qgsjxmfs
.pdf
6 СИНХРОННАЯ МАШИНА
Использование при моделировании синхронного генератора с системой управления дает пользователю возможность исследовать в динамике взаимодействие генератора и его системы управления с внешней энергосистемой. Динамические свойства генератора и системы управления имеют ключевое значение в вопросах устойчивости энергосистемы.
6.1МОДЕЛЬ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ
Модель синхронной машины в RTDS представляет собой трехфазную ЭМ, которая может использоваться в качестве генератора (при положительном крутящем моменте), двигателя (при отрицательном крутящем моменте) или синхронного компенсатора (без крутящего момента). На рисунке 6.1 показан элемент синхронной ЭМ в редакторе Draft в трехфазном и однолинейном режимах отображения .
|
а) |
|
б) |
Tm |
Вход "момент на валу", о.е. |
w |
Выход "скорость вращения", рад./сек. |
Ef |
Вход "напряжение возбуждения", о.е. |
If |
Выход "ток возбуждения", о.е. |
VMpu |
Напряжение на зажимах генератора, о.е. |
|
|
|
|
с) |
|
Рисунок 6.1 – Элемент синхронной ЭМ в однолинейном (а) и трехфазном (б) режимах отображения и принятые обозначения (с)
6.2ВНЕШНИЕ ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТРЕХФАЗНАЯ ШИНА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
Для подключения к трехфазной электрической сети используется элемент шины, который подключается к выводам ЭМ с маркировкой A/B/C. Блочный трансформатор может входить в состав элемента синхронной ЭМ (определяется параметром trfmr в меню GENERATOR MODEL CONFIGURATION) и может включаться по схеме звезда / треугольник с отставанием или с опережением. Когда блочный трансформатор включен в состав элемента синхронной ЭМ, внутренние электрические шины между ЭМ и трансформатором рассчитываются внутри самой моделью, а не при расчете энергосистемы. Если два генератора подключены к одному блочному трансформатору, например, в случае двухвального турбоагрегата, то моделирование блочного трансформатора должно выполняться с использованием отдельного элемента силового трансформатора.
RTDS |
6-1 |
|
|
ВОЗБУДИТЕЛЬ, АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ
Связь с элементом регулятора возбуждения обеспечивается через клеммы с маркировкой Vmpu, If и Ef. Клемма Ef является входом напряжения возбуждения в относительных единицах, клемма If – выходом тока возбуждения в относительных единицах, клемма Vmpu – напряжение на зажимах генератора в относительных единицах.
Готовые модели автоматического регулятора возбуждения (АРВ) генератора (GENERIC EXCITER MODELS) доступны в редакторе Draft в библиотеке элементов управления генератором (Generator Controls) и подключаются к клеммам Ef, If, Vmpu. Пользователь также может создать собственную модель АРВ, применяя общие функциональные элементы управления (Controls). На рисунке 6.2 показано подключение элемента АРВ стандарта IEEE к элементу синхронной ЭМ. При необходимости к элементу АРВ можно подключать системный стабилизатор (Power System Stabilizer или PSS).
Рисунок 6.2 – Подключение элементов управления генератором к элементу синхронной ЭМ
РЕГУЛЯТОР ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ ТУРБИНЫ
Крутящий момент (в относительных единицах) от элемента турбины поступает на вход Tm элемента синхронной ЭМ. Информация о скорости вращения вала (в рад/с) поступает на выход, отмеченный W. Готовые модели регулятора частоты вращения (GENERIC GOVERNOR MODELS) доступны в редакторе Draft в библиотеке элементов управления
RTDS |
6-2 |
|
|
генератором (Generator Controls). Кроме того, пользователь может создать собственную модель регулятора частоты вращения турбины с использованием общих функциональных элементов управления (Controls). На рисунке 6.2 показано подключение элемента регулятора частоты вращения турбины стандарта IEEE к элементу синхронной ЭМ.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ИНЕРЦИЯ АГРЕГАТОВ - MULTI−MASS
Модель электрической машины подразумевает наличие собственной инерционной массы вращающихся частей. В гидравлических устройствах имеется гидротурбина, жестко связанная с ротором генератора и, как правило, они рассматриваются в паре как единый агрегат с общим моментом инерции. В паровых турбинах обычно имеется несколько ступеней (высокого, среднего и низкого давления), установленных на общий вал. На симуляторе RTDS можно учесть момент инерции нескольких агрегатов, а также упругие динамические характеристики вала. Элемент мульти-масса (_rtds_multimass_v1) используется для замены момента инерции от одиночного агрегата в элементе синхронной ЭМ. Для этого скорость вращения (точнее изменение номинальной скорости вращения Δω в рад/с) рассчитывается с помощью элемента Multi-mass и поступает в качестве входной величины в элемент синхронной ЭМ. На его выходе формируется сигнал электрического крутящего момента в относительных единицах. Чтобы задействовать клеммы Te и Δω в элементе синхронной ЭМ, необходимо включить параметры tecc и MM в меню GENERAL MODEL CONFIGURATION, выбрав для них состояние ‘Yes’. На рисунке 6.3 показано подключение элемента мульти-массы к элементу синхронной ЭМ. Необходимо отметить, что элемент регулятора частоты вращения турбины в указанном случае подключается к элементу мульти-массы, а не к элементу синхронной ЭМ.
|
Рисунок 6.3 – Подключение элемента мульти-массы |
|
|
RTDS |
6-3 |
|
|
6.3ПАРАМЕТРЫ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ
Для описания элемента синхронной ЭМ требуются стандартные общедоступные данные. Электрические и механические параметры, необходимые для элемента синхронной ЭМ, аналогичны параметрам, требуемым для файла описания динамических характеристик программ расчета устойчивости, например PSS/e. Если отсутствуют подробные параметры конкретной ЭМ, то можно использовать приближенные параметры, которые приведены, например, в [1,2]. Для выбора подходящих значений параметров надо знать тип генератора (гидроили паровой) и его мощность.
Подробная информация о входных данных для модели генератора приведена в главе 6 ру-
ководства на элементы энергосистемы RTDS (RTDS Power System Components Manual).
Ниже приведены некоторые комментарии к параметрам элемента синхронной ЭМ.
Скорость вращения генератора. Параметр частоты ‘HTZ’ в меню конфигурации задает основную частоту электрической сети, в которую включена ЭМ (т.е. 50 или 60 Гц.). Фактическое число оборотов ротора обычно гораздо ниже частоты сети, особенно у гидроагрегатов. У реальных электрических машин имеется несколько полюсов возбуждения, таким образом, за каждый полный оборот ротора формируется N электрических циклов, где N соответствует количеству пар полюсов.
Предполагается, что все пары полюсов ведут себя одинаково, и фактическая модель синхронной машины RTDS симулирует только одну пару полюсов. Вследствие этого скорость вращения на выходе элемента синхронной ЭМ равна синхронной скорости вращения (например, для системы c частотой 60 Гц она составит 376.9911 рад/с в установившемся режиме).
Демпферные обмотки (Демпферы). Параметр ‘CFGR’ в меню конфигурации определяет количество обмоток в роторе. Гидрогенераторы часто имеют одну дополнительную обмотку в роторе (смотри рисунок 6.4). Эта обмотка служит для создания положительного крутящего момента, если скорость машины опускается ниже синхронной скорости, и отрицательного крутящего момента, если скорость машины становится выше синхронной скорости. Если ротор имеет такую демпферную обмотку, необходимо задать параметр ‘CFGR’ равным ‘Two’ (два).
Полюс ротора
|
|
Обмотка возбуждения |
|
|
|
Демпферная обмотка |
|
|
|
|
|
|
Рисунок 6.4 – Полюсный наконечник ротора синхронной ЭМ |
||
|
|
|
|
RTDS |
6-4 |
||
|
|
|
|
Синхронное демпфирование: параметр ‘D’ в меню Mechanical Data and Configuration
задает величину демпфирования, когда скорость машины отличается от синхронной скорости. Величина синхронного демпфирования задается как отношение относительного момента к относительному отклонению скорости вращения.
6.4ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ И ЗАПУСК СИНХРОННОЙ МАШИНЫ
Для исследуемых случаев моделирования, включающих в себя несколько элементов синхронных ЭМ, удобно начинать симуляцию с начального состояния потокораспределения. RSCAD включает в себя функцию расчета потокораспределения для исследуемого случая (смотрите главу 2). Потокораспределение будет задавать начальные значения электрических и механических переменных генератора. При этом будут определяться такие величины, как частота вращения ротора генератора, угол выбега ротора; крутящий момент и токи обмотки инициируются. Без начальной инициализации генераторов во время запуска исследуемого случая моделирования может возникнуть длительный переходной процесс. В некоторых случаях переходной процесс может значительно затянуться и вызвать потерю синхронизма в одном или нескольких генераторах.
Если при создании схемы исследуемого случая в Draft были использованы готовые элементы АРВ и регулятора частоты вращения из библиотеки элементов управления генератора (Generator Controls), то при начальном расчете потокораспределения произойдет также реверсная инициализация и этих элементов. Т.е. все интегрирующие цепочки, входящие в состав элемента АРВ, будут инициализированы так, чтобы при запуске симулирования выходное напряжение возбуждения было равно значению, достаточному для заданной нагрузки. Аналогично инициализируется элемент регулятора частоты вращения турбины, в котором начальные значения интегрирующих цепочек задаются так, чтобы начальный крутящий момент соответствовал необходимому потокораспределению. Описанная инициализация элементов управления не может быть выполнена, если пользователь создал модель АРВ и регулятора турбины с использованием отдельных элементов управления.
Возможен запуск симуляции из состояния с заторможенным ротором каждого генератора. Когда запуск генератора осуществляется из режима заторможенного ротора (для этого па-
раметр spdmd в меню MECHANICAL DATA AND CONFIGURATION необходимо уста-
новить в состояние заблокировано ‘LOCK’), угол поворота ротора генератора блокируется в начальном значении, а скорость вращения ротора генератора фиксируется равной синхронной скорости. Во время симуляции на виртуальном стенде RunTime, как только моделируемая система выйдет в установившийся режим, пользователь может разблокировать ротор с помощью переключателя блокировки генератора (Lock/Free). Если генератор был инициирован правильно, то при переключении в свободное положение Free режим работы системы не должен измениться или изменения должны быть незначительными. Напротив, если система не была должным образом инициирована, при изменении режима на Free может возникнуть переходной процесс.
6.5ПРИМЕР СИМУЛЯЦИИ
На рисунке 6.5 приведен исследуемый случай моделирования, демонстрирующий функционирование модели синхронной машины на RTDS.
RTDS |
6-5 |
|
|
|
Рисунок 6.5 – Схема исследуемого случая моделирования |
|
|
RTDS |
6-6 |
|
|
Отдельно стоящий синхронный генератор подключен к энергосистеме через несколько параллельно работающих ВЛ. Элемент источника переменного тока используется для упрощенного представления энергосистемы. Точка КЗ расположена посередине одноцепной ВЛ. Выключатели, расположенные по обоим концам этой ВЛ, применяются для локализации и блокировки КЗ.
Ниже приведены параметры элементов, используемых на схеме на рисунке 6.5.
Source Model – источник 230 кВ с полным сопротивлением прямой последовательности, равным 25 Ом, и углом 80 градусов.
Twin Circuit Tline – сдвоенная ВЛ протяженностью 250 км с параметрами проводников и заземляющего провода, приведенными на рисунках ниже.
RTDS |
6-7 |
|
|
Single Circuit Tline – одноцепная ВЛ протяженностью 250 км с параметрами проводника и заземляющего провода, заданными по умолчанию в Bergeron Tline.
Параметры системного стабилизатора PSS
RTDS |
6-8 |
|
|
Параметры регулятора частоты вращения генератора
RTDS |
6-9 |
|
|
Параметры АРВ
Меню параметров генератора: конфигурация
RTDS |
6-10 |
|
|