Уравнение движения ротора генератора

В процессе эксплуатации СЭС балансы мощности турбин и генераторов, электроприводов и нагрузок периодически нарушаются. Это происходит из-за несовпадения реального графика нагрузки с планируемым. С учетом принятых допущений уравнение баланса мощности для отдельного агрегата турбина-генератор в относительных единицах можно записать в виде

, (2.5)

где Р_Т – мощность турбины, определяющая исходный установившийся режим системы (Р_О = Р_Т = Р_ЭЛ);

Р_ЭЛ – электромагнитная мощность генератора;

Р_ПОТ – механические потери в агрегате;

- избыточный момент на валу генератора;

- потери в демпферных обмотках при нарушении;

Р_d – демпферный коэффициент;

-, угол, определяющий пространственное положение продольной оси ротора;

Т_J – постоянная инерции вращающихся масс турбины и генератора.

Т_J - время, в течение которого скорость ротора изменяется от нуля до номинальной под действием номинального избыточного момента и при постоянном моменте сопротивления. Она определяется следующим образом:

(2.6)

где GD² - маховой момент, т·м²,

G – масса подвижных элементов;

D – диаметр подвижных масс;

п – скорость вращения, об/мин;

S_НОМ – номинальная мощность генератора, кВ·А.

Выражение (2.5) называется уравнением электромеханических переходных процессов. Если потерями мощности в агрегате и потерями в демпферных контурах пренебречь, то это уравнение примет вид

, (2.7)

где ω - угловая скорость;

α - угловое ускорение вращающихся масс.

При Р_Т – Р_ЭЛ <0 (Р_ЭЛ > Р_Т ) имеет место тормозящий момент на валу агрегата, а при Р_Т–Р_ЭЛ >0 (Р_Т > Р_ЭЛ ) - ускоряющий момент.

Торможение или ускорения роторов генераторов являются следствием набросов и сбросов нагрузки. Возникающий при этом небаланс мощности покрывается за счет энергии вращающихся масс.

Мощность, развиваемая турбиной, зависит от массы пропускаемого через нее пара или воды в единицу времени и может изменяться с помощью первичных регуляторов.

Незначительное возмущение в цепи статора генератора вызывает движение ротора в сторону увеличения или уменьшения угла δ (это зависит от знака избыточного момента). Возмущение сообщает ротору некоторое ускорение α, которое в относительных единицах пропорционально избыточному моменту ΔМ и обратно пропорционально постоянной инерции Т_j:

. (2.8)

Здесь принимается, что при небольших изменениях скорости ΔM_*=ΔР_*;

Возвращаясь к уравнению (2.6) и учитывая, что ускорение представляет собой не что иное, как вторую производную от угла по времени

, (2.9)

получаем

, (2.10)

где Р₀ - мощность турбины;

Р_тах - максимальное значение мощности аварийного режима.

Уравнение (2.5) также называется уравнением движения ротора генератора. Его решение в форме δ = f(t) дает картину изменения угла δ во времени и позволяет судить об устойчивости генератора.

Глава 3. ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ

Если статическая устойчивость характеризует установившийся режим системы, то при анализе динамической устойчивости выявляется способность системы сохранять синхронный режим работы при больших его возмущениях. Большие возмущения возникают при различных коротких замыканиях, отключении линии электропередачи, генераторов, трансформаторов и т.д. К большим возмущениям относятся также изменения мощности крупной нагрузки, потеря возбуждения какого-либо генератора, включение крупных двигателей. Одним из следствий возникшего возмущения является отклонение скоростей вращения роторов генераторов от синхронной (качания роторов генераторов системы).

Если после какого-либо возмущения взаимные углы роторов примут определенные значения (их колебания затухнут около каких-либо новых значений), то считается, что динамическая устойчивость сохраняется. Если хотя бы у одного генератора ротор начинает проворачиваться относительно поля статора, то это признак нарушения динамической устойчивости. В общем случае о динамической устойчивости системы можно судить по зависимостям δ = f(t), полученным в результате совместного решения уравнений движения роторов генераторов. Но существует более простой и наглядный метод оценки динамической устойчивости, основанный на энергетическом подходе к анализу динамической устойчивости, который называется графическим методом или методом площадей.

Дата добавления: 2014-01-04