Файл: Болотин, Б. И. Инженерные методы расчетов устойчивости судовых автоматизированных электростанций.pdf

Таким образом, общая коррекция, обеспечивающая устойчивость и требуемую точность распределения нагрузки во всем диапазоне частот, будет иметь следующий вид:

{р) = 2 ( ix p + l ) ( ~ k p + l ) ^ 2 (0>3р +1}(0,02р+1}-

Реализовать эту коррекцию можно с помощью усилителей, охваченных апериодической обратной связью.

ГЛАВА IX

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ САЭС

§ 36. Общие положения

Методика проведения экспериментальных исследований устойчи­ вости САЭС, как правило, предопределяется непосредственно самой задачей исследования.

С этой точки зрения задачи экспериментального исследования устойчивости можно разбить на две группы:

— задачи, связанные с созданием и разработкой новых САЭС,

вкоторых должна быть обеспечена устойчивая работа;

—задачи, связанные с обнаружением причин возникновения и поиском путей устранения колебаний, которые имеют место в уже

существующих САЭС.

В первом случае необходимо обеспечить такие характеристики

•отдельных элементов и систем регулирования, чтобы в целом во всех режимах работа САЭС была заведомо устойчивой. Данная задача родственна задаче синтеза, в которой по характеристикам отдельных элементов воссоздается характеристика заведомо устойчивой системы. При этом в некоторых случаях приходится определять и изменять в нужном направлении характеристики тех или иных элементов САЭС. Это обусловлено тем, что при создании САЭС отдельные ее элементы (первичные двигатели, генераторы, устройства электроавтоматики и т. д.) до определенного времени не могут быть сосредоточены в одном месте и собраны в единую систему, так как все они изготовляются и поставляются разными предприятиями. Поэтому на данном этапе экспериментальных исследований удается получить характеристики и провести испытания лишь отдельных элементов (частей) САЭС. Полученный в результате экспериментов материал является исходным для обязательного предварительного расчета устойчивости систем САЭС в целом.

Если расчеты показывают, что какие-то системы САЭС неустой­ чивы, то добиться устойчивости можно либо целенаправленным изме­

-296

нением характеристик тех или иных элементов системы, либо введением специальных корректирующих связей в соответствующие регуляторы. Выбор того или иного мероприятия должен определяться экономичес­ кой целесообразностью.

Естественно, что подобные частичные эксперименты и расчеты в силу сложности и многосвязности систем САЭС, а также в силу наличия в них нелинейности не могут гарантировать устойчивости работы той или иной системы в целом. Подтверждение правильности предвари­ тельных расчетов можно получить лишь тогда, когда система будет собрана на объекте или на стенде. Если при этом окажется, что ка­ кая-либо из систем САЭС работает неустойчиво, то экспериментальное исследование с целью определения путей повышения устойчивости должно производиться так же, как и при неустойчивой работе сущест­ вующих систем.

Во втором случае, когда в реальной системе имеют место незатухаю­ щие колебания, встает задача целенаправленного поиска тех частей или элементов системы, которые могут обусловливать неустойчивую работу, а также поиска рациональных путей повышения устойчивости.

Экспериментальные исследования устойчивости САЭС, так же как и расчеты, целесообразно разделить на два этапа: исследование устойчивости параллельной работы ГА и исследование устойчивости систем автоматизации. Такое деление основывается на существующих требованиях нормативных документов, согласно которым должна быть обеспечена устойчивая параллельная работа ГА без систем автомати­ зации.

Необходимо отметить, что в настоящее время не существует тре­ бований к характеристикам и элементам серийно изготавливаемых ГА, выполнение которых обеспечивало бы устойчивую параллельную ра­ боту. Практически не имеется также характеристик и параметров ГА, по которым определяется устойчивость параллельной работы. Однако для систем автоматизации такие требования сформулированы и зане­ сены в нормативные документы.

§ 37. Проведение экспериментальных исследований устойчивости проектируемых ГА

Как было показано в главе III, для обеспечения устойчивости наи­ более общего случая параллельной работы разнотипных ГА необхо­ димо обеспечить устойчивую параллельную работу каждого ГА с сетью и однотипными ГА. Поэтому при проведении экспериментальных ис­ следований устойчивости следует ориентироваться именно на эти два случая параллельной работы.

Действительно, если каждый из заводов-изготовителей обеспечит устойчивость параллельной работы своих ГА с сетью и друг с другом, то проблема устойчивости разнотипных ГА отпадает. В то же время заводам легче организовать всесторонние исследования своих ГА. Как показывает опыт, экспериментальные исследования параллельной работы разнотипных ГА требуют гораздо больших организационных и материальных затрат.

297

В связи с указанным, материал данного параграфа будет базиро­ ваться лишь на экспериментальных исследованиях параллельной ра­ боты ГА с сетью и однотипных ГА.

Структура параллельной работы ГА с сетью и однотипных ГА мо­ жет быть сведена к структуре, в которой имеются определенные замк­ нутые контуры:

—электромагнитный, связанный лишь с регулированием возбуж­

дения;

—механический, связанный с регулированием скорости первичного двигателя;

—электромеханический без учета регулирования скорости и воз­ буждения (нерегулируемый электромеханический контур);

—электромеханический, в котором учтено только регулирование возбуждения генератора;

—электромеханический, в котором учтено регулирование возбуж­ дения генератора и частоты вращения первичного двигателя.

Подобное структурное представление регулируемого объекта по­ зволяет заранее планировать ход экспериментов с целью получения предварительной информации для проведения расчетов устойчивости параллельной работы на ранних стадиях проектирования.

Экспериментальное исследование устойчивости электромагнитного контура. Так как устойчивость электромагнитного контура опреде­ ляется только параметрами генератора и не зависит от параметров первичного двигателя и его системы регулирования скорости, то целе­ сообразно вначале определить устойчивость именно этого контура. Заметим, что требование обеспечения устойчивости электромагнитного контура является обязательным для обеспечения устойчивости ра­ боты ГА в целом.

Наиболее удобным методом экспериментального исследования устойчивости генератора с регулируемым возбуждением является широко применяемый за рубежом метод скачкообразного или периоди­ ческого изменения уставки по напряжению [41 ]. Различают испытания при больших и малых возмущениях, последние являются основным для оценки устойчивости. При этом величина возмущающих воздей­ ствий не должна превышать 1—2%, чтобы ни один из элементов регу­ лирования не работал в зоне ограничения. В противном случае свой­ ства регулируемого генератора не будут определяться в условиях линейной системы.

В разных странах испытания систем регулирования возбуждения

проводятся при различных условиях.

В зависимости от принятой структуры систем регулирования возбуждения эти испытания могут быть разделены на следующие группы:

1)скачкообразное изменение уставки напряжения при одиночной работе генератора на холостом ходу и под полной нагрузкой;

2)скачкообразное изменение уставки при работе генератора в па­ раллель с сетью на холостом ходу и под полной нагрузкой;

3)периодическое изменение уставки напряжения при одиночной работе генератора на холостом ходу и под полной нагрузкой;

298

4) периодическое изменение уставки при работе генератора в па­ раллель с сетью на холостом ходу и под полной нагрузкой.

В режиме параллельной работы с сетью величина изменения уставки должна быть такой, чтобы генератор не перегружался. Испытания по первым двум пунктам позволяют определить передаточную функцию системы, характеризующую устойчивость абсолютного движения па­ раллельно работающих генераторов, которое физически проявляется в виде колебаний напряжения на шинах. Испытания по двум последним пунктам позволяют определить передаточную функцию, характери­ зующую устойчивость относительного движения параллельно работаю­ щих генераторов, которое физически прбявляется в виде колебаний реактивного тока или реактивных мощностей.

Эти испытания позволяют одновременно определить такие важные для оценки устойчивости параметры, как собственная частота и декре­ мент затухания электромагнитного контура. В некоторых случаях испытания по пунктам 3 и 4 производятся с целью оптимальной на­ стройки цепей внутренних обратных связей.

Заметим, что наиболее простыми и легко организуемыми в завод­ ских условиях являются испытания по первому и второму пунктам. Проведение испытаний по двум последним пунктам требует специаль­ ной аппаратуры для снятия частотных характеристик [13]. Эта ап­ паратура особенно необходима для тех генераторов, системы регули­ рования возбуждения которых имеют электрические усилители.

При снятии характеристик на одиночной работе на осциллограмме должны быть зафиксированы в качестве входного сигнала контура напряжение уставки, а в качестве выходного сигнала — напряжение генератора. При снятии частотных характеристик в качестве проме­ жуточных сигналов полезно фиксировать напряжение и ток возбужде­ ния, ток обмотки управления дросселя отбора. Знание этих величин позволяет определить передаточные функции не только всего элект­ ромагнитного контура в целом, но и отдельных его составляющих (корректора, дросселя отбора, обмотки возбуждения и т. д.).

При снятии характеристик на параллельной работе с сетью на осциллограмме должны быть зафиксированы в качестве входного сиг­ нала контура напряжение уставки, в качестве выходного сигнала — реактивная мощность (или реактивный ток).

При снятии частотных характеристик электромагнитного кон­ тура полезно фиксировать напряжение возбуждения и ток в обмотке управления дросселя отбора, знание которых позволяет определить передаточные функции элементов системы регулирования возбуж­ дения с учетом действия связи по реактивной мощности. Частотные характеристики должны сниматься в диапазоне частот от 0,1 Гц до частоты среза системы регулирования возбуждения (частота среза системы регулирования возбуждения, как правило, не превышает

1 - 2 Гц).

Представляется целесообразным ограничиться испытаниями по пунктам 1 и 2, так как получение частотных характеристик весьма трудоемко из-за необходимости обработки большого количества за­ меров, а также вследствие того, что ПФ электромагнитного контура

299