Автоматика.
    Автоматизация.
        Электротехнические
            комплексы и системы.

УДК 621.313.3

ВЫБОР КРИТЕРИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ПРОЦЕССА ВКЛЮЧЕНИЯ ГЕНЕРАТОРОВ НА ПАРАЛЛЕЛЬНУЮ РАБОТУ

Вишневский Л.В., Веретенник А.М., Войтецкий И.Е.

Судовые электроэнергетические системы современных судов в большинстве случаев являются многогенераторными, т.е. имеют в своем составе несколько (более двух)  дизель-генераторов, валогенераторов, утильтурбогенераторов, которые работают параллельно на общие шины. Количество установленных электрогенераторов на конкретном судне зависит от его типа и от суммарной мощности потребителей [1, 2]. Основным режимом работы судовой электростанции является параллельная работа. Ввод нового генератора в работу является одним из типовых эксплуатационных режимов. Известно, что включение генератора переменного тока в сеть требует соблюдения определенных условий синхронизации частоты, напряжения и фаз генератора и сети [1, 2].

Технологически процесс включения генераторов на параллельную работу включает в себя несколько независимых операций, таких как выравнивание частот, согласование фазовых сдвигов и амплитуд напряжения генератора и сети. Возможные неточности и ошибки при выполнении операции синхронизации приводит к значительным переходным процессам в электростанции и даже к аварийным ситуациям.

Управление процессами включения предполагает в первую очередь оценку качества этих процедур. К сожалению, на сегодняшний день не существует единых общепринятых методик или критериев оценки качества переходных процессов при включении генераторов. В лучшем случае, констатируется факт включения генератора без биений или выпадения из синхронизма. Оценить качество синхронизации можно по времени или по интенсивности этого процесса.

В данной работе предлагается ввести критерий для оценки качества возникающих переходных процессов включения генераторов. Выбран вид критерия и методика его вычисления, а также параметр процесса, наиболее объективно отражающий его качество.

За основу формы критерия качества выбран общепринятый в автоматике функционал – интеграл модуля отклонения контролируемого параметра от установившегося значения : 

,                                                                                         (1)

где . Пределы интегрирования целесообразно ограничить временем процесса втягивания в синхронизм . Здесь  - время начала и конца переходного процесса. При моделировании системы электрогенераторов на цифровой ЭВМ численными методами расчет интегрального критерия (1) можно заменить суммой модулей отклонений  за период расчета переходного процесса

,                                                                                          (2)

здесь  - шаг интегрирования. Приведенное выражение интегрального критерия (2) будет пропорционально интегралу, если применяется численный метод с постоянным шагом. При изменяющемся шаге выражение под сумой следует умножать на , т.е.

.                                                                                 (3)

Расчет критерия качества проводился на модели параллельной работы двух синхронных дизель-генераторов различной мощности. Результаты моделирования процесса включения генераторов на параллельную работу показаны на рис. 1.

Рис. 1 Результаты моделирования переходных процессов включения синхронных дизель-генераторов на параллельную работу:

а – агрегаты одинаковой мощности; б – включение в береговую сеть большой мощности

При моделировании  оценивались те параметры процесса, которые характеризуют его электромеханическую сущность. На рис. 1 показаны изменения статорных напряжений , углов нагрузки , частот вращения роторов  и электромагнитных моментов  генераторов и сети.

При моделировании параллельно с расчетом электромеханических параметров, вычислялись следующие критерии: суммы модулей отклонения от установившихся значений частот , углов нагрузки  и электромагнитных моментов .

На рис. 2 показаны результаты расчетов частот вращения роторов  и соответствующих критериев  для трех разных углов рассогласования синхронизируемого напряжения.

Рис. 2 Расчет критериев качества  включения двух генераторов на параллельную работу при разных углах рассогласования фаз

Как видно из рис. 2, монотонно растущие функции  принимают постоянные значения к концу переходного процесса. Эти установившиеся значения  предлагается использовать в качестве критерия, позволяющего сравнивать между собой переходные процессы включения генераторов на параллельную работу. Изменяя угол рассогласования фаз при равных частотах и напряжениях включаемых генераторов, рассчитаны значения критериев , и   в зависимости от разности фаз. На рис. 3 приведены эти зависимости для режимов включения генератора в мощную сеть (рис. 3, а) и двух одинаковых генераторов (рис. 3, б).

Сравнение характера кривых критериев , и  показывает их идентичность, т.к. момент, частота и угол нагрузки  – это параметры одного и того же энергетического процесса.

Особенности расчета критериев , и  заключаются в том, что заранее неизвестно установившееся значение контролируемого параметра  или , впрочем, как и время втягивания в синхронизм . Поэтому расчет процесса нужно повторить еще раз для уточнения значения  и . Эти значения затем вводятся в программу для расчета критерия .

Рис. 3 Зависимости критериев , и   от разности фаз:

а – включение в мощную сеть; б – включение одинаковых генераторов

Если значение  будет определено неточно, то критерий  не будет стремиться к постоянному значению, а будет постоянно возрастать.

Выводы

1. Предложенные критерии , и  позволяют численно оценить процесс втягивания генераторов в синхронизм.

2. Наиболее объективным и удобным показателем качества является площадь под кривой частоты вращения ротора генератора или . Частоту вращения можно не только рассчитать на модели, но и измерить на действующем агрегате.

3. Предлагаемый критерий позволяет сравнивать между собой процессы включения на параллельную работу, проводить оптимизацию конструктивных параметров и способов управления синхронизацией генераторов.

1.                   Баранов А.П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы. – М.: Транспорт, 1988. – 328 с.

2.                   Лейкин В.С., Михайлов В.А. Автоматизированные электроэнергетические системы промысловых судов: Учебное пособие для вузов. – М.: Агропромиздат, 1987. – 412 с.