Исследование динамических режимов и обеспечение устойчивости узлов нагрузки с мощными высоковольтными электродвигателями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Капитонов, Олег Константинович

• Капитонов, Олег Константинович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Капитонов, Олег Константинович

Содержание

стр.

Введение

1 ВЫБОР МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В УЗЛЕ НАГРУЗКИ

1.1 Особенности и требования анализа и расчета переходных

процессов в узлах нагрузки. Описание исследуемого объекта

1.2 Описание модели трансформатора

1.3 Описание модели двигателя

1.4 Описание иных моделей, применяемых при исследовании

переходных процессов

Выводы по главе

2 ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В УЗЛАХ НАГРУЗКИ

2.1 Оценка провалов напряжения в узле нагрузки при пуске мощных асинхронных двигателей

2.2 Одиночный выбег мощного асинхронного двигателя при

перерыве в электроснабжении

2.3 Потребление реактивной мощности асинхронным двигателем

при выбеге

Выводы по главе

3 ОЦЕНКА РЕЖИМА РАБОТЫ УЗЛА НАГРУЗКИ С ВЫСОКОВОЛЬТНЫМ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ В РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХ

3.1 Устойчивость работы мощного асинхронного двигателя при компенсации реактивной мощности

3.2 Влияние скин-эффекта на процесс пуска мощных асинхронных двигателей

3.3 Влияние внешних параметров системы на процесс нормальной работы мощных асинхронных двигателей

Выводы по главе

4 СЛОЖНЫЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В УЗЛАХ НАГРУЗКИ

4.1 Групповой выбег мощных двигателей одного узла нагрузки

4.2 Прямой пуск мощного асинхронного двигателя от генератора

соизмеримой мощности

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование динамических режимов и обеспечение устойчивости узлов нагрузки с мощными высоковольтными электродвигателями»

ВВЕДЕНИЕ

Для решения задач по обеспечению надежной и устойчивой работы узлов комплексной нагрузки и систем электроснабжения в целом при больших возмущениях, вызванных перерывами питания, короткими замыканиями, автоматическим вводом резерва и т.п., требуется анализ переходных режимов с учетом состава элементов нагрузки и их динамических характеристик.

Анализ динамических режимов не может быть в полной мере осуществлен на базе статических характеристик, ибо он не дает необходимых по точности и наглядности результатов в исследовании динамических процессов. Использование современных вычислительных машин и новых программных средств позволяет устранить этот недостаток. При этом появляется возможность создавать математические модели, которые учитывают не только изменения значения параметров элементов системы, состав комплексных узлов нагрузки и условия их работы, но и позволяют анализировать переходные процессы по нелинейным дифференциальным уравнениям. Такой подход особенно важен и единственно возможен, например, при анализе технологических процессов, когда невозможно провести натурные испытания.

Мероприятия по обеспечению требуемого режима работы таких узлов нагрузки в различных условиях работы весьма значимы. Поэтому проведение анализа режима работы узлов комплексных нагрузок является актуальной задачей, обеспечивающей стабильность, надежность и непрерывность работы различных ответственных механизмов и электротехнического оборудования.

Степень разработанности. Анализ режима работы узлов нагрузки требует комплексного подхода, учитывающего параметры генераторов питающей системы, устройств регулирования их систем возбуждения, а также характеристики элементов внешней сети и, особенно, двигателей, входящих в состав узла. Конечно, оценка взаимодействия всех элементов возможна и с помощью физических моделей, но в таком подходе затруднительно в полной мере учесть

необходимые изменения параметров элементов нагрузки. Поэтому применение математических моделей имеет неоспоримое преимущество, в особенности при оценке динамических режимов.

Теоретические основы исследований, проводимых автором в настоящей работе, заложены в трудах И.А. Сыромятникова , В.А. Веникова, Н.И. Соколова, С.И. Гамазина , а также А.И. Важнова , Ю.Е. Гуревича, А.Д. Поздеева, В.Ф. Сивокобылинко и других ученых [1-27].

В работе проводится анализ динамических режимов в узлах комплексной нагрузки, включающей мощные высоковольтные двигатели. При этом основное внимание уделено вопросам влияния на переходные процессы различных факторов: степени компенсации реактивной мощности (С2), изменению внешнего сопротивления системы, величины предела кратности форсировки возбуждения генераторов и их мощности, а также продолжительности времени перерыва питания и КЗ на выбег и самозапуск двигателей. Данные вопросы до настоящего времени все еще недостаточно исследованы и требуют дальнейшего изучения.

Целью диссертационной работы является создание математической модели для исследования динамических режимов узлов комплексной нагрузки систем электроснабжения и определения параметров, обеспечивающих устойчивость узлов нагрузки с мощными высоковольтными двигателями.

Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:

1. Математическая модель, отличающаяся от известных тем, что позволяет учитывать при исследовании переходных процессов изменение параметров различных элементов узлов комплексной нагрузки систем электроснабжения в динамических режимах.

2. Представлены и реализованы способы исследования переходных процессов на основе динамических характеристик элементов, позволившие в отличие от известных выявить характер процессов и оценить влияние степени компенсации реактивной мощности на самозапуск мощных асинхронных электродвигателей (АД) при различных временах перерыва питания и при коротких замыканиях во внешней сети.

3. Найдены мощности генераторов и пределы их возбуждения, при которых обеспечивается успешный самозапуск (пуск) двигателей соизмеримой мощности,

отличающиеся от известных наличием учета динамических характеристик элементов нагрузки.

4. Определены значения внешнего сопротивления сети, при которых

обеспечивается устойчивая работа комплексного узла нагрузки с мощными электрическими двигателями, отличающиеся от известных наличием учета динамического изменения параметров элементов системы.

Практическая ценность работы заключается в развитой математической

модели, которая позволяет оценивать влияние различных факторов на режимы работы комплексного узла нагрузки с мощным асинхронным двигателем в динамике.

Проведенная оценка динамических процессов, протекающих в комплексных узлах нагрузки, позволила задать определенные критерии режима работы системы, при соблюдении которых надежность работы узлов нагрузки возрастает.

Представленная в диссертационной работе модель энергетической системы' применена в учебном процессе на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий имени A.A. Федорова ФГБОУ ВПО «ЧТУ им. И.Н. Ульянова».

Методология и методы исследования. Исследование динамических режимов работы основано на общенаучных методах: идеализации, формализации, сравнения, моделирования, абстрагирования, индукции и дедукции.

Методы исследования базируются на основных положениях теории режимов работы систем электроснабжения и двигателей, теории установившихся и переходных режимов, методов математического моделирования с применением универсальных программных пакетов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель, учитывающая при исследовании переходных процессов изменение параметров различных элементов узлов комплексной нагрузки систем электроснабжения в динамических режимах.

2. Закономерности влияния компенсации реактивной мощности, вида короткого замыкания, продолжительности перерыва питания, отношения мощностей АД и трансформаторов, изменения активного сопротивления ротора АД на успешность пуска и самозапуска двигателей в узлах комплексной нагрузки.

I I 4

3. Допустимые и приемлемые значения мощности генераторов и пределы их возбуждения, при которых обеспечивается успешный самозапуск (пуск) двигателей соизмеримой мощности с учетом динамических характеристик элементов нагрузки.

4. Условия устойчивой работы узла комплексной нагрузки с мощными высоковольтными двигателями при изменении внешнего сопротивления сети.

Достоверность результатов обеспечивается корректным использованием

математического аппарата, программных вычислительных комплексов, а также совпадением полученных расчетов с теорией и исследованиями других авторов.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на II международной конференции «Релейная защита и автоматизация» (г. Чебоксары, 2012 г.), Республиканской научно-практической конференции «Современные технологии в электроэнергетике и промышленности» (г. Хачанд, Таджикистан, 2012 г.), на научно-практической конференции молодых специалистов «Энергию молодых - в энергетику» (г.Чебоксары, 2007 и 2011 гг.), на конференции «Электротехника, электроэнергетика и электромеханика» (Чебоксары, 2006, 2007) и в обособленном структурном подразделении «Водопроводно-канализационном хозяйстве» МУП «Коммунальные сети города Новочебоксарска» (г. Новочебоксарск, 2012 г.).

В первой главе даётся обзор возможности использования при моделировании переходных процессов различных видов моделей, применяемых в настоящее время. Описаны критерии выбора необходимых элементов и определения их параметров. Приведены основные теоретические положения, касающиеся динамических процессов, а также дана краткая характеристика используемых при расчете переходных процессов программных пакетов.

Во второй главе рассмотрены вопросы, касающиеся процессов пуска и работы мощных асинхронных двигателей в узлах комплексной нагрузки.

В процессе пуска мощного асинхронного двигателя неизбежен провал напряжения на шинах нагрузки. Оценка величины такого провала формируется на основании моделирования динамического режима с учетом влияния мощности трансформатора и включаемого двигателя. Изменение активного сопротивления обмотки ротора также влияет на процессы пуска мощных асинхронных двигателей.

Особенно значимо время запуска двигателя в ответственных технологических процессах. Формирование представления о влиянии изменения активного сопротивления основывается на моделировании пуска асинхронного двигателя с различными характеристиками его изменения.

В третьей главе рассмотрены вопросы режима работы узла комплексной' нагрузки с учетом различных условий: наличие компенсации реактивной мощности, различной продолжительности перерыва электроснабжения, активному регулированию активного сопротивления ротора двигателя и величине внешнего сопротивления системы.

С учетом факторов различного влияния на элементы энергосистемы составляется расчетная модель энергосистемы и моделируется динамический режим работы. Моделирование осуществляется на основе дифференциальных уравнений в математических программных комплексах с учетом необходимого изменения в процессе работы параметров системы. Такое моделирование позволяет-наглядно просматривать любые протекающие в системе переходные процессы и более полно анализировать и сравнивать их.

В четвертой главе представлено исследование переходных процессов узла нагрузки, в котором имеются несколько высоковольтных двигателей или среди прочих приемников присутствует синхронный двигатель (СД). Также рассмотрены протекающие динамические режимы в автономных системах - мощность генератора соизмерима с мощностью двигателя.

На основе математических моделей произведено моделирование переходных процессов в автономных энергосистемах при изменении предела-кратности возбуждения генератора и различном отношении мощностей генератора и двигателя.

Определение эффективного предела кратности возбуждения генератора чрезмерно значимо, так как позволяет увеличить надежность работы автономной энергосистемы. Тоже применимо и к отношению мощностей, так как позволяет задаваться максимально возможной мощностью устанавливаемого двигателя.

1 ВЫБОР МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В УЗЛЕ НАГРУЗКИ

1.1 Особенности и требования анализа и расчета переходных процессов

В работе исследуемым объектом является комплексной узел нагрузки. В его состав входят: статическая нагрузка (заданная постоянно потребляемыми как активной, так и реактивной мощностями), батареи статических конденсаторов (для повышения коэффициента мощности всего узла нагрузки) и динамическая нагрузка (двигатели различные по типу и мощности, а также с различными характеристиками моментов сопротивления на валу). Общий вид комплексного узла нагрузки представлен на рисунке 1.1.1.

Статическая нагрузка является постоянным элементом схемы электроснабжения и описывается в переходных режимах дифференциальными уравнениями, что позволяет учитывать зависимость изменения потребляемой реактивной мощности от частоты и напряжения сети во времени.

Модели динамических нагрузок, включающие в себя асинхронные и синхронные машины, в переходных процессах описываются дифференциальными уравнениями Парка-Горева [32]. Требования к моделям определяются характером' поставленной задачи. Режим работы моделей динамических нагрузок зависит от параметров сети.

в узлах нагрузки. Описание исследуемого объекта

АД

Рисунок 1.1.1- Комплексный узел нагрузки

Учет влияния внешней сети (линий электропередачи, силовых трансформаторов и других элементов) между системой бесконечной мощности и шинами узла комплексной нагрузки состоит в определении эквивалентного внешнего сопротивления. Параметры такого эквивалентного сопротивления зависят от исследуемой схемы внешней сети.

В рассматриваемых вопросах лучшим вариантом учета внешней сети является применение силового трансформатора, переходные процессы которого описаны на основе дифференциальных уравнений. Учет прочего внешнего сопротивления может быть осуществлен путем ввода эквивалентного сопротивления в параметры первичной обмотки.

Требования, предъявляемые к исследуемому объекту:

-комплексный узел нагрузки должен содержать АД, СД, статическую нагрузку и батареи статических конденсаторов (БСК), за исключением, случаев, когда исследуются вопросы работы однотипных двигателей;

-комплексный узел нагрузки должен содержать необходимые устройства-регулирования, как параметров элементов, так и схемы электрических соединений;

- расчетная схема должна соответствовать типовому проекту электроснабжению промышленного предприятия;

- параметры элементов должны соответствовать каталожным или паспортных данным;

- электроснабжение комплексного узла нагрузки должно осуществляться от системы неограниченной мощности через силовой трансформатор;

-исследуемый объект должен иметь возможность регулирования РПН трансформатора, ввода АПВ (АВР) через заданный интервал времени, изменения, внешнего сопротивления, мощности элементов и коэффициента предельного возбуждения генератора.

Точность и быстрота, необходимая для анализа и расчетов переходных процессов в узлах нагрузки, устанавливаются в зависимости от поставленной задачи. Выбор расчетной схемы, метода и шага расчета прежде всего связан с выбором математической модели, описывающей переходные процессы в электрической системе, и зависит от длительности исследуемого процесса и

точности задания исходной информации [28-39].

Правильность математического описания модели может оказать существенное влияние на результаты расчетов [40, 41]. При решении вопроса о критериях выбора характеристик элементов системы нужно, с одной стороны, обеспечить требуемую точность расчетов, а с другой стороны, стремиться к уменьшению продолжительности расчета и объема исходной информации. Основываясь на этом критериями выбора модели нагрузки, по рекомендации различных авторов [20-39], должны быть:

1. Выбор расчетных моделей нагрузки должен быть осуществлен до выполнения основных расчетов.

2. Так как определение экспериментальных или расчетных параметров, узлов нагрузки весьма затруднительны и значительная часть расчетов выполняется на перспективу, то должны применяться обобщенные параметры, наилучшим образом характеризующие свойства реальной нагрузки.

3. Должна присутствовать возможность простой оценки влияния неточностей параметров нагрузки на результаты расчетов.

В расчетах сложных энергетических систем в зависимости от особенностей решаемой задачи элементы системы могут быть представлены различными моделями [42]. Так, например, статическая нагрузка при расчетах может быть представлена моделью, описывающей переходные процессы в отношении, постоянных значений сопротивлений, или моделью, учитывающей изменение потребляемой мощности в зависимости от частоты и уровня напряжения. Обычно с помощью такой модели описываются переходные процессы большинства потребителей электрической энергии: освещение, электрические печи, воздушные и кабельные линии, конденсаторные батареи и т.п.

Расчетные модели динамической нагрузки также могут различаться. От точности описания переходных процессов моделей сильно зависит точность расчетов, погрешность которых не должна превышать 10%. Величина погрешности зависит от того, какие уравнения использованы для описания синхронных и асинхронных двигателей. В случаях, когда динамическая нагрузка описывается упрощенными выражениями, погрешность расчетов может быть весьма

значительной (более 10%).

Применение для анализа переходных процессов модели элементов, описывающих простейшую одноузловую схему нагрузки, позволяет произвести расчеты, отображающие характер протекания переходных процессов. В составе простейшего узла нагрузки обычно содержатся уравнения эквивалентного асинхронного двигателя, статической нагрузки, а также, если нужно, и синхронного двигателя.

Использование многоэлементных комплексных моделей обеспечивает более точный учет схемы электроснабжения и особенностей нагрузки. В зависимости от решаемой задачи расчетная схема может содержать различное количество узлов, синхронных и асинхронных двигателей. Однако при общем анализе режима работы узла нагрузки вполне можно применять одноузловую модель, содержащую как статическую, так и динамическую нагрузку [43-47].

Динамическая нагрузка, в отличие от статической, учитывает характер изменения параметров как в установившемся режиме, так и влияние параметров энергосистемы [48]. Отметим, что применение динамической модели значительно, увеличивает время моделирования переходных процессов.

В качестве программы, имеющей возможность расчета режима работы узла нагрузки (т.е. имеющей систему методов решения сложных дифференциальных уравнений и содержащей необходимые модели), является программа Ма1:1аЬ. Аналогичных широко распространенных программ, разработанных отечественными компаниями, не существует. Отметим, что использование только этой программы не позволяет решить поставленных задач, поэтому правильнее говорить о том, что все проводимые исследования основываются на комплексе программных средств.

Библиотека блоков 81тРо\уег8у81етз [41,49] программы МаЙаЬ является одной из множества существующих дополнительных библиотек пакета ЭнтшИпк. Его использование позволяет моделировать работу различных устройств. 81тРо\уег8у81ет8 имеет блоки, имитирующие работу электроэнергетических устройств. Имеющиеся модели описывают работу пассивных и активных электротехнических элементов: источников энергии, электродвигателей,

♦

трансформаторов, линий электропередачи, прочего оборудования.

Используя возможности пакета 81шиНпк возможно имитировать работу элементов силовой сети и выполнять регулирование их работы. Дополнительно-имеется возможность проведения расчетов для установившегося режима работы системы на переменном токе, измерения сопротивления участка цепи, получения частотных характеристик, а также анализа режима работы.

Важным достоинством использования пакета 81тРо\уег8уз1ет8 является возможность моделирования работы сложной электротехнической системы с учетом имитаций и структурного построения [50]. Например, расчет работы электроэнергетических устройств можно выполнять с использованием обычных блоков, а устройств их регулирования с учетом имитации принципа работы, отражающих лишь алгоритм, а не ее электрическую схему. Такая возможность, в. отличие от других программ, позволяет значительно упростить всю модель, повысить ее работоспособность и скорость вычислений. Кроме того, при моделировании различных процессов присутствует возможность использования функции самой программы МАТЬАВ, что даёт неограниченные возможности для моделирования режимов работы различных электроэнергетических систем.

Дополнительным преимуществом использования программы является возможность создавать собственные элементы как при помощи уже имеющихся блоков, так и на основе существующих моделей. Таким образом, сочетание программы Ма^аЬ и её пакета 81тиНпк является одним из лучших средств для моделирования режимов работы электроэнергетических систем.

Составленная путем тщательного исследования всех используемых элементов схема энергосистемы, применяемая для исследования переходных процессов в комплексных уздах нагрузки с учетом динамического изменения параметров представлена на рисунке 1.1.2.

Не менее важную роль играет выбор метода расчета. Для решения .системы дифференциальных уравнений предпочтительны наиболее простые методы: метод интегрирования, в частности принятый в энергетике метод последовательных

интервалов, метод Рунге-Кутта II порядка или метод трапеций. Они позволяют при небольшом шаге (не более 10"4 с.) получить достаточно точные, отвечающие поставленной задаче результаты [41].

Самым эффективным для решения рассматриваемых задач является метод, трапеции. Этот метод наиболее устойчив и не допускает накапливания погрешности при расчетах. Его применение с постоянным шагом приводит к сокращению продолжительности времени расчета приблизительно в 2 раза и увеличению точности вычислений примерно на 10% (по сравнению с другими методами).

Так как описание переходных процессов в двигателях, а особенно синхронных, описывается сложными формулами, то при расчетах переходных процессов требуется применение более точных методов. Отметим, что не всегда полное описание процессов в системе приводит к повышению достоверности-результатов, однако их применение является более желательным. При этом так же максимально точно требуется описывать и переходные процессы в остальных элементах электрической системы. Результаты расчета по полным уравнениям всегда являются более достоверными, чем результаты расчета по упрощенным уравнениям. В случаях приближенного расчета, при отсутствии необходимости в высокоточных данных, вполне возможно применение упрощенных расчетов.

Модели трансформаторов, двигателей и прочих элементов системы в основном описываются дифференциальными уравнениями. При расчете таких моделей для получения наиболее точных результатов и ускорения расчетов-целесообразно использовать метод трапеции с переменным шагом. При этом время моделирования сокращается приблизительно в два, три раза, а точность результатов не ухудшится. В отношении всех остальных методов справедливо следующее: для обеспечения точности расчетов необходимо уменьшать не только шаг расчета, но и значение абсолютной погрешности метода.

Надежность функционирования энергосистемы зависит от бесперебойного электроснабжения, поэтому основным условием, определяющим надежность её работы, является устойчивость. Под устойчивостью понимают способность

системы восстанавливать свое первоначальное состояние после различного рода нарушений нормального режима [32]. Различают два вида устойчивости: статическую и динамическую.

Исследование комплексного узла нагрузки основывается на анализе обоих видов устойчивости. В соответствии с ГОСТ 21027-75 [51] под статической устойчивостью энергосистемы понимается способность энергосистемы возвращаться к установившемуся режиму после малых его возмущений. Под малым возмущением режима энергосистемы понимают такое, при котором изменения параметров несоизмеримо малы по сравнению со значениями этих параметров.

В своей работе [32] Веников В.А. рассматривает статическую устойчивость в двух аспектах:

- как свойство заданного установившегося режима самовосстанавливаться при ничтожно малых отклонениях параметров его режима от исходных значений;

- как свойство постепенно ухудшающегося установившегося режима противостоять малым отклонениям и малым колебаниям вплоть до некоторого предельного режима.

В соответствии с этим же ГОСТ под динамической устойчивостью' энергосистемы понимается способность энергосистемы возвращаться к установившемуся режиму после значительных изменений параметров режима работы.

Для определения устойчивости в системе, параметры которой известны, или для определения мероприятий, улучшающих устойчивость, необходим анализ режимов работы с определением критических параметров. Моделирование режимов работы позволяет определить требуемые величины параметров системы во времени, с целью выбора устройств, мероприятий или установления вносимых с помощью устройств системной автоматики воздействий, которые придадут' переходному процессу желательный по тем или иным соображениям характер [32].

Известными критериями, определяющими устойчивость режима и не

требующих доказательств, являются: = 0, = =

Приведем пример оценки устойчивости работы узла асинхронной нагрузки, см. рисунок 1.1.3.

Приведем оценку устойчивости работы узла асинхронной нагрузки на примере самозапуска асинхронный двигателей комплексного узла нагрузки после резкого падения напряжения, см. рисунок 1.1.3.

Рисунок 1.1.3 Характеристики изменения потребления узлом асинхронной нагрузки активной мощности

Нормальный режим работы узла асинхронной нагрузки характеризуется точкой 1 (рисунок 1.1.3). Данный режим работы является статически устойчивым. Однако если под воздействием каких-либо факторов резко или значительно падает-напряжение на шинах такого узла, то происходит снижение потребляемой им активной мощности, точка 2. При этом создаваемый двигателями электромагнитный момент уменьшается, вследствие чего скольжение двигателей будет возрастать. Если возобновление электроснабжения произойдет в точке 3 (до того момента как скольжение двигателей достигнет значения ^выб, точка 7), то нормальный режим работы рассматриваемого узла нагрузки восстановится (т.к. Мэм> М:, точка 4). В случае если скольжение двигателя превысит значение

^выб (точка 5), то двигатели узла нагрузки остановятся (т.к. Мэм < Мс, точка 6).

Таким образом, устойчивость узла асинхронной нагрузки, зависит от многих параметров: параметров сети, величины потребляемой мощности в момент возникновения аварийного режима, номинальных мощностей, времени протекания переходного процесса и т.д. Поэтому, нахождение требуемых величин путем моделирования переходных процессов, с учетом изменения параметров системы, является основой оценки устойчивости.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Капитонов, Олег Константинович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В диссертационной работе дано развитие исследования динамических режимов работы узлов нагрузки с мощными высоковольтными двигателями. Разработана модель, позволяющая производить расчеты на основе нелинейных дифференциальных уравнений. Её отличительная черта - моделирование сложных схем электроснабжения и учет различных факторов. На основе выполненных исследований определены критерии, повышающие надежность работы узлов нагрузки систем электроснабжения.

2. Влияние скин-эффекта является весьма положительным. Применение специальной формы пазов ротора АД, материалов в определенной степени позволяет автоматически регулировать величины сопротивления ротора двигателя, благодаря чему возможно существенно уменьшить время его самозапуска (пуска), а также задаваться необходимой характеристикой создаваемого двигателем электромагнитного момента.

3. Компенсация () уменьшает время запуска и выбега АД при условии, что при установке БСК не происходит уменьшение тока возбуждения генераторов или увеличение коэффициента трансформации на подстанции.

4. Для обеспечения устойчивой работы электрических систем, где мощность генератора соизмерима с мощностью двигателя, минимально допустимая мощность генератора должна быть не менее чем в 2 раза выше значения номинальной мощности самого крупного двигателя.

5. При увеличении предела кратности возбуждения запуск мощного АД от генератора соизмеримой мощности происходит быстрее. Оптимальным значением предела кратности возбуждения является интервал от 4 до 8, так как дальнейшее его увеличение не приводит к значимому уменьшению времени переходного процесса.

6. Критическое значение сопротивления внешней системы составляет 2,5 - 4 ягдВ. При большем значении внешнего сопротивления работа асинхронного

двигателя в нормальном режиме невозможна даже при повышении уровня низшего напряжения на подстанции.

7. Результаты диссертационных исследований использованы в учебном процессе на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий Чувашского государственного университета им. И.Н. Ульянова.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Капитонов, Олег Константинович, 2013 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Гамазин С.И., Ставцев В.А., Цырук С.А. Переходные процессы в системах промышленного электроснабжения, обусловленные электродвигательной нагрузкой - М: Издательство МЭИ, 1997.

2. Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и устойчивость (перевод с английского) -М.: Энергия, 1980.

3. Белов A.B., Коровин Ю.В. Устойчивость электрических систем. Учебное пособие - Челябинск: Издательство ЧГАУ, 2010.

4. Бобров А.Э., Дяков A.M., Зорин В.Б. и др. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах. Электрон, учеб. пособие. -Красноярск: ИПК СФУ, 2009.

5. Бугров В.Г. Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения: Учебное пособие - Тверь: ТГТУ, 2005.

6. Булат В.А. Переходные процессы в электроэнергетических системах. -Минск: БИТУ, 2010.

7. Бушуев В.В. Динамические свойства электроэнергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

8. Валеев Г.С., Пястолов В.В. Электромагнитные переходные процессы в системах электроснабжения: Учебное пособие. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2011.

9. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин A.A. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. -М.: Энергоатомиздат, 1990.

Ю.Долгов А.П., Пушкарева Л.И. Переходные процессы в системах электроснабжения: Учеб. пособие. - Новосибирск: НЭТИ, 1988.

11. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. - М.: Энергия, 1979.

12. Калентионок Е.В. Устойчивость электроэнергетических систем. - Минск: Техноперспектива, 2008.

13. Коровин Ю.В., Пахомов Е.И., Горшков К.Е. Расчет токов короткого замыкания в электрических системах: Учебное пособие. - Челябинск: ЮУрГУ, 2011.

14. Крючков И.П., Старшинов В.А., Гусев Ю.П., М.В. Пираторов. Переходные процессы в электроэнергетических системах: Учебник для вузов. -М: МЭИ, 2008.

15. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах: Учеб. пособие. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006.

16. Лукашов Э.С., Калюжный А.Х., Лизалек H.H. Длительные переходные процессы в энергетических системах. - Новосибирск: Наука, 1985.

17. Мелешкин Г.А., Меркурьев Г.В. Устойчивость энергосистем. Теория-СПб.: НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2006.

18. Окуловская Т.Я., Павлова М.В. и др. Устойчивость электрических систем. -Екатеринбург: УГТУ, 2001.

19. Пивняк Г.Г., Винославский В.Н. и др. Переходные процессы в системах электроснабжения Учебник для вузов, 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 2003.

20. Портной М.Г., Рабинович P.C. Управление энергосистемами для обеспечения устойчивости-М.: Энергия, 1978.

21. Рудницкий М.П. Статическая устойчивость сложных электроэнергетических систем: Учебное пособие. - Свердловск: Изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1981.

22. Сенигов П.Н. Переходные процессы в синхронных машинах: Учебное пособие. - Челябинск: ЧГТУ, 1993.

23. Сенигов П.Н. Физические основы устойчивости электрических систем: Учебное пособие. - Челябинск, 1996.

24. Стернинсон Л.Д. Переходные процессы при регулировании частоты и мощности в энергосистемах. - М., Энергия, 1975.

25. Ульянов С.А. Короткие замыкания в электрических системах. -М.: Госэнергоиздат, 1952.

26. Цыгулев Н.И. Электромагнитные переходные процессы в электрических

системах: Учебное пособие. - Новочеркаск: ЮРГТУ, 2003.

27. Щедрин В.А., Ермолаева Н.М., Александрова Л.Э. Электромагнитные, переходные процессы в электрических системах: Учебное пособие. - Чебоксары, изд. Чуваш, ун-та, 2005.

28. Адкинс Б. Общая теория электрических машин. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960.

29. Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

30. Гашко Е.Г. , Репецкая Е.В. Энергоэффективность как основа стратегии развития региона // Энергосбережение. - 2010. - № 5.-. С. 16-19.

31. Герасименко A.A., Федин В.Т. Передача и распределение электрической, энергии - Ростов-на-Дону: Феникс, 2008.

32. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.-Л.: изд-во Энергия, 1964.

33. Головкин П. И. Энергосистема и потребители электрической энергии. -М.: Энергия, 1979.

34. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. - М.: Интермет Инжиниринг. 2006.

35. Щедрин В.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. - Чебоксары: изд. Чуваш, ун-та, 2007.

36. Лыкин A.B. Электрические системы и сети: Учеб. пособие. - М.: Университетская книга; Логос, 2006.

37. Мельников H.A. Электрические сети и системы. Учеб. пособие для вузов. Изд. 2-е, стереотип. -М.: Энергия, 1975.

38. РД 153-34.0-20.527-98 (2002) Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования.

39. РФ (ФЗ) № 261 от 10 января 2010 "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации".

40. Веников В.А. Применение вычислительных методов в энергетике. - М.:

Энергоатомиздат, 1983.

41. Волков Е.А. Численные методы: Учеб. пособие для вузов. 2-е изд., испр. -М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат. лит., 1987.

42. Barret J.P. Power System Simulation // J.-P. Barret, P. Bornard, B. Meyer, Bruno Meyer. - Springer, 1997.

43. Дьяконов В.П. MATLAB 7.*/R2006/R2007: Самоучитель. - M.: ДМК Пресс, 2008.

44. Щербачев О.В., Зейлигер А.Н., Кадомская К.П. Применение цифровых вычислительных машин в электроэнергетике. - М.: Энергия. 1980.

45. Лыкин A.B. Математическое моделирование электрических систем и их элементов. 2-е изд., перераб. и доп. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2009.

46. Аюев Б.И., Давыдов В.В., Ерохин П.М., Неуймин В.Г. Вычислительные модели потокораспределения в электрических системах. - М.: Флинта:Наука, 2008.

47. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е. Применение математических моделей электрической нагрузки в расчетах устойчивости энергосистем и надежности электроснабжения промышленных предприятий. - М.: Элекс-КМ, 2008.

48. Поспелов Д.А. Арифметические основы вычислительных машин дискретного действия. Учеб. пособие для втузов. - М.: Высш. школа, 1970.

49. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB, SimPowerSystems и Simulink. - M.: ДМК Пресс; 2008.

50. Hunt Brian R. Matlab R2007 с нуля [пер. с англ.] / Brian R Hunt [и др.]. - М. : Лучшие книги, 2008.

51. ГОСТ 21027-75 (2005). Системы энергетические. Термины и определения. Межгосударственный стандарт.

52. Александров Г.Н. Особенности магнитного поля трансформаторов под нагрузкой // Электричество. - 2003. - № 5. С. 19-26.

53. Брускин Д.Э. и др. Электрические машины. Ч. 2: Учебник для ву-зов. - М.: Высш. школа, 1979.

54. Иванов-Смоленский A.B. Электрические машины. -М.: Энергия, 1980.

55. Кацман M. М. Электрические машины. - М.: Издательский центр

Академия, 2003.

56. Ковач К.П. Переходные процессы в машинах переменного тока. - M.-JI.: Госэнергоиздат, 1963.

57. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1986.

58. Костенко М.П. Электрические машины (специальная часть). - M.-JL: Госэнергоиздат, 1919.

59. Костенко М.П. Электрические машины. В 2-х ч. 4.1. Машины постоянного тока. Трансформаторы. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд. 3-е, перераб. - JL, Энергия, 1972.

60. Костенко М.П. Электрические машины. В 2-х ч. 4.2. Машины постоянного тока. Учебник для студентов высш. техн. учеб. заведений. Изд. 3-е,, перераб. - Л., Энергия, 1973.

61. Костенко М.П. Электрические машины: в 2 ч. ч.1-2. - M.-JL: Энергия, 1965.

62. Александров Н. Н. Электрические машины и микромашины (Учебники и учеб. пособия для высш. о.-х. учеб. заведений). М.: Колос, 1983.

63. Петров Г.Н. Коллекторные машины постоянного и переменного тока. Изд. 2-е, переработ и доп. - М.: Энергия, 1968.

64. Петров Г.Н. Электрические машины. В 3-х частях. ч.1. Введение. Трансформаторы. Учебник для вузов. - М.: Энергия, 1974.

65. Петров Г.Н. Электрические машины. В 3-х частях. ч.2. Асинхронные и синхронные машины. -M.-JL: Госэнергоиздат, 1963.

66. Сипайлов Г. А., Кононенко Е.В., Хорьков К.А. и др. Электрические машины (специальный курс): // Учеб. для вузов по спец. «Электрические машины» (2-е изд., перераб. и доп.). - М.: Высш. шк., 1987.

67. Moradi, М.Н. A new Matlab simulation of induction motor // Power Engineering Conference. AUPEC '08. Australasian Universities. - 2008. C. 1-6.

68. Okoro, О. I. MATLAB Simulation of Induction Machine with Saturable Leakage and Magnetizing Inductances"// PJSTS. Том 5. № 1. 2003.

69. Вольдек А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2008.

70. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей (4-е изд., переработ, и доп.). - М.: Энергоатомиздат, 1984.

71. Вольдек А.И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2008.

72. Донской Н.В. Асинхронный двигатель в системах автоматического управления: монография. - Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2012.

73. Суптель A.A. Учебное пособие по электроприводам переменного тока. -Чебоксары: изд-во Чуваш, гос. ун-та, 2008.

74. Фролов Э.М. Основы электропривода. - Чебоксары: изд-во Чуваш, ун-та, 2001.

75. Анохин В. В. Переменное сопротивление в MATLAB/Simulink [Электронный ресурс]. // URL: http://www.lib.csu.ru/dl/bases/prg/ kompress/articles/ExponentaPro/17.pdf.

76. Железко Ю.С. О нормативных документах в области качества электроэнергии и условий потребления реактивной мощности. - Электрика. - 2003. -№ 1.

77. Калинин А.Г. Анализ провалов напряжения при пусках электродвигателей с вентиляторной нагрузкой. Материалы VIII-ой Республиканской . научно-технической конференции молодых специалистов // Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики. - 2010. - № 1. - С. 78-81.

78. Барыбина Ю. Г. Справочник по проектированию электроснабжения. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

79. Неклепаев Б. Н. Электрическая часть электростанции и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

80. Жуков Н.П, Ляшков В.И., Балашов A.A. Энергообеспечение предприятий. - Тамбов: Изд-во тгту, 2009.

81. Зеркалов Д.В. Энергетическая безопасность. Монография. — К.: Основа, 2012.

82. Голоднов Ю.М. Самозапуск электродвигателей - М.: Энергоатомиздат, 1985. 136 с.

83. Важнов А. И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Д.: Энергия. Ленингр. отд-ние, 1980.

84. Гамазин С.И. Переходные процессы в электродвигательной нагрузке систем промышленного электроснабжения. -М.: Издательство МЭИ, 1991.

85. ГОСТ 13109-97 (2002). Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. Межгосударственный стандарт.

86. Федоров А.А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: в 2 т. - М.: Энергоатомиздат, 1987.

87. Пупин В.М., Щедрин В.А. Процессы в узлах нагрузки при самозапуске электродвигателей. Учебное пособие. - Чебоксары: изд-во Чуваш, ун-та, 1998.

88. Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

89. Щедрин В.А. Процессы в узлах нагрузки при медленных изменениях напряжения и частоты: Текст лекций по курсу «Переходные процессы в системах электроснабжения». - Чебоксары: изд. Чуваш, ун-та, 1985.

90. Шакиров М.А., Андрущук В.В, Дуань Лиюн. Аномальные магнитные потоки в двухобмоточном трансформаторе при коротком замыкании // Электричество. - 2010. -№ 3. - С. 53-63.

91.Трещев И.И. Электромеханические переходные процессы в машинах переменного тока. - Л.: Энергия, 1980.

92. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.-М.: Энергия, 1970.

93. Гуревич Ю.Е. Устойчивость нагрузки электрических систем. - М.: Энергоатомиздат, 1981.

94. Вилесов Д.В. Сильное регулирование возбуждения синхронных

генераторов автономных систем // Электричество. - 1978. - № 2. - С. 11-15.

95. Калинин А.Г., Ларионов В.Н. Эффективность применения частотно-регулируемого электропривода в системах ЖКХ // Труды академии электротехнических наук Чувашской Республики. - 2009. - № 1. - С. 41-47.

96. Кислицын А.Л. Синхронные машины: Учебное пособие по курсу «Электромеханика». - Ульяновск: УлГТУ, 2000.

97. Коваль С.П. Госпрограмма. Повышение энергетической эффективности в промышленности. Основные мероприятия. Эффективное энергосбережение // Портал-Энерго. URL: http://portal-energo.ru.

98. Ливчак В.И. О требованиях энергетической эффективности зданий: Комментарии из приказа №262 Минрегионразвития России // Энергосбережение. -2010.-№ 5.-С. 10-15.

99. Линдорф Л.С. Эксплуатация турбогенераторов с непосредственным охлаждением. -М.: Энергия, 1972.

100. Ойрех Я.А., Сивокобыленко В.Ф. Режимы самозапуска асинхронных электродвигателей.-М.: Энергия, 1974.

101. Павлюк К. Пуск и асинхронные режимы синхронных двигателей. - М.: Энергия, 1971.

102. Ботвинник М.М. Асинхронизированная синхронная машина. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960.

103. Емец В.Ф., Попков A.A., Петров Г.А. Синхронные электрические машины. - Челябинск: ЧГАУ, 2009.

104. Забудский Е.И. Электрические машины. Часть 3. Синхронные машины. -М.: МГАУ, 2008.

105. Суровцев В.Н., Донской Н.В. Теория автоматического управления: Уч. пособие (2-е изд., доп. и перераб.) - Чебоксары: изд-во Чуваш, ун-та, 2005.

106. Гамазин С.И., Садыкбеков Т.А. Переходные процессы в системах электроснабжения с электродвигательной нагрузкой - Алма-Ата: Гылым, 1991.

107. Донской Н.В. Регулируемый электропривод переменного тока -Чебоксары: изд-во Чуваш, ун-та, 2007.

108. Щелоков Я.М. Энергетическое обследование: Том 2. Электротехника. -Екатеринбург: УрФУ, 2011.

109. Адоньев Н.М., Афанасьев В.В., Бортник И.М. и др. Справочник по электрическим аппаратам высокого напряжения. - JL: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1987.

110. Зимин E.H. и др. Электрооборудование промышленных предприятий и установок. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоиздат, 1981.

Ш.Алиев И.И. Электротехнический справочник. 5-е изд. - М.: ИП РадиоСофт, 2010.

112. Рябов В.И. Электрооборудование. Учеб. для сред. спец. учеб. заведений. 5-е изд., перераб. — М.: Эко-номика, 1990.