеукраинской конференции по Электротехнике, проходившей в ДонНТУ 28-29 мая 2008 года.
В настоящее время для математического описания синхронных машин (СМ) наибольшего распространения получила система полных дифференциальных уравнений. Моделирование переходных процессов предполагает, в этом случае, известность определенной совокупности активных и индуктивных сопротивлений, отражающих связь между токами и потокосцеплениями в магнитосвязанных контурах машины. Такая исходная информация представляется в форме схем замещения физически обоснованной структуры, имеющих различную степень детализации. Для каждой структуры схемы замещения при использовании ПЭВМ требуется составление соответствующей программы расчета. Поэтому актуальной является задача разработки единого подхода к моделированию переходных процессов при использовании схем замещения различных структур.
Целью работы является разработка метода преобразования сложных эквивалентных схем замещения различных структур от одного вида к другому, наиболее удобному для моделирования. Это позволит составить универсальную программу расчета на ЭВМ для исследования различных видов переходных процессов.
В настоящее время наибольшего распространения получили схемы замещения, в которых предполагается, что цепи обмотки статора, возбуждения и демпферных контуров имеют магнитную связь только через основное магнитное поле (Т - образные) и схемы замещения уточненной структуры, более достоверные с физической точки зрения, в которых учитывается различие взаимной индуктивной магнитной связи между обмотками статора, возбуждения и эквивалентными контурами демпферной системы. В таких схемах замещения демпферная система и обмотка возбуждения могут представляться одним или несколькими контурами [1].Сотрудниками Сибирского НИИ энергетики предложены и получены более сложные структуры эквивалентных схем замещения турбогенераторов, также учитывающих различную взаимоиндуктивную связь между контурами, расположенными на роторе. Основной отличительной особенностью таких схем замещения является представление демпферной системы машины по продольной и поперечной осям ротора в виде основного демпферного контура, охватывающего магнитный поток взаимоиндукции между статором и ротором, и ряда локальных контуров, охватывающих магнитные потоки рассеяния и обмотки возбуждения. В этом случае обмотка возбуждения генератора, его демпферная система и взаимная индуктивность между ними характеризуются сложными зависимостями от скольжения высокого порядка (рис. 1). Исследование переходных процессов с помощью сложных эквивалентных схем высокого порядка вызывает принципиальные сложности в определении токов в отдельных контурах.
При частотном методе расчета переходных процессов более эффективным является аналитическое описание процессов с помощью схем замещения с вынесенной на зажимы источника ветвью намагничивания. При этом для правильного воспроизведения переходных процессов в обмотке возбуждения необходимо представлять ее самостоятельной многоконтурной цепью (рис.2). Метод преобразования схем замещения различных структур к такому виду, удобному для моделирования, изложен в [2]. Использование схем замещения, приведенных на рис.2, не вызывает проблем при определении тока в цепи обмотки возбуждения. Таким образом, программа расчета электромагнитных и электромеханических переходных процессов, реализованная для такой структуры схемы замещения является универсальной.
Проверка эффективности универсального подхода к моделированию переходных процессов на основе предварительного преобразования схем замещения к виду, удобному для моделирования (рис.2), проводилась для синхронных генераторов различных конструкций и мощностей. Рассматривался генератор типа СГ-18.75, не имеющий демпферной системы. Турбогенератор типа ТГВ-300 представлялся одним эквивалентным демпферным контуром по каждой оси ротора. Модельный синхронный генератор типа МТ-30 характеризовался тремя контурами по каждой из осей симметрии. Для турбогенератора типа ТВВ-160-2 методика проверялась для схемы замещения с учетом различной взаимоиндуктивной связью между роторными контурами.
Достоверность расчета переходных процессов для всех исследуемых машин оценивалась путем расчета электромагнитных переходных процессов при внезапном коротком замыкании на выводах СМ и электромеханических, вызванных выпадением из синхронизма и переходом к установившемуся асинхронному режиму после потери возбуждения. Изменения во времени токов в обмотках статора и ротора для исходных и преобразованных схем практически совпали между собою.
Вывод. Рассмотренный в работе метод преобразования эквивалентных схем замещения, основанный на адекватности частотных характеристик проводимости со стороны обмотки статора и комплексных коэффициентов распределения тока статора в ветви обмотки возбуждения позволяет упрощать сложные схемы замещения высокого порядка к простому виду, удобному для моделирования переходных процессов.
Список литературы
1. Сидельников А.В. Синтез схем замещения синхронных машин при представлении обмотки возбуждения многоконтурной цепью // Электротехника. - 1983. - №7. - С.25-28.
2. Ларин А.М., Гуедиди Фаузи Бен Килани. Преобразование сложных эквивалентных схем замещения турбогенераторов к виду, удобному для моделирования переходных процессов // Вісник СНУ. - 2007. - № 11(117), Ч.1. - С. 108 - 115.
