RUS	UA	ENG	ДонНТУ	Портал магистров ДонНТУ

Козырева Екатерина Владимировна

Факультет: электротехнический (ЭТФ)

Кафедра: электрических станции (ЭС)

Специальность: "Электрические cтанции"

Тема квалификационной работы магистра:

Анализ переходных процессов электродвигателей собственных нужд теплоэлектростанций на основе дискретных математических моделей

Научный руководитель: д.т.н., проф., Сивокобыленко Виталий Федорович

Автобиография	Автореферат	Библиотека	Ссылки	Отчет о поиске	Индивидуальный раздел

РЕФЕРАТ по теме магистерской работы

АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД ТЕПЛОЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА ОСНОВЕ ДИСКРЕТНЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ

ВВЕДЕНИЕ

Надежная и экономическая работа современных тепловых и атомных электрических станций в большой степени зависит от надежности работы механизмов собственных нужд. Основным видом привода наиболее ответственных механизмов собственных нужд ЭС являются асинхронные и синхронные двигатели 6 кв. 95% мощности необходимой на собственные нужды приходится на электродвигатели [1]. Непрерывное увеличение единичной мощности блоков приводит к росту установленной мощности двигательной нагрузки, единичной мощности и пусковых токов АД и СД, что в ряде случаев затрудняет обеспечение успешного самозапуска и динамической устойчивости двигательной нагрузки при коротких замыканиях и кратковременных понижениях напряжения[6]. Это может приводить к аварийному отключению блоков электростанций и понижению надежности функционирования всей энергосистемы в целом. В некоторых переходных режимах (переключение питания на другой источник, отключение к.з. и др.) в двигателях могут возникать ударные токи и моменты, превышающие допустимые и значительно сокращающие срок их службы.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Для дальнейшего совершенствования и развития многомашинных систем электроснабжения актуальными являются разработка и создание математических моделей указанных систем, отличающихся высокой степенью адекватности реальным объектам и позволяющим исследовать особенности переходных и аварийных режимов, сократить сроки проектирования и расходы на натурные эксперименты [2]. При помощи цифровых математических моделей представляется возможным оптимизировать переходные процессы систем электроснабжения с учетом характеристик существующего и разрабатываемого оборудования. При этом одним из основных требований к математическим моделям является обеспечение их численной устойчивости и приемлемые затраты машинного времени на расчеты переходных режимов [7]. Для решения этой задачи одним из подходов является применение дискретных моделей, основанных на решении дифференциальных уравнений неявными численными методами интегрирования [1].

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы является разработка дискретных математических моделей трансформаторов, асинхронных и синхронных двигателей для анализа переходных процессов в системах собственных нужд 6 кВ ТЭС. Для достижения этой цели требуется решение следующих задач:

1. создание метода определения параметров многоконтурных схем замещения трансформаторов, асинхронных и синхронных двигателей на основе заданных каталожных данных;

2. создание дискретных математических моделей на основе полных дифференциальных уравнений для основных элементов системы собственных нужд ТЭС. Для решения дифференциальных уравнений должны быть применены неявные методы интегрирования с использованием программы MathCAD 14;

3. разработка математических моделей многомашинной системы электроснабжения собственных нужд ТЭС на основе дискретных математических моделей схемы и с учетом их взаимной связи между собой;

4. математическое моделирование и анализ переходных процессов в системах собственных нужд ТЭС (к. з., перерыв питания, групповой выбег и самозапуск двигателя).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В последнее время в связи с бурным развитием вычислительной техники, а также в связи с повышением требований к точности моделирования при разработке и создании высоконадежных систем электроснабжения АЭС, ТЭС и других ответственных установок с крупными АД и СД, значительно возрос интерес к математическим моделям в системах электроснабжения, основанным на полных уравнениях Парка-Горева как для машин, так и для всех элементов питающей сети [3]. Актуальным является создание универсальных моделей, позволяющих исследовать как кратковременные (АПВ, АВР, короткие замыкания), так и длительные (пуск, самозапуск) переходные процессы в группе машин с учетом их взаимного влияния, с учетом зависимостей параметров от вытеснения токов и насыщения магнитных цепей. Рассмотрим расчёт параметров и моделирование пуска асинхронного двигателя. Достоинство многоконтурных схем замещения машин переменного тока заключается в универсальности их использования как для расчета переходных, так и установившихся режимов работы[9]. Кроме того, информация об их параметрах весьма удобна для хранения в памяти и использовании при расчетах на АВМ и ЦВМ [4].
Рисунок 1 – Схема замещения глубокопазного асинхронного двигателя с двухконтурным ротором ( рисунок анимирован; количество кадров – 4; количество повторений – бесконечно; объем – 42,6кб)

Выполним расчёт параметров двухконтурной схемы замещения АД инженерным методом. Расчет выполняем в относительных единицах в следующей последовательности: Скорректируем значения номинальных КПД и коэффициента мощности:

1) Определяем индуктивное сопротивление рассеяния статора

2) Находим ток холостого хода, который принимаем равным току намагничивания
3) Находим индуктивное сопротивление ветви намагничивания
4) Определяем входные сопротивления двигателя в номинальном режиме при Sн
5) Определяем входные сопротивления двигателя в пусковом режиме при S=1
6) Находим проводимости ротора при номинальном скольжении
7) Принимаем параметры первого контура ротора равными результирующему сопротивлению ротора в номинальном режиме
8) Находим проводимости ротора в пусковом режиме
9) Параметры второго контура ротора находим как разность между результирующей проводимостью ротора при S=1 и проводимостью первого контура ротора при S=1
Параметры, полученные инженерным методом, уточняем путём решения системы нелинейных алгебраических уравнений (СНАУ). Для этого составляем программы расчёта параметров схемы замещения более точным методом. Подпрограмма расчета входного сопротивления, тока статора, момента АД:
Подпрограмма расчета максимального момента:
Подпрограмма расчета потерь в АД:
Уточним параметры схемы замещения путём решения СНАУ с помощью блока решений Given – Minerr в пакете MathCad. Уравнения составляются из условия совпадения расчётных и каталожных токов статора, вращающих моментов при S=1 и S_Н, а также потерь в номинальном режиме:
Проверяем теперь совпадение расчетных значений токов, моментов и КПД с каталожными:

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В последнее время в связи с бурным развитием вычислительной техники, а также в связи с повышением требований к точности моделирования при разработке и создании высоконадежных систем электроснабжения АЭС, ТЭС и других ответственных установок с крупными АД и СД, значительно возрос интерес к математическим моделям в системах электроснабжения, основанным на полных уравнениях Парка-Горева как для машин, так и для всех элементов питающей сети [3]. Актуальным является создание универсальных моделей, позволяющих исследовать как кратковременные (АПВ, АВР, короткие замыкания), так и длительные (пуск, самозапуск) переходные процессы в группе машин с учетом их взаимного влияния, с учетом зависимостей параметров от вытеснения токов и насыщения магнитных цепей.

Рассмотрим расчёт параметров и моделирование пуска асинхронного двигателя.

Достоинство многоконтурных схем замещения машин переменного тока заключается в универсальности их использования как для расчета переходных, так и установившихся режимов работы[9]. Кроме того, информация об их параметрах весьма удобна для хранения в памяти и использовании при расчетах на АВМ и ЦВМ [4].

Рисунок 1 – Схема замещения глубокопазного асинхронного двигателя с двухконтурным ротором

Рисунок 1 – Схема замещения глубокопазного асинхронного двигателя
с двухконтурным ротором ( рисунок анимирован; количество кадров – 4; количество повторений – бесконечно; объем – 42,6кб)

Выполним расчёт параметров двухконтурной схемы замещения АД инженерным методом. Расчет выполняем в относительных единицах в следующей последовательности:

Скорректируем значения номинальных КПД и коэффициента мощности:

1) Определяем индуктивное сопротивление рассеяния статора

Индуктивное сопротивление рассеяния статора

2) Находим ток холостого хода, который принимаем равным току намагничивания

Ток холостого хода

3) Находим индуктивное сопротивление ветви намагничивания

Индуктивное сопротивление ветви намагничивания

4) Определяем входные сопротивления двигателя в номинальном режиме при Sн

Входные сопротивления двигателя в номинальном режиме при Sн

5) Определяем входные сопротивления двигателя в пусковом режиме при S=1

Входные сопротивления двигателя в пусковом режиме при S=1

6) Находим проводимости ротора при номинальном скольжении

7) Принимаем параметры первого контура ротора равными результирующему сопротивлению ротора в номинальном режиме

Параметры первого контура ротора

8) Находим проводимости ротора в пусковом режиме

Проводимости ротора в пусковом режиме

9) Параметры второго контура ротора находим как разность между результирующей проводимостью ротора при S=1 и проводимостью первого контура ротора при S=1

Параметры второго контура ротора

Параметры, полученные инженерным методом, уточняем путём решения системы нелинейных алгебраических уравнений (СНАУ). Для этого составляем программы расчёта параметров схемы замещения более точным методом.

Подпрограмма расчета входного сопротивления, тока статора, момента АД:

Подпрограмма расчета входного сопротивления, тока статора, момента АД

Подпрограмма расчета максимального момента:

Подпрограмма расчета максимального момента

Подпрограмма расчета потерь в АД:

Подпрограмма расчета потерь в АД

Уточним параметры схемы замещения путём решения СНАУ с помощью блока решений Given – Minerr в пакете MathCad. Уравнения составляются из условия совпадения расчётных и каталожных токов статора, вращающих моментов при S=1 и S_Н, а также потерь в номинальном режиме:

Проверяем теперь совпадение расчетных значений токов, моментов и КПД с каталожными:

Проверка совпадения расчетных значений токов, моментов и КПД с каталожными

Рисунок 2 – Пусковая характеристика двигателя
Рассчитаем вспомогательные коэффициенты для ДУ:
Составим в форме Коши систему дифференциальных уравнений АД:
Систему ДУ будем решать сначала известными явными методами, например, с помощью метода Рунге-Кутта, а затем это решение в дальнейшем будем сравнивать с результатами, которые получили с помощью неявных методов. Последовательность расчёта указана в главной программе AD_RK_1, в которой приведены также описанные выше подпрограммы. Время пуска задаем, например 6 сек. При шаге расчёта 0,314 радиан и зная, что одна секунда равняется 314 радиан, время пуска составит 1884 рад и потребуется 6000 шагов.
В результате расчёта пуска АД получили следующие графики:
Рисунок 3 - Пусковые характеристики по фазам
Рисунок 4 - Частота вращения АД в процессе пуска
Рисунок 5 - Электромагнитный пусковой момент
Рисунок 6 - Потребляемая мощность двигателя
ВЫВОДЫ В результате магистерской работы планируется разработать универсальную математическую модель для анализа переходных процессов электродвигателей собственных нужд теплоэлектростанций на основе дискретных математических моделей. С помощью этой программы возможно будет рассмотрение работы электродвигателей в разных режимах.

Рисунок 2 – Пусковая характеристика двигателя

Рисунок 2 – Пусковая характеристика двигателя

Рассчитаем вспомогательные коэффициенты для ДУ:

Вспомогательные коэффициенты

Составим в форме Коши систему дифференциальных уравнений АД:

Система дифференциальных уравнений АД в форме Коши

Систему ДУ будем решать сначала известными явными методами, например, с помощью метода Рунге-Кутта, а затем это решение в дальнейшем будем сравнивать с результатами, которые получили с помощью неявных методов.

Последовательность расчёта указана в главной программе AD_RK_1, в которой приведены также описанные выше подпрограммы. Время пуска задаем, например 6 сек. При шаге расчёта 0,314 радиан и зная, что одна секунда равняется 314 радиан, время пуска составит 1884 рад и потребуется 6000 шагов.

В результате расчёта пуска АД получили следующие графики:

Рисунок 3 - Пусковые характеристики по фазам

Рисунок 3 - Пусковые характеристики по фазам

Рисунок 4 - Частота вращения АД в процессе пуска

Рисунок 5 - Электромагнитный пусковой момент

Рисунок 5 - Электромагнитный пусковой момент

Рисунок 6 - Потребляемая мощность двигателя

Рисунок 6 - Потребляемая мощность двигателя

ВЫВОДЫ

В результате магистерской работы планируется разработать универсальную математическую модель для анализа переходных процессов электродвигателей собственных нужд теплоэлектростанций на основе дискретных математических моделей. С помощью этой программы возможно будет рассмотрение работы электродвигателей в разных режимах.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Перхач В.С. Математичні задачі електроенергетики. – Львів: Вища школа, 1989. – 464 с.

2. Сивокобыленко В.Ф., Лебедев В.К. Переходные процессы в системах электроснабжения собственных нужд электростанций: Учеб. Пособие. – Донецк: ДонНТУ, 2002. – 136 с.

3. Сивокобыленко В.Ф. Переходные процессы в многомашинных системах электроснабжения электрических станций: Уч. пособие/- Донецк, ДПИ, 1984. – 116 с.

4. Официальный сайт кафедры “Электрические станции” Томского политехнического университета. (Электронный ресурс) http://www.elti.tpu.ru

5. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Учеб. пособие для электротехнических специальностей вузов/ Крючков И. П., Кувшинский Н. Н., Неклепаев Б. Н.; Под ред. Б. Н. Неклепаева – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1978-456 с.

6. Сивокобыленко В. Ф., Костенко В. И. Математическое моделирование электродвигателей собственных нужд электрических станций. Учебное пособие. – Донецк: ДПИ, 1979. – 110с.

7. Ойрех Я. А., Сивокобыленко В. Ф. Режимы самозапуска асинхронных двигателей. – М.: Энергия, 1974. – 96с.

8. Сивокобыленко В. Ф., Павлюков В. А. Расчет параметров схем замещения и пусковых характеристик глубокопазных асинхронных машин. – Электричество, 1979, №10.

9. Сивокобыленко В. Ф., Лебедев В. К. Определение параметров схем замещения для анализа режимов работы синхронных двигателей. – Электротехника, 1982, №12.

10. Сыромятников И. А. Режимы работы синхронных и асинхронных двигателей/ Под ред. Л. Г. Мамиконянца. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974. – 96с.

ЗАМЕЧАНИЕ

При написании данного автореферата магистерская работа не завершена. Окончательный вариант работы можно получить у автора или научного руководителя после декабря 2010 года.

Автобиография	Автореферат	Библиотека	Ссылки	Отчет о поиске	Индивидуальный раздел