Тороид. Производство электротехнической продукции
(49831) 4-66-21
(925) 790-73-23
toroid2011@mail.ru

Главная Продукция и услуги Статьи Полезная информация Сертификаты Награды Отзывы Контакты

Продукция и услуги

Коноплев К. Г.
Импульсное регулирование синхронных генераторов

Севастополь
2008

Рецензенты: д-р техн. наук, проф., руководитель учебного и научного института электротехники и энергосбережения при Севастопольском национальном университете ядерной энергетики и промышленности ФД. Пряшников, д-р техн. наук, проф. кафедры радиотехники СевНТУ ЭФ. Бабуров; кандидат техн. наук, доцент кафедры Корабельной энергетики и электроэнергетических систем Севастопольского военно-морского ордена Красной Звезды института им. ПС. Нахимова ИМ. Шайтор.

Научный редактор - д-р техн. наук, проф. Севастопольского национального технического университета В.К. Маригодов.

В монографии изложены разработки нового направления развития электроэнергетики при импульсном регулировании синхронных генераторов. Для этого предложены три новых метода по расчету переходных процессов в СГ. Эти три новых метода раскрывают новые теоретические положения при импульсном регулировании СГ. В результате получены достаточно простые новые расчетные формулы для определения фазного напряжения СГ при любой форме импульсов напряжения возбуждения. Кроме того, расчетные формулы позволяют определить какие возникают высшие гармоники и как они влияют на форму фазного напряжения, а также определяют коэффициенты несинусоидальности, т.е. определяются все показатели качества электроэнергии. Монография предназначена для инженерно-технических и научных работников, а также для аспирантов проектных институтов и студентов энергетических и электротехнических специальностей при выполнении расчетно-графических работ, дипломных проектов и магистровских работ.

Корректор Ю.М. Кравченко
Нормоконтролер Г.М. Персидськов
Компьютерный набор и верстка Т.Г. Угненко

Рекомендована к изданию Ученым советом Севастопольского национального технического университета, протокол № 10 от 3 июня 2008 г.

© Коноплев К.Г., 2008
© Типография СВМИ, 2008

Содержание книги
Импульсное регулирование синхронных генераторов

Предисловие
Введение

1. Основные понятия о качестве электроэнергии
1.1. Нормирование качества электроэнергии
1.2. Нелинейные нагрузки промышленных предприятий
1.3. Влияние высших гармоник на силовые установки, системы релейной защиты, автоматики, телемеханики и связи

2. Краткая характеристика некоторых автоматических регуляторов синхронных генераторов автономных электрических систем
2.1. Регулирование напряжения СГ по системе амплитудно-фазового компаундирования
2.2. Системы импульсного регулирования по схеме самовозбуждения СГ
2.3. Системы импульсного регулирования по схеме независимого возбуждения СГ
2.4. Об использовании импульсного регулирования возбуждения автономных синхронных генераторов

3. Определение изменения напряжения СГ с различными системами регулирования при включении нагрузки
3.1. Теоретическая часть
3.2. Изменение напряжения СГ при постоянном напряжении возбуждения
3.3. Изменение напряжения СГ без демпферных обмоток и без АРВ
3.4. Изменение напряжения СГ при включении нагрузки и при применении различных систем регулирования
3.5. Изменение напряжения СГ при регулировании по отклонению напряжения
3.6. Изменение напряжения СГ при применении системы регулирования по току статора с корректором по напряжению
3.7. Изменение напряжения СГ при применении регулирования по системе амплитудно-фазового компаундирования с корректором по напряжению
3.8. Изменение напряжения СГ с системой самовозбуждения и регулирования по токовому компаундированию и с корректором по напряжению
3.9. Изменение напряжения СГ с системой самовозбуждения при релейном регулировании
3.10. Изменение напряжения СГ при применении системы сильного регулирования

4. Определение фазного напряжения ори импульсном регулирование СГ без демпферных обмоток
4.1. Введение
4.2. Метод изображающего вектора
4.3. Изменение продольного тока статора и фазного напряжения при постоянном напряжении возбуждения холостого хода и при напряжении возбуждения от системы регулирования
4.4. Напряжение возбуждения при импульсном регулировании
4.5. Изменение тока и напряжения возбуждения СГ в режиме холостого хода при импульсном регулировании
4.6. Изменения продольного тока статора и фазного напряжения СГ при импульсном регулировании и независимом возбуждении генератора
4.7. Определение фазного напряжения при импульсном регулировании СГ с самовозбуждением
4.8. Определение коэффициента несинусоидальности при импульсном регулировании синхронных генераторов
4.9. Изменение продольного тока статора и фазного напряжения при импульсном регулировании СГ от возбудителя

5. Определение фазного напряжения при импульсном регулировании синхронных генераторов с учетом влияния высших гармоник

5.1. Общие положения расчета несинусоидальных токов
5.1.1. Несинусоидальные ЭДС, напряжения и токи
5.1.2. Разложение периодической несинусоидальной кривой в тригонометрический ряд
5.1.3. Максимальные, действующие и средние значения несинусоидальных периодических ЭДС, напряжений и токов
5.1.4. Коэффициенты, характеризующие форму несинусоидальных периодических кривых
5.1.5. Несинусоидальные кривые с периодической огибающей
5.1.6. Действующие значения ЭДС, напряжений и токов с периодическими огибающими
5.1.7. Мощность в цепи несинусоидального тока
5.1.8. Высшие гармоники в трехфазных цепях

5.2. Определение фазного напряжения синхронного генератора при регулировании напряжения возбуждения по прямоугольным импульсам
5.2.1. Краткая характеристика напряжения возбуждения по прямоугольным импульсам
5.2.2. Основные принципы определения фазного напряжения СГ при регулировании по прямоугольным импульсам
5.2.3. Выбор метода решения операторных уравнений для определения фазного напряжения
5.2.4. Определение фазного напряжения генератора с учетом влияния высотах гармоник
5.2.4.1. Влияние постоянных составляющих напряжения возбуждения от системы холостого хода
5.2.4.2. Составляющие системы регулирования
5.2.4.3. Влияние постоянных составляющих напряжения возбуждения от системы регулирования
5.2.4.4. Гармонические составляющие напряжения возбуждения от системы регулировния
5.2.4.5. Суммарное фазное напряжения генератора

5.3. Определение фазного напряжения при регулировании напряжения возбуждения СГ по треугольным импульсам
5.3.1. Краткая характеристика изменения напряжения возбуждения по треугольным импульсам
5.3.2. Определение фазного напряжения при регулировании СГ по треугольным импульсам

5.4. Определение фазного напряжения генератора при регулировании напряжения возбуждения с периодом импульсов
5.4.1. Краткая характеристика графика напряжения возбуждения генератора
5.4.2. Постоянная составляющая напряжения возбуждения от системы холостого хода
5.4.3. Постоянные составляющие напряжения возбуждения от системы регулирования
5.4.4. Гармонические составляющие напряжения возбуждения от системы регулирования
5.4.5. Суммарное фазное напряжение генератора

6. Определение фазного напряжения синхронного генератора с демпферными обмотками при импульсном регулировании
6.1. Определения продольного тока статора СГ с демпферными обмотками при постоянном напряжении возбуждения
6.2. Фазное напряжение СГ при постоянном напряжении возбуждения
6.3. Фазное напряжение СГ при независимом постоянном возбуждении и импульсном регулировании
6.4. Фазное напряжение СГ при импульсном регулировании и возбуждении от возбудителя

Выводы

Приложение А. Вывод специальной зависимости xd(p)
Приложение Б. Расчет изменения напряжения при набросе нагрузки на синхронный генератор при помощи ЭВМ
Приложение В. Определение коэффициента несинусоидальности
Приложение Г. Основные технические характеристики и параметры генераторов серии МСК
Приложение Д. Основные положения теории импульсного регулирования СГ
Приложение К. Изменение фазного напряжения СГ типа МСК-500 и осциллограммы СГ типа МСК-82/4
Приложение Л. Зависимость фазного напряжения генератора от формы импульса напряжения возбуждения
Приложение М. Электронная презентация результатов НИР для МОИ
Приложение Н. Осцилограммы экспериментальной установки
Библиографический список

ПРЕДИСЛОВИЕ

Представленная монография является продолжением работы [1], в которой появились дополнительные параграф 4.8 и глава 5. В параграфе 4.8 рассматривается произведение синусов и косинусов с различными аргументами и частотами импульсов и сети, которое приводит к выявлению различных гармоник. В 5 главе приводится анализ влияния различных форм импульсов на фазное напряжение генератора, которое раскрывает теорию импульсного регулирования и показывает на универсальность предложенного в работе нового метода определения фазного напряжения при импульсном регулировании.

Следует отметить, что в настоящее время в любых синхронных машинах (СМ) применяются различные автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) только с использованием принципа непрерывного регулирования. Но, как известно, поведение СМ в любых переходных процессах определяется уравнением Горева-Парка. Если применить теорию оптимального управления к уравнениям Горева-Парка, т.е. к уравнениям СМ, то эта теория оптимального управления показывает, что регулирование СМ надо осуществлять по принципу релейного или импульсного регулирования. Однако, почему то теория импульсного регулирования СМ до сих пор не нашла своего отражения в литературе, хотя об этом стало известно с 1964 года. Следует отметить, что пока в литературе отсутствуют методы и способы определения искажения или не искажения фазного напряжения синхронного генератора при импульсном регулировании. Поэтому в данной работе делаются первые шаги в этом направлении и рассматриваются некоторые вопросы теории импульсного регулирования СТ.

Но многие вопросы остаются нераскрытыми, которые требуют дальнейших исследований и разрешения. К таким вопросам можно отнести следующие:

- при импульсном регулировании возрастает роль и значение влияния высших гармоник;

- для устранения некоторых гармоник как правило применяют различные фильтры, а это целый сложный раздел курса теоретических основ электроэнергетики;

- при применении различных фильтров широко используются емкость и индуктивность, но в этом случае могут возникать различные резонансные явления для некоторых гармоник;

- при импульсах с периодом 2т в амплитудах гармоник возникают сомножители, которые имеют переменные значения, для некоторых гармоник эти сомножители имеют максимальное значение.

Поэтому издание данной монографии может положить начало разработке и созданию многих других работ по импульсному регулированию СГ, так как пока такой литературы совершенно нет.

Кроме того, следует отметить, что в настоящее время во всех автономных электроэнергетических системах для стабилизации напряжения синхронных генераторов (СГ) применяются в основном регуляторы, построенные по принципу амплшудно - фазного компаундирования. Однако они были созданы в 50 годах прошлого столетия и теперь не полностью отвечают современным требованиям, т.к. имеют большой вес и габариты из-за тяжелых возбудительных трансформаторов, наличия емкостного эффекта, и не полностью учитывают особенности переходных процессов. Поэтому на многих научно-технических конференциях поднимается вопрос о необходимости разработки и создания новых типов автоматических регуляторов напряжения (АРН) для СГ. Одним из таких вариантов могут являться импульсные регуляторы СГ. Однако в настоящее время многие фирмы предпочитают закупать зарубежное электрооборудование за валюту.

В результате масштабные закупки зарубежного оборудования превращают отечественные предприятия в «отверточные» производства, при расходовании на эти цели завышенных финансовых ресурсов, что привело к тому, что в отечественной энергетике наметилось значительное отставание. Это особенно недопустимо, когда в соответствии с разработанными международными экспертами [31 ] сценарными условиями цена на газ в период с 2008 - 2011 г утроится, возрастет цена на твердое топливо. Поскольку столь резкое изменение цен топлива не может в те же сроки компенсироваться переходом на новые технологии в теплоэнергетике, это приведет к аналогичному увеличению топливной составляющей в тарифах на электроэнергию и тепло и практическому их удвоению. Поэтому необходимо ускоренными темпами переходить на новые технологии и на инновационные проекты, в том числе и в системах регулирования СГ, т.к. именно они обеспечивают качество электроэнергии, устойчивость работы электроэнергетических систем и надежность работы электропотребителей.

Таким образом, необходимо переходить на перспективные новые типы регуляторов СГ, в том числе на импульсное регулирование. Так например, в автономных электроэнергетических установках Франции, Японии и других странах широко используются принцип импульсного регулирования СГ, а у нас из - за консерватизма в развитии новых способов регулирования СГ наметилось серьезное отставание от передовых западных стран. Но в теории импульсного регулирования СГ важное место занимает проблема влияния различных форм импульсов на качество электроэнергии. Формы импульсов напряжения возбуждения СГ определяются схемами регуляторов, и они могут иметь самые различные формы: синусоидальные, треугольные, прямоугольные и др. Перечень всех форм импульсов приведен в [25]. В [25] приведено разложение всех форм импульсов в гармонический ряд, которым можно воспользоваться при определении уравнений напряжений возбуждений импульсов с различной частотой импульсов.

Поэтому целесообразно распространить новый метод определения фазного напряжения СГ на то, как формы импульсов при импульсном регулировании СГ влияют на фазное напряжение и убедиться в универсальности нового метода при появлении многих особенностей высших гармоник.

По нашему мнению, импульсное регулирование СГ открывает новое направление в развитии электроэнергетики, которое пока совершенно не разработано, и для решения новых проблем в этом новом направлении необходима хорошая и крепкая поддержка, как на государственном уровне, так и со стороны многих профессиональных и общественных организаций. Однако, мне как автору практически приходится встречаться со многими препятствиями, молча, без объяснения каких-либо причин, когда делают вид, что никаких проблем нет. Особенно в руководящих органах электроэнергетики России и, в частности, в Президиуме электротехнической академии наук России и ее структурах, что фактически противоречит той оптимистической информации в печати, на телевидении, СМИ, которые ежедневно приводятся о внедрении новых инновации. Будем, надеется, что это новое направление в электроэнергетике, то есть импульсное регулирование СГ, как перспективное регулирование, пробьет себе дорогу в жизнь, несмотря на все чинимые препятствия.

Выражаю большую благодарность рецензентам д-рам техн. наук Ф.Д. Пряшникову, Э.Ф. Бабурову и канд. Техн. наук, доценту Н.М. Шайтору за ценные замечания, а также особую благодарность выражаю научному редактору В.К. Маригодову, который внес большой вклад в улучшение качества данной работы.

Импульсное регулирование синхронных генераторов. Севастополь, Севастопольский национальный технический университет, 2008

143502 МО, г.Истра-2, ул. Заводская, 43А. Тел. (49631) 4-66-21. E-mail: toroid2011@mail.ru