92. Автоматизация решения задач обеспечения устойчивости энергосистем.
Развитие энергообъединений приводит к созданию столь больших (по территории, количеству элементов и связей между ними) систем, что управление ими становится возможным лишь с помощью современной управляющей техники, создаваемой на базе ЭВМ (12, 53 и др.).
В настоящее время создается Автоматизированная система управления энергетикой (АСУ «Энергия»). Одной из важнейших ее подсистем является автоматизированная система диспетчерского управления (АСДУ). Задачи АСДУ сформулированы в полном объеме пока лишь для первого этапа ее создания. В основном эта задача заключается в помощи персоналу на всех ступенях диспетчерского управления при планировании и ведении режимов энергосистем; причем в первый, достаточно длительный, период АСДУ должна выполнять главным образом лишь функции советчика (автоматизированная система) и лишь затем постепенно к АСДУ будут переходить функции управления (автоматическая система).
Под термином АСУ понимается система, включающая датчики, каналы связи, цифровые и аналоговые ЭВМ, автоматические устройства и устройства общения человека с ЭВМ. Эта система осуществляет сбор, передачу и обработку информации; формирование управляющих воздействий и их реализацию (частично автоматически и частично в виде советов персоналу).
Основные функции АСДУ заключаются в оптимизации режимов работы Единой энергосистемы СССР с целью удовлетворения потребности народного хозяйства в электроэнергии при минимальных затратах. В эти затраты входят: расходы на производство электроэнергии; ущербы от нарушений электроснабжения потребителей, от низкого качества энергии, от повреждений или ускоренного износа оборудования.
Поскольку в настоящее время практически невозможно достаточно достоверно определить ущерб всех трех категорий, то основной целью АСДУ можно считать: удовлетворение потребности народного хозяйства в электрической энергии при минимальных затратах на ее производство и распределение с соблюдением ограничений по устойчивости и надежности параллельной работы энергосистемы и электроснабжения потребителей, качеству энергии и при соблюдении заданных ограничений режима работы оборудования.
93. Учет переходных процессов в регуляторах скорости и возбуждения.
Экспоненциальная зависимость управляю- щего воздействия характерна для системы Г—Д, в которой закон изменения ЭДС генератора обусловлен индуктив- ностью его обмотки возбуждения. Пуск, торможение и ре- версирование, а также регулирование угловой скорости двигателя в системе Г—Д производят обычно путем соот- ветствующих переключений в цепи обмотки возбуждения генератора, а иногда и двигателя. Так как обмотки воз- буждения обладают сравнительно большой индуктивно- стью, то их электромагнитные постоянные времени велики и переходные процессы в цепях возбуждения машин про- текают сравнительно медленно.
Для обмоток якорей электрических машин значение электромагнитной постоянной лежит обычно в пределах сотых и даже тысячных долей секунды, и поэтому в боль- шинстве расчетов переходных режимов она может не учи- тываться. Что касается обмоток возбуждения машин, то их постоянная времени Тв имеет уже существенное значение, так как ее значение колеблется в пределах от десятых долей секунды для машин малой мощности до нескольких се- кунд в мощных электрических машинах. Ниже дается представление о порядке электромагнитных постоянных времени в зависимости от мощности машин постоянного тока:
Мощность машины, кВт Постоянная времени обмотки возбуждения Тв, с (ориентировочно)
Рассмотрим некоторые способы ускорения процесса возбуждения на примере системы Г—Д применительно к мощным реверсивным станам, устанавливаемым для прокатки металла на заводах металлургической промышленности. Выводы, полученные в результате этого рассмотрения, являются общими для подобных приводов постоянного тока.
По технологическим условиям в указанных прокатных станах требуется производить 15—20 реверсов в минуту. Как видно из приведенных данных, электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения генератора Тв достигает в некоторых случаях значений, лежащих в пределах 2—4 с, и поэтому без специальных мер в подобной установке можно получить лишь три-четыре реверса в минуту.
На рис. 8. 8 показана принципиальная схема Г—Д. Прежде всего рассмотрим процесс нарастания тока в цепи обмотки возбуждения генератора. После замыкания ключа К и скачкообразного приложения напряжения к выводам
Рис. 8. 8. Принципиальная схема соединения машин в системе генератор — двигатель.
обмотки возбуждения ток в ней будет нарастать плавно по экспоненциальному закону 1:
(8.18)
здесь Iв,ном=Uв.ном/Rв— установившийся (номинальный) ток в обмотке возбуждения генератора; Тв — Lв/Rв — электромагнитная постоянная времени этой обмотки; (Uв.ном,Rв иLв— соответственно номинальное напряжение на выводах обмотки возбуждения, ее активное сопротивление и индуктивность.
Практически процесс возбуждения можно считать за- кончившимся, когда iв= 0, 95Iв,иом. В этом случаеt0,95 = = 3Тв.
Таким образом, приходим к выводу, что скорость электромагнитного процесса возбуждения в указанной схеме определяется постоянной времени обмотки возбуждения генератора.
Для ускорения электромагнитного процесса применяются способы, основанные на том, что на время пуска к об-
Здесь и в дальнейшем индуктивность цепи обмотки возбуждения принимается постоянной,
моткам возбуждения генератора прикладывается повышенное напряжение. Для ограничения установившегося тока номинальным значением Iв,ном приходится включать дополнительный резистор или прибегать к другим мерам ограничения напряжения в установившемся режиме.
На рис. 8. 9 представлена схема с постоянно включенным . дополнительным резистором Rдоб. Сопротивление этого резистора подбирается так, чтобы при повышенном напряжении U'в >Uв.ном ток в обмотке возбуждения не превосходил номинального значения, которое равно:
(8.19)
(8.20)
здесь
где а — коэффициент форсировки, показывающий, во сколь- ко раз приложенное извне напряжение выше номинального;
Рис. 8. 9. Схема цепи возбуждения генератора с постоянно включенным дополнительным резистором,
Rр— сопротивление разрядного резистора, принимаемое практически равным (3—4) Rв.
Ток в обмотке возбуждения для рассматриваемой схемы изменяется по закону
(8.21)
где
(8.22)
Анализ (8.22) показывает, что с увеличением Rдоб уменьшается постоянная времени цепи возбуждения и, следовательно, более интенсивно возрастает ток возбуждения генератора. Очевидно, что с ростом Rдоб должно увеличиваться приложенное напряжение U'в. Необходимо отметить, как это вытекает из (8. 21), что приt =0, т. е.
в начальный момент процесса возбуждения, iв = 0 и все внешнее напряжение U'B прикладывается к выводам об- мотки возбуждения. По мере роста тока возбуждения напряжение на обмотке возбуждения снижается, достигая установившегося значения. Таким образом, форсировка
Рис. 8. 10. Кривые изменения тока возбуждения генератора при различных сопротивлениях
Дополнительного резистора в схеме на рис. 8. 9,
Процесса возбуждения генератора для рассматриваемой схемы не остается постоянной.
Характер изменения тока возбуждения для этой схемы приведен на рис. 8. 10, где показаны кривые нарастания тока iB при различных значениях напряжения U'в и соответственно разных сопротивлениях дополнительных резисторов. Совершенно очевидно, что время переходного процесса
Рис. 8. 11. Схема цепи возбуждения генератора с резистором, шунтируемым на время переходного процесса,
может быть сокращено до требуемого значения. Однако с увеличением сопротивления дополнительного резистора в цепи обмотки возбуждения возрастает и напряжение Ue, а следовательно, и потери в дополнительном резисторе.
Для форсирования процесса возбуждения в системе Г—Д часто применяется схема с шунтированием резистора на время переходного процесса (рис. 8.11).
В подобной схеме напряжение U'в принимается в несколько раз выше номинального, однако ток возбуждения
генератора по-прежнему не должен превосходить номинального значения. Здесь, как и прежде, коэффициент форсировки может быть определен из соотношения α=U´B/UB,ном. Отличие этой схемы от приведенной на рис. 8. 9 заключается в том, что при переходном процессе дополнительный резистор Rдоб шунтируется и контакты КФ размыкаются только в момент, когда ток достигает значения Iв.ном. Повышенное напряжение в переходных процессах полностью приложено к обмотке возбуждения генератора, а ток iB стремится к значению I´B =U'B/RB при той же постоянной времени, что и в схеме рис. 8.8.
Рис. 8. 12. Кривые изменения Рис. 8. 13. Кривые изменения