Введение

Генераторы электрических станций относятся к наиболее сложным элементам электрической системы (ЭЭС), в значительной мере определяющих ее динамические режимы. Для моделирования переходных режимов генераторов используются уравнения Парка-Горева и схемы замещения, которые можно разделить по структуре и методам определения параметров на следующие группы:
– структура отражает конструкцию машины переменного тока (обмотки), параметры определяются на
основании специально организованных испытаний;
– структура отражает конструкцию генератора или слои распределения электромагнитного поля в машине
переменного тока; параметры определяют на основании аналитических соотношений;
– схемы замещения, отражающие обмотки машины, параметры определяются на основе каталожных
данных.
В известных компьютерных программах Дакар, Spice, Saber, Simplorer, Dig SILENT Power Factory, приложение Power Systems прикладного пакета Matlab и др. реализованы схемы замещения минимальной сложности с одним демпферным контуром по оси d и двумя по оси q. При этом можно выделить следующие варианты задания исходных данных для синхронных неявнополюсных машин:
– синхронные, переходные, сверхпереходные индуктивные сопротивления и постоянные времени по осям симметрии ротора;
– непосредственно параметры схемы замещения с демпферными контурами.
Эффективность использования схем замещения с демпферными контурами, отражающих структуру синхронной машины, для анализа переходных процессов показана в ряде работ. В среде Matlab предусмотрена возможность использования отдельных блоков, в одном из которых предусмотрено использование первого варианта задания исходных данных, а во втором блоке – иного варианта. В широко используемой программе Dig SILENT Power Factory, которая используется в учебном процессе в Донецком национальном техническом университете, имеется база данных для генераторов зарубежного исполнения. В программе предусмотрено использование в качестве исходных данных постоянных времени синхронных машин переменного тока. Поэтому моделирование режимов ЭЭС с генераторами, установленными на электростанциях в странах СНГ, вызывает определенные трудности при формировании исходных данных из-за неопределенности информации в справочной литературе. В то же время опубликованы, полученные на основе экспериментальных исследований, параметры многоконтурных схем замещения турбогенераторов мощностью от 60 до 800 МВт.
Согласно [1], постоянные времени затухания составляющих тока Td’, Td’’, Tq’, Tq’’ при внезапном нарушении режима следует определять на основании параметров экспонент, аппроксимирующих соответствующие переходные функции. В [1] приведены методы проведения экспериментальных исследований. При этом постоянные времени соответствуют параметрам контуров схемы замещения с вынесенным контуром намагничивания.
В документации к программному обеспечению Power Factory [2] и в [3] приведены методики определения параметров схемы замещения на основании постоянных времени.

Цель работы

Анализ параметров схемы замещения синхронного генератора с неявнополюсным ротором и постоянных времени, которые получены на основе параметров схемы замещения с вынесенным контуром намагничивания и по методикам, приведенным в [2-3]. Также поставлена задача определения постоянных времени отечественных генераторов на основе параметров схем замещения, синтезированных на основе экспериментальных данных.

Материал и результаты исследования

Методика проведения исследования заключается в следующем:
1) по параметрам Г-образной схемы замещения (рис. 1, а) выполнить расчет частотных характеристик генератора;
2) выполнить синтез параметров схем замещения с вынесенным контуром намагничивания (рис. 1, б) и определить постоянные времени;
3) определить по Xd, X’’d, X’d, Td’, Td’, согласно [2-3], параметры Г-образных схем замещения.
4) сопоставить исходные параметры, которые использовались в п. 1 и полученные в п. 4.
5) сопоставить расчеты переходных процессов при использовании возможных исходных данных с результатами натурных испытаний.
На основе многоконтурных схем замещения генераторов типа ТГВ-300, ТВВ-200, ТВВ-320 были синтезированы схемы, соответствующие показанным на рис. 1

Рисунок 1 – Схемы замещения СГ по оси d ротора

(а – Г- образная; б – с вынесенным контуром намагничивания)

 

По методикам [2-3] на основе Xd, X’’d, X’d, Td’, Td’’также были определены параметры Г – образной схемы замещения, а затем частотные характеристики проводимости синхронной машины со стороны обмотки статора.
По параметрам схемы замещения с вынесенным контуром намагничивания были определены сверхпереходная и переходная постоянные времени, по которым были определены параметры Г- образной схемы замещения и рассчитаны совокупности электромагнитных параметров yd(js).
На рис. 2 в качестве примера, приведены частотные характеристики yd(js) генератора типа ТГВ-300.
Как следует из рис. 2, имеет место расхождение между частотной характеристикой по методике [2] и остальными.

 

Выводы

1. Использование справочных данных X’’d, X’d, Td’, Td’’приводит к отличиям в частотных характеристиках генераторов, что, в свою очередь, вызовет увеличение погрешности предопределения движения ротора генератора в переходных режимах при использовании программ, в которых указанные параметры являются исходными данными.
2. Для повышения адекватности моделирования физических процессов в роторе генератора необходимо по параметрам схемам замещения (один демпферный контур по оси d, два по оси q), которые синтезированы на основе многоконтурных схем замещения, определить Xd, X’’d, X’d, Td’, Td’’. Эти значения необходимоиспользовать в программе в качестве исходных данных.

Библиографические данные

1. ГОСТ10169-77. Машины электрические трехфазные синхронные. Методы испытаний. – М.,1984. – 81 с.

2. Dig SILENT Technical Documentation Synchronous Generator Copyright 2007. All rights reserved. Unauthorised copying or publishing of this or any part of this document is prohibited. TechRef ElmSym V1 Build 331 30.03.2007

3. Исследование параметров синхронных генераторов ОЭС Сибири для уточнения математической модели ОЭС, применяемой для моделирования переходных процессов, в том числе при несинхронных режимах. /Э.С. Лукашов, Б.З. Гамм, Н.М. Письман, номер госрегестрации 78004819 1977. – 90 с.