Повышение устойчивости синхронных генераторов в системе внутризаводского электроснабжения с помощью быстродействующего статического компенсатора реактивной мощности

• Автор: Мурзиков, Антон Александрович
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Магнитогорск
• Количество страниц: 173 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ СИНХРОННЫХ
ГЕНЕРАТОРОВ ВНУТРИЗАВОДСКОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1.0 необходимости развития собственной энергетической базы крупных
металлургических предприятий
1.2. Понятие об устойчивости параллельной работы
1.2.1. Статическая устойчивость синхронного генератора
1.2.2. Динамическая устойчивость синхронного генератора
1.2.3. Асинхронный режим синхронного генератора
1.3. Переходные процессы в синхронном генераторе при трёхфазном коротком замыкании
1.4. Повышение устойчивости синхронных генераторов за счёт автоматических регуляторов возбуждения
1.4.1. Обзор публикаций по повышению устойчивости синхронных генераторов за счёт автоматических регуляторов возбуждения
1.4.2. Исследование эффективности применения АРВ для повышения устойчивости синхронных генераторов
1.5. Повышение устойчивости синхронных генераторов с применением дополнительных устройств
1.5.1. Повышение устойчивости синхронных генераторов с помощью устройств противоаварийной автоматики
1.5.2. Повышение устойчивости синхронных генераторов с помощью конденсаторных батарей, коммутируемых тиристорными ключами
1.5.3. Повышение устойчивости синхронных генераторов с помощью электрического торможения подключением тормозного резистора
1.5.4. Повышение устойчивости синхронных генераторов с помощью статического компенсатора типа СТАТКОМ
1.6. Выводы

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА
2.1. Принцип работы статического компенсатора
2.2. Построение силовой части статического компенсатора
2.3. Математическое описание статического компенсатора
2.4. Преобразование координат
2.5. Непрерывная модель статического компенсатора
2.6. Система векторного управления статическим компенсатором
2.7. Увеличение мощности статического компенсатора
2.8. Выводы
3. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДУЕМОГО ОБЪЕКТА
3.1. Математическая модель синхронного генератора
3.2. Математическая модель паровой турбины
3.3. Математическая модель статического компенсатора
3.4. Выводы
4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ СТАТИЧЕСКОГО КОМПЕНСАТОРА И СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА
4.1. Исследование переходных процессов синхронного генератора при трёхфазном коротком замыкании на экспериментальной установке
4.2. Исследование динамики регулирования статического компенсатора на математической модели
4.3. Исследование динамики регулирования статического компенсатора на экспериментальной установке
4.4. Повышение устойчивости синхронных генераторов с помощью статического компенсатора реактивной мощности
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Крупные металлургические предприятий для обеспечения надёжности системы электроснабжения особо ответственных потребителей в своем составе содержат собственные электростанции с турбогенераторами относительно небольшой мощности 4-30 МВт. Они работают на вторичных энергоносителях и являются источниками бесперебойного питания в аварийных режимах [1-4]. Наиболее тяжёлыми и опасными среди них являются удалённые трёхфазные короткие замыкания, сопровождаемые глубокими провалами напряжения и заканчивающиеся, как правило, потерей устойчивости и отключением генераторов [5-10].
Вопросы повышения управляемости электроэнергетических систем всегда были актуальны как в нашей стране, так и за рубежом. В современных условиях развития электроэнергетики России при высоком уровне износа и недостаточно высоких темпах модернизации оборудования этот вопрос стоит ещё более остро.
Для нормальной работы системы внутризаводского электроснабжения, одним из важнейших требований, является обеспечение устойчивости параллельной работы входящих в неё синхронных генераторов [11-14]. Поэтому исследования в этом направлении являются безусловно актуальными и практически значимыми.
Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) синхронных машин является одним из известных и традиционных способов обеспечения устойчивости работы системы электроснабжения. Российскими учёными накоплен большой теоретический и практический опыт в этом направлении, в частности, за счёт регуляторов сильного действия (АРВ СД). Их внедрение совпало с появлением мощных тиристоров и обеспечило, в частности, значительное повышение устойчивости энергосистемы Европейской части при вводе в эксплуатацию каскада Волжских электростанций [15].
Позже принципы сильного регулирования возбуждения генераторов были обобщены при разработке микропроцессорных систем АРВ СД. Наибольший вклад в АРВ СД внесли учёные Москвы (МЭИ, ВЭИ, ВНИИЭ) и Санкт-

линий передачи и стремлением к обеспечению поддержания требуемого качества напряжения.
Было выявлено, что наиболее целесообразно осуществлять регулирование возбуждения по отклонению угла А5 (сдвига фаз между ЭДС генератора и напряжением сети), его производным 6', 8" и по отклонению напряжения AU. Именно такой характер и носили первые предложения по устройствам АРВ сильного действия. Однако возникают трудности, связанные с измерением угла между ЭДС генератора и напряжением приёмной системы, что заставляет искать другие комбинации параметров, на которые должен воздействовать регулятор. При дальнейшем развитии принципов сильного регулирования применялись дополнительные критерии регулирования. Поэтому, в зависимости от принятого закона регулирования, АРВ СД имеет следующие каналы регулирования: отклонение напряжения A Up от заданного значения; производная напряжения dUp/dt; изменение частоты сети Af (изменение скорости ротора Асо), пропорциональное первой производной угла ö dö/dt; первая производная частоты сети df/dt, пропорциональное второй производной угла 6 d2ö/df, производная тока возбуждения генератора dlf/dt ускоряющая мощность АР (разность между мощностью развиваемой турбиной и мощностью генератора). Структурная схема АРВ СД приведена на рис. 1.16. Здесь приняты следующие обозначения: PH — регулятор напряжения; ТТ - трансформатор тока; ТН - трансформатор напряжения; БО - блок ограничения; ТВ - тиристорный возбудитель; ТТВ - трансформатор тиристорного возбудителя; СГ — синхронный генератор; ДТВ — датчик тока возбуждения; ДТ - датчик тока; ДН - датчик напряжения; БМ - блок вычисления мощности; БЧ - блок вычисления частоты.
Фундаментальные теоретические исследования были проведены С.А. Лебедевым, который разработал теорию пропорционального регулирования возбуждения без зоны нечувствительности и показал, что можно получить предел устойчивости, определяемый исходя из постоянства ЭДС, приложенной за реактивным сопротивлением статора генератора. Он выявил роль об-