РАЗДЕЛ 2
УПРАВЛЕНИЕ ДИЗЕЛЬ-ГЕНЕРАТОРОМ В ПРОЦЕССЕ СИНХРОНИЗАЦИИ
2.1. Приведение дизель-генератора к подсинхронному состоянию
Процесс синхронизации завершится успешно в случае, если включение генераторов на параллельную работу будет осуществлено тогда, когда значение начальных параметров синхронизации (угол ? между синхронизируемыми напряжениями, угловая частота скольжения ?s, равная разности между угловыми частотами включаемых генераторов ?1 и ?2, и неодинаковость амплитуд синхронизируемых напряжений ?U=U1-U2) не превысит допустимых значений, т.е. когда выполняются следующие условия:
??доп,
?s?s доп, (2.1)
?U?U доп.
Устройство автоматической точной синхронизации должно обеспечивать формирование команды на включение выключателя генератора при выполнении условий (2.1). В случае, если ?s??sдоп и ?U??Uдоп, устройство синхронизации должно обеспечить формирование команд на подгонку угловых частот скольжения и выравнивание амплитуд синхронизируемых напряжений. Для выполнения перечисленных функций в состав синхронизатора (рис 2.1) должны входить блок контроля разности напряжений 1, блок контроля разности частот 2, блок контроля угла сдвига фаз между синхронизируемыми напряжениями 3 и логический блок 4. Как правило, генераторы оснащены автоматическими регуляторами напряжений, поддерживающие напряжение с высокой точностью. Всвязи с этим, чаще всего, контроль разности амплитуд синхронизируемых напряжений и их подгонку воздействием на регулятор возбуждения 5 осуществлять не требуется, и блок 1 может не входить в состав синхронизатора.
Рис.2.1. Синхронизатор.
Блок контроля разности частот является обязательным элементом устройства автоматической синхронизации. Выходной сигнал этого блока в случае, если угловая частота скольжения превышает допустимое значение, используется для управления регулятором скорости 6 приводного двигателя Д и обеспечивает выравнивание частот синхронизируемых напряжений. В случае, если угловая частота скольжения превышает допустимое значение, используется для управления регулятором скорости 6 приводного двигателя Д и обеспечивает выравнивание частот синхронизируемых напряжений. В случае, когда ?s?s доп, сигнал с выхода блока 2 подается на логический блок 4 и используется для формирования команды на включение выключателя Q генератора G. Процедура выравнивания (подгонки) частот синхронизируемых напряжений является одной из наиболее ответственных процедур, выполняемых в процессе синхронизации. В ходе этой операции включенный генератор как можно быстрее должен быть приведен в подсинхронное состояние, т.е. в такое состояние, в котором синхронизация будет возможна и завершится успешно. Требование ускорения выполнения этой процедуры связано прежде всего с тем, что синхронизация проводится для предупреждения возможной аварийной ситуации в системе электроснабжения, вызываемой перегрузкой работающих генераторов. Естественно, что чем быстрее включаемый генератор возьмет на себя часть нагрузки, тем выше будет качество электрической энергии в системе электроснабжения, и тем меньше скажутся последствия перегрузки на работу электроприемников этой системы.
Представим задачу приведения включаемого генератора в подсинхронное состояние как задачу оптимальной по быстродействию встречи двух движущихся объектов[48,49]. В этой задаче работающий генератор (внешняя сеть) является объектом А, ротор которого совершает равномерное вращательное движение с угловой частотой вращения, равной ?А. Фазовая координата ?А этого объекта в любой момент времени t определяется следующим образом:
?А=?0+?А t, (2.2)
где ?0 - постоянная величина
В наиболее общем варианте включаемый генератор представим как объект В, начинающий движение из точки с координатами. Таким образом, фактически решается задача управления процессом пуска включаемого генератора. В процессе решения рассматриваемой задачи будем искать закон управления h(t) рейкой топливного насоса (в случае, если приводной двигатель является дизелем). При этом перевод включаемого генератора в подсинхронное состояние должен быть осуществлен за минимально возможное время Т. Как и в любой другой подобной задаче, введем ограничение на перемещение органа управления, которое не должно превышать величину hмакс.
Для определения изменения закона фазовой координаты, прежде всего, необходимо получить уравнение движения ротора объекта В, которое в общем случае можно представить в виде:
А(р)?в=В(р)h+C(р)N+...D(р)П (2.3)
где А(р), В(р), C(р),...,D(р) - искомые характеристические полиномы; h, N,...,П- управление и воздействующие на объект возмущения.
Порядок определения характеристических полиномов проиллюстрируем на примере получения дифференциальных уравнений движений вала дизель-генератора.
Для получения искомых уравнений воспользуемся основными законами механики и теплотехники.
2.2. Уравнение динамики дизель-генератора
Для исследования характера изменения угловой частоты вращения вала дизеля будем использовать уравнение равновесия моментов, которое представим в следующем виде:
, (2.4)
где J- приведенный к валу момент инерции двигателя и связанных с ним агрегатов;
?-угловая частота вращения;
Mд,Mс -движущий момент и момент сопротивления.
Движущий момент дизеля зависит от положения органа управления и рейки топливного насоса h, угловой частоты вращения ?, давления наддува Рн и времени t, т.е. Mд определяется функцией следующих переменных:
Mд=f(h,?,Рн,t). (2.5)
Момент сопротивления зависит от величины нагрузки системы электроснабжения N, угловой частоты вращения ? и времени t, т.е. Mс определяется функцией следующих переменных:
Mс=f(N,?,t). (2.6)
Функциональные зависимости Mд и Mс нелинейны, однако в случае малых отклонений от установившегося режима допустимо эти зависимости