Материал: Полный текст лекций

Лекция 5 от 22.03.22

Статическая устойчивость

(1)

(2)

(3)

(7)

(4)

Рассмотрим разницу между явнополюсной и неявнополюсной машиной. Эта разница видна, если записать уравнение для мощности машины (1), оно получено из уравнения ПаркаГорева. Потокосцепления по оси d и q расписаны в (2) и (3). Получаем выражение для мощности (4). Затем получаем выражение (7). В выражении (7) первая составляющая – это как раз МУХ. Но если обобщить эту формулу, то прибавляется вторая составляющая, которая учитывает Xd и Xq. При этом, эта вторая составляющая существует только для явнополюсных машин. У явнополюсных машин xd и xq отличаются. У турбогенератора xd и xq одинаковые, для гидрогенераторов xd и xq НЕодинаковые. То есть:

МУХ для неявнополюсных СМ МУХ для явнополюсных СМ

Для сравнения построим выражение мощности (7) для явнополюсных и неявнополюсных машин. Если у нас машина явнополюсная, то вторая компонента выражения (7) будет иметь характер синусоиды двойной частоты. Тогда для результирующей МУХ пик (предельное значение) чуть-чуть поднимется. А критический угол смещается от 90° в район 75°…80° и нарушение устойчивости произойдет раньше.

Снижение U на шинах генератора при увеличении передаваемой мощности

При увеличении активной мощности передаваемую через сечение (это делается путем впуска энергоносителя, то есть увеличение момента; это значит для турбомашин мы увеличиваем подачу пара в турбину, для гидромашин увеличиваем поток воды). При этом, мы Eq (величина синхронной ЭДС, то значение которое подается на вход обмотки возбуждения генератора Vf) не меняли.

Увеличение момента турбины Pт это есть поворот Eq. На рисунке U1 – напряжение на шинах генератора, Uc – напряжение сети (не меняется, напряжение на ШБМ), длина Eq не меняется. Именно на прямой между концами векторов Uc и Eq будет конец вектора U1. Чем дальше мы раздвигаем Eq, тем больше увеличиваем момент турбины Pт при сохранении значения Eq, тем у нас больше просаживается напряжение на генератора (U1 становится все меньше и меньше).

ИЛИ можно сказать, что у нас увеличивается реакция якоря. Если мы увеличим впуск энергоносителя, то у нас активная мощность, которая течет по статору, становится больше, а это за счет того, что по статору протекает больший ток. Если ток больше, то он размагничивает нашу систему, то есть он воздействует против обмотки возбуждения. И поэтому происходит просадка напряжения.

Обеспечение постоянства напряжения на шинах статора

Главная задача регулятора возбуждения – это держать напряжение на шинах статора за счет изменения напряжения на обмотке возбуждения. Если регулятор настроен неправильно (поставили ему высокий коэффициент усиления), то это приводит к раскачиванию нашей ЭС (была видна расходящаяся синусоида). В принципе, мы должны действовать так, чтобы до предела передаваемой мощности при нагрузке турбины мы доходили без качаний.

Сейчас рассматривается такой режим, когда у нас напряжения на обмотке возбуждения Eq меняется, а напряжение генератора постоянное. Uc не меняется. АРВ (автоматический регулятор возбуждения) поддерживает постоянным напряжение на шинах генератора U1.

Рисунок 44

При этом МУХ каждый раз меняется. Если регулятор настроен верно и нет самораскачивания, то у нас характеристика моментно-угловой характеристики с учетом АРВ вырождается в линию (сплошная линия). Появляется некий участок ABC – зона искусственной устойчивости. Эта зона является самой главной причиной того, что автоматический регулятор возбуждения сильного действия (АРВСД) искажает характеристику: повышает предел передаваемой мощности и позволяет системе быть статический устойчивой при углах 90°…120°. То есть, она дает нам лишние градусы устойчивости.

Современный АРВ

На рисунке приведена одна из упрощенных моделей. После аварии при применении АРВ затухания колебаний генераторов пройдут быстрее. Есть пять (шесть) каналов регулирования.

Рассогласование напряжения dUg – отклонение уставки от текущего значения поступает

на:

1. Пропорциональный канал 1

2.Пропорциональный канал 2

3.Интегральный канал

δи dIf – каналы системной стабилизации. Демпфируемый угол δ поступает на:

4.Пропорциональный канал 3

5.Пропорциональный канал 4

dIf канал по производной тока ротора поступает на:

6. Пропорциональный канал 5

На рисунке 44 возможность системы быть статически устойчивой при углах 90°…120° появляется благодаря введению последних трех каналов, которые оказывают стабилизирующее воздействие и которые давят все колебания.

Динамическая устойчивость Простой переход (отключении линии)

Рисунок 45

Динамическая устойчивость – это когда у нас происходит сильное возмущение. Включение/отключение линий, включение/отключение мощных нагрузок и КЗ.

В данный момент у нас схема моделирования – это генератор, трансформатор, линия и ШБМ. Чтобы сделать динамический переходный процесс нужно начать с простого перехода, когда у нас отключается одна линия. Допустим, на нашей схеме мы сделаем отключение линии. Получается, что ШБМ изолируются и генератора изолируется в отдельную энергосистему. По сути вопросов устойчивости не стоит, так как устойчивость имеет ввиду устойчивость параллельной работы. Не может быть устойчивости работы одного генератора.

То есть, нам нужно такое возмущение, чтобы после него сохранилась связь между генератором и ШБМ. Ради этого прибавляют еще одну параллельную линию. На модели все возмущения будут на нижней линии:

Простой переход – это когда нормально/аварийно отключается одна из цепей ЛЭП

характеристика нормального режима (до аварийного режима). Когда одна линия отключится, у нас станет больше, а амплитуда МУХ станет меньше. Нижняя Pe – это характеристика послеаварийного режима.

Переходный процесс (рисунок 45). Мы находились в точке a. В этой точке у нас был установившийся режим. Потом происходит отключение второй линии. Полный угол δ скачком не меняется. Из точки а мы перейдем в точку b в актуальную характеристику послеаварийного режима.

В точке b: Pт не изменилось, Pe стало ниже. Тогда Pт – Ре > 0, значит d2δ/dt2 > 0. Следовательно, машину тянет в сторону большего угла. Вроде бы в точке с она должна остановиться. Но в участке abc (площадка ускорения) успела накопиться некая энергия, пропорциональная энергии ускорения ротора. В точке с ротор эту энергию еще не успел сбросить. Надо рассеять эту энергию, поэтому он пролетает точку с и двигается до точки d. При этом участок cde (площадка торможения) равен площадке ускорения. После этого из точки d тянет в точку устойчивого равновесия (Pт < Ре, d2δ/dt2 < 0, значит тянет в сторону меньших углов). Потом по той же причине точка опять пролетает точку с, но чуть меньше чем до точки b. И все повторяется, пока она не зафиксируется в точке нового устойчивого равновесия c. С точки зрения энергосистемы, так как угол точки с больше, стало хуже потому что мы приблизились к критическому углу.

Если мы не смогли на площадке торможения рассеять всю накопленную энергию, ты мы будем идти в сторону больших углов до бесконечности. Это означает потеря динамической устойчивости. Графическим критерием динамической устойчивости является:

Вывод: даже при отсутствии КЗ, отключение линии может привести к нарушению устойчивости системы.