Расчет устойчивости и качества работы системы автоматического регулирования напряжения синхронного генератора

Назначение системы автоматического регулирования (САР) и требования к ней. Математическая модель САР напряжения синхронного генератора, передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы. Определение предельного коэффициента усиления системы.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

8

Размещено на

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

Кафедра “Электрические станции”

Курсовая работа

на тему:

,,Расчет устойчивости и качества работы системы автоматического регулирования напряжения синхронного генератора”

Выполнил: Шевалдин М.А.

Проверил: Румянцев В.Ю.

Минск 2007

Содержание

Введение. Назначение САР и требования к ней

1. Математическая модель системы

1.1 Краткое описание системы. Функциональная схема. Назначение и функции отдельных элементов

1.2 Линеарнизация и приведение САР к безразмерному виду

1.3 Структурная схема САР. Передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы. Характеристическое уравнение исходной системы

2. Анализ системы

2.1 Проверка устойчивости исходной замкнутой системы (критерий Михайлова)

2.2 Определение предельного коэффициента усиления системы по условиям устойчивости (критерий Гурвица)

2.3.Определение характеристик САР с учетом запаса по модулю (критерий Найквиста)

2.4 Показатели качества исходной системы

3. Коррекция системы

3.1 Синтез корректирующего устройства методом ЛАЧХ

3.2 Выделение областей устойчивости (D-разбиение)

3.3 Настройка параметров САР на заданные показатели качества

Вывод

Литература

Введение. Назначение САР и требования к ней

Автоматизация электрической части станций и подстанций выполняется в соответствии с принципами, общими для всех отраслей народного хозяйства. Однако технологический процесс выработки, передачи и распределения электрической энергии имеет ряд особенностей, накладывающих определенные отпечатки на устройства автоматики. Этими особенностями являются:

огромные количества вырабатываемой и передаваемой энергии в течение длительного времени;

непрерывность процесса выработки, передачи, распределения и потребления электрической энергии;

большие скорости протекания процессов при различного рода нарушениях состояния системы выработки, передачи и распределения электроэнергии.

Мощность электрических станций, потока мощности в линиях электропередачи в настоящее время составляют сотни и тысячи мегаватт, длительность их непрерывной работы - тысячи часов, при этом в электроэнергетической системе отсутствуют достаточно емкие аккумулирующие устройства. То количество энергии, которое вырабатывается в данный момент времени, должно практически в этот же момент времени и потребляться. В случае нарушения элементов технологической цепи между генераторами электростанций и потребителями в месте нарушения и других элементах системы выделяются огромные количества энергии в виде тепла. Они могут привести к тяжелым повреждениям оборудования и полному расстройству технологического процесса в течении промежутков времени, исчисляемыми десятыми, а иногда и сотыми долями секунды. Внезапное прекращение подачи электроэнергии потребителям приводит к расстройству их производственных процессов, нарушению условий труда, вплоть до порчи продукции, оборудования, человеческих жертв. Все это обуславливает разнообразие средств автоматизации, повышенные требования к их быстродействию и надежности.

Устройства автоматизации должны обеспечивать должные качественные показатели электрической энергии (напряжение, частота) и экономичность работы энергосистемы (активные и реактивные мощности). Данные устройства осуществляют автоматическое регулирование этих величин, воздействуя на системы возбуждения генераторов и на устройства управления количеством энергоносителей (пар, вода) первичных двигателей.

Рассматриваемая система автоматического регулирования напряжения служит для поддержания напряжения на выводах генератора на заданном уровне. Система должна отвечать требованиям устойчивости, а также точности регулирования. Принципиальная схема представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Принципиальная схема системы автоматического регулирования напряжения синхронного генератора

1. Математическая модель системы

1.1 Краткое описание системы. Функциональная схема. Назначение и функции отдельных элементов

Опишем систему, принципиальная схема которой представлена на Рис.1. ЭДС обмотки статора генератора СГ определяется силой тока в его обмотке возбуждения ОВГ. Напряжение на выводах обмотки статора меньше ЭДС из-за падения напряжения на сопротивлении генератора от тока нагрузки , являющегося возмущающим воздействием. Ток возбуждения генератора зависит от напряжения возбудителя , которое определяется магнитным потоком, создаваемым токами и в обмотках возбуждения возбудителя ОВВ1 и ОВВ2. Ток является регулирующим воздействием, обусловливающим изменение тока возбуждения генератора для компенсации изменения напряжения на его выводах, вызванного изменением тока нагрузки.

Автоматический регулятор состоит из потенциометра R, к которому подводится вторичное напряжение трансформатора напряжения генератора ТН, измерительного органа ИО и усилителя мощности УМ с выходом постоянного тока. Измерительный орган выявляет величину и знак отклонения напряжения на его входе от заданного значения и вырабатывает сигнал, пропорциональный величине этого отклонения . Усилитель мощности вырабатывает постоянный ток , который пропорционален величине отклонения напряжения.

Измерительный орган настроен таким образом, что при отсутствии нагрузки генератора , а значит и . Шунтовым реостатом установлено такое напряжение на выводах генератора. Появление нагрузки и ее рост вызывает снижение напряжения на выводах генератора, а следовательно и на входе ИО регулятора. В результате чего на выходе ИО появляется напряжение , появляется ток , который, вызывая увеличение и , компенсирует, хотя и не полностью, снижение напряжения генератора.

Изменение уровня напряжения , поддерживаемого регулятором, осуществляется изменением положения движка потенциометра R.

Функциональная схема САР (рис. 2) состоит из четырех элементов: синхронного генератора (СГ), измерительного органа (ИО), усилителя мощности (Усилит.), возбудителя (Возбуд).

Рис. 1.1 Функциональная схема системы автоматического регулирования напряжения синхронного генератора

1.2 Линеаризация и приведение уравнений САР к безразмерному виду

Рассмотрим отдельно математические модели процессов, происходящих в каждом из элементов системы. Для описания процессов, происходящих в синхронном генераторе удобно воспользоваться следующей системой дифференциальных уравнений:

,

где Е - ЭДС генератора;

UГ - напряжение на выводах генератора;

UВГ - напряжение на обмотках возбуждения генератора;

ФВГ - магнитный поток, создаваемый обмоткой возбуждения;

WВГ, WСГ - числа витков обмотки возбуждения и статора генератора;

RВГ,уВГ - активное сопротивление и коэффициент рассеяния обмотки возбуждения;

Хd - реактивное сопротивление обмотки статора;

IРГ - реактивное сопротивление тока внешней нагрузки;

IВГ - ток возбуждения генератора.

Магнитный поток ФВГ связан с задающим его током возбуждения iВГ, нелинейной зависимостью, отражающей насыщение магнитной системы генератора.

Выразим из 3-го уравнения системы ФВГ и подставим в уравнение 1, получим:

.

Умножим на , получим

Система примет вид:

,

где .

- характеристика ХХ генератора. Отличается от только масштабом.

Поскольку зависимость нелинейная, то дифференциальное уравнение ЭДС генератора будет нелинейной и его необходимо линеаризовать.

,

автоматическое регулирование напряжение синхронный генератор

где ;

;

соответственно член правой части дифференциального уравнения.

.

Рассмотрим геометрическую интерпретацию согласно приведенной зависимости с точками с координатами (IВО, Е0).



Рис. 1.2 Геометрическую интерпретацию

,

где mE и mIB - масштабы характеристики ХХ;

б0 - угол наклона в .

Получаем

.

Следовательно:

Система записана в приращениях входных и выходных величин:



Переходим к относительным величинам для чего зададимся базисными величинами Eб, UВб и Iб.

Отсюда:

После подстановки величин в именованных единицах:

,

где .

Если принять соответствующие базисные условия:

.

1.3 Структурная схема САР. Передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы. Характеристическое уравнение исходной системы

Для построения структурной схемы системы определим передаточные функции отд...