Аннотация 2
Введение 4
1 Анализ существующих процедур включения синхронных генераторов 6
1.1 Автоматическая самосинхронизация 7
1.2 Точная синхронизация 9
1.3 Существующие системы автоматической синхронизации 10
1.4 Определение задачи исследования 21
2 Исследование процесса точной синхронизации 24
3 Модель включения синхронного генератора на параллельную работу с системой электроснабжения 33
4 Модель системы управления 39
5 Моделирование процесса включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью 49
6 Практическая реализация 54
Заключение 56
Список использованных источников 58
Приложения 62
Обычно на электростанциях устанавливают несколько синхронных генераторов для параллельной работы на общую нагрузку. Это позволяет увеличить общую мощность электростанции (при ограниченной мощности каждого из установленных на ней генераторов), значительно повышает надежность энергоснабжения потребителей и позволяет лучше организовать обслуживание агрегатов. Электрические станции, в свою очередь, объединяют для параллельной работы в мощные энергосистемы, что позволяет наилучшим образом решать задачу производства и распределения электрической энергии с обеспечением ее качества.
В любой системе электроснабжения нагрузка не является постоянной, а изменяется во времени, причем в некоторый период времени нагрузка имеет пиковое значение. Поэтому при эксплуатации любой энергосистемы необходимо обеспечивать регулирование мощности вырабатываемой электроэнергии для обеспечения баланса энергии в рамках энергосистемы. При недостаточном регулировании частота в системе будет отклоняться от номинальной, а напряжение в узлах энергосистемы может выйти за допустимые для безопасной эксплуатации пределы, что может привести к выходу из строя элементов электрооборудования.
Регулирование генерируемой в энергосистему мощности осуществляется не только изменением уровня отдаваемой генератором в систему мощности, но и включением и выключением генераторов. Особенно это характерно для небольших энергосистем, и для отдельных зон энергосистемы, которые соединены с основной энергосистемой линиями электропередачи недостаточной мощности. В связи с этим актуальной является задача обеспечения надежного и безопасного запуска генераторов и подключения их действующей энергосистеме. Большая часть действующих генераторов выполнена в виде синхронных машин, что требует выполнения определенных технологических процедур при запуске, а именно процедур синхронизации, а эти операции для своего выполнения требуют определенного времени.
Если генератор вводится в систему по причине недостатка активной мощности в энергосистеме, то желательно сократить время включения и синхронизации генератора, это уменьшает риск перехода режима работы системы в неустойчивый режим. Кроме этого сокращается время энергосистемы с напряжением и частотой ниже номинальных. Сокращение времени запуска также обеспечивает экономию энергоресурсов, затрачиваемых на работу генератора по сути на холостом ходу.
В работе рассмотрены методы включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью.
Предложен метод определения момента подачи команды на включение магнитного пускателя, обеспечивающего точную синхронизацию синхронного генератора, с учетом времени включения магнитного пускателя. Определение момента включения осуществляется на основании обработки мгновенных значений напряжений генератора и сети. Анализируя огибающую напряжения скольжения генератора, определяем длительность периодов между совпадениями фаз напряжений, по полученным периодам определяется скорость изменения скольжения генератора, текущее скольжение и ожидаемый период времени, до совпадения фаз напряжений. На основании величины ожидаемого периода формируется импульс на включение выключателя.
В программе Simulink с использованием библиотеки SimPowerSy stems была разработана модель включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью и система управления, реализующая предложенный метод. Путем проведения цикла моделирования была доказана работоспособность предложенного метода управления и получены характеристики, показывающие ожидаемые величины ударных токов синхронизации при различных скоростях изменения скольжения генератора.
Предложенный метод позволяет значительно сократить набор измерительного оборудования для проведения процесса синхронизации, оставив только трансформаторы напряжений для напряжения генератора и сети, что уменьшает стоимость установленного оборудования.
Также предложенный метод позволяет сократить время выполнения операции синхронизации. Правда строго объективно трудно оценить, на сколько уменьшается время пуска. Однако очевидно, что используя предлагаемый метод можно не подгонять частоту генератора к частоте сети, а просто пройти с некоторым ограниченным по величине ускорением точку нулевого скольжения генератора и синхронизация (включение выключателя) произойдет до нулевого скольжения генератора.
Следует отметить, что модельные испытания показали некоторую неустойчивость реализованного метода, связанные с точностью определения точки совпадения фаз генератора и сети. Эти неточности могут быть снижены путем улучшения характеристик высокочастотного фильтра, например перейдя на цифровой фильтр, или путем реализации других методов определения точки минимума биений напряжения.
