СЕВАСТОПОЛЬСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Алаєв Віктор Васильович

УДК 621.313.67

РОЗПОДІЛ РЕАКТИВНОЇ ПОТУЖНОСТІ В СУДНОВІЙ ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИЧНІЙ СИСТЕМІ ПРИ ІМПУЛЬСНОМУ РЕГУЛЮВАННІ ЗБУДЖЕННЯ СИНХРОННИХ ГЕНЕРАТОРІВ

Спеціальність 05.09.03 – Електротехнічні комплекси та системи

АВТОРЕФЕРАТ

Дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Севастополь – 2003

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі корабельної енергетики та електроенергетичних систем Севастопольського військово-морського ордена Червоної Зірки інституту ім. П.С. Нахімова, м. Севастополь.

Науковий керівник

Офіційні опоненти:

Провідна установа–––– |

доктор технічних наук, професор Олєйніков Олександр Михайлович, завідувач кафедри суднових та промислових електромеханічних систем Севастопольського національного технічного університету.

доктор технічних наук, професор Кузьмін Віктор Володимирович, головний інженер – головний конструктор НПО “Електротяжмаш”, м. Харків.

кандидат технічних наук, доцент Оніщенко Олег Анатолійович, доцент кафедри електротехніки і електронних пристроїв Одеської державної академії холоду, м. Одеса.

Донецький національний технічний університет Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться “ 17.02. 2004 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К50.052.03 при Севастопольському національному технічному університеті (99053, м. Севастополь, Сев.НТУ).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Севастопольського національного технічного університету (99053, м. Севастополь, Сев.НТУ).

Автореферат розіслано 2 грудня 2003 р.

Вчений секретар Спеціалізованої вченої ради К.В. Перепадя

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Паралельна робота суднових синхронних генераторів (СГ) є основним експлуатаційним режимом роботи у складі електроенергетичної системи (ЕЕС). Це пояснюється тим, що при паралельній роботі забезпечується висока якість електроенергії, висока надійність забезпечення споживачів усіх категорій, оперативність керування джерелами електроенергії, особливо в аварійних ситуаціях. Але разом з тим, сучасним СГ із використовуваними автоматичними регуляторами напруги (АРН) притаманні недоліки, головні з яких наступні: 1) для розподілу реактивної потужності між СГ вимагаються зрівняльні зв'язки одного з двох типів: - силові (між ОВ) чи - управлінські; 2) необхідні додаткові блоки і пристрої, що збільшують вартісні показники і знижують надійність ЕЕС у цілому.

Використовувані сьогодні АРН і одержувані на їхній основі зовнішні характеристики суднових СГ не дозволяють реалізувати паралельну роботу СГ без зрівняльних з'єднань і додаткових пристроїв розподілу реактивної потужності з наступних причин: 1. Існуючі АРН (90 % АФК) мають у законі регулювання збудження СГ канал зі струму. Наявність цього каналу викликає “перекачування” реактивної і активної потужностей між генераторами, аж до граничного випадку тобто переходу одного з СГ у руховий режим; 2. Існуючі АРН реалізують зовнішню характеристику СГ у вигляді смуги, шириною в дві зони нечутливості вимірювального елемента – 2?. Без вживання спеціальних заходів нерівномірність розподілу реактивної потужності існуючими АРН може досягти десятків відсотків, після чого йдуть економічні втрати (витрата палива і т.д.); 3. У використовуваних сьогодні АРН для СГ із номінальним значенням напруги 400 В, зона неточності регулювання складає 10-16 В. Спроба знизити статичну помилку регулювання збільшенням коефіцієнта посилення каналу по відхиленню АРН викликає появу низькочастотної амплітудної модуляції (НАМ) напруги СГ. Однак сучасні високоточні комп’ютеризовані системи виявлення, зв'язку, локації і керування така якість електроенергії в судновій мережі влаштовувати не може.

У зв'язку з вищенаведеним, тема даної роботи актуальна, а її реалізація має важливе практичне значення для вирішення проблем експлуатації СЕС.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Представлена дисертація є результатом науково-дослідних робіт, що виконувалися в Севастопольському військово-морському інституті імені П.С. Нахімова і науковому центрі Військово-морських сил України відповідно до планів наукової і науково-технічної роботи: “Вплив релейних регуляторів синхронних генераторів на форму кривої напруги” (тема “Синус” (1999-2000р. м. Севастополь, СВМІ)), “Дослідження систем автоматичного регулювання збудження корабельних синхронних генераторів і його вплив на якість електричної енергії в електроенергетичній системі корабля” (тема “Ефект” (2000-2002 р. м. Севастополь, СВМІ)), “Розробка пропозицій щодо підвищення надійності електроенергетичної системи кораблів ВМС України” (тема “Ефект НЦ”, 2003 р. Севастополь, НЦ ВМС України), “Дослідження питань методології дослідницького проектування кораблів” (тема “Корабель”, 2002 р., Севастополь, СВМІ і НЦ ВМС України) у яких автор брав участь у якості співвиконавця.

Мета і задачі наукового дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка способів регулювання напруги СГ, що забезпечують розподіл реактивної потужності паралельно працюючих СГ без зрівняльних з'єднань при необхідній якості напруги в судновій електроенергетичній системі.

Досягнення поставленої мети припускає рішення наступних основних задач:

1. Дослідження фізичних процесів розподілу реактивної потужності між СГ за допомогою більш повного математичного опису процесів в елементах електроенергетичної системи при паралельній роботі суднових синхронних генераторів;

2. Порівняльний аналіз роботи двох систем регулювання напруги СГ: імпульсної системи регулювання безщіточного СГ по відхиленню напруги й імпульсного регулювання збудження по пульсаціях випрямленої напруги СГ;

3. Розрахунок нерівномірності розподілу реактивної потужності між двома СГ при імпульсному регулюванні збудження по пульсаціях випрямленої напруги СГ із різними параметрами АРН СГ;

4. Аналіз роботи вимірювального органу імпульсного регулятора напруги і його зон нечутливості по напрузі.

5. Розробка способу імпульсного регулювання збудження СГ по пульсаціях випрямленої напруги СГ, що забезпечує розподіл реактивної потужності без зрівняльних з'єднань за умови підтримки необхідної якості по напрузі;

Об'єктом дослідження є суднові синхронні генератори порівнянної потужності з імпульсним регулюванням напруги, що є основними джерелами електроенергії в судновій електроенергетичній системі.

Предметом дослідження є процес розподілу реактивної потужності СГ при імпульсному регулюванні збудження СГ по пульсаціях випрямленої напруги СГ.

Методи дослідження. Для розв’язання поставлених у дисертації задач використовувалися сучасні методи дослідження: математичне моделювання процесів, що протікають у СЕС на базі рівнянь Горєва - Парку; теорії автоматичного регулювання і керування; математичні методи подоби; фізичний експеримент у лабораторних умовах.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Розроблено новий спосіб імпульсного регулювання збудження СГ по пульсаціях випрямленої напруги СГ, реалізований шляхом виміру тимчасових інтервалів кожного такту пульсацій випрямленої напруги СГ, захищений патентом на винахід України № 38469 А.

2. Уперше теоретично обґрунтовано, що при імпульсному регулюванні збудження по пульсаціях випрямленої напруги СГ зона нечутливості вимірювального елемента АРН по напрузі виявляється у вигляді зрушення імпульсів, що подаються на обмотку збудження, при цьому показано, що при такому регулюванні СГ має зовнішню характеристику у вигляді прямої лінії, у відмінності від зовнішніх характеристик існуючих синхронних генераторів.

3. Розроблено спосіб імпульсного регулювання напруги СГ по пульсаціях випрямленої напруги, що забезпечує розподіл реактивної потужності між судновими СГ без зрівняльних з'єднань, за рахунок корегування по cos? максимальних значень напруги імпульсів, що подаються в обмотку збудження СГ.

Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що отримані в роботі висновки, залежності і характеристики дозволяють створити регулятор нового типу з імпульсним регулюванням напруги СГ із керованим статизмом порядку –(0,5-1)% Uн і забезпечити розподіл реактивної потужності між СГ без зрівняльних з'єднань. Напруга СГ при цьому буде змінюватися від 400 В (холостий хід) до 396 В (номінальне навантаження) без НАМ, що підтверджено державним патентом. Максимальна нерівномірність розподілу реактивного навантаження при проведенні експериментальних досліджень склала 1,52 % від номінальної реактивної потужності одного генератора, що цілком відповідає вимогам керівних документів.

Результати дисертаційної роботи використовуються в навчальних планах підготовки молодших фахівців, бакалаврів, фахівців зі спеціальності “Експлуатація суднових енергетичних установок” кафедри “Корабельної енергетики й електроенергетичних систем” у Севастопольському військово-морському інституті ім. П.С. Нахімова, а також на кафедрі “Суднові і промислові електромеханічні системи” у Севастопольському національному технічному університеті. Результати роботи також прийняті для використання в дослідницьких та конструкторських розробках Південного електромашинобудівного заводу (м. Нова Каховка) при розробці регуляторів напруги суднових СГ у безщіточному виконанні.

Особистий внесок здобувача.

У роботах, що опубліковані в співавторстві, автором особисто розроблено:

-

-

-

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертації доповідалися на міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми підвищення ефективності електромеханічних перетворювачів в електроенергетичних системах” (Севастополь, СНТУ, 2003); на міжнародному науково-технічному семінарі “Проблеми підвищення ефективності автономних електромеханічних перетворювачів енергії в електроенергетичних системах” (Севастополь, СНТУ, 2002); на 3-й науково-технічної конференції Військово-морських сил України “Стан і розвиток ВМС України на сучасному етапі” (Севастополь, СВМІ, 2003 р.); на семінарах кафедри “Корабельної енергетики й електроенергетичних систем” СВМІ і кафедри “Суднові і промислові електромеханічні системи” у Севастопольському національному технічному університеті.

Публікації. По темі дисертації опубліковано 8 друкованих наукових праць: 4 статті (2 у співавторстві), 2 патенти на винахід (у співавторстві), 2 роботи в матеріалах і тезах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків, списку використаних джерел і додатків. Загальний обсяг роботи складає 168 сторінок, у тому числі 127 сторінок основного тексту, 53 малюнка, список використаної літератури з 88 найменувань і двох додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі дослідження, основні наукові результати і їхня новизна, наведені відомості про апробацію і публікації роботи.

У першому розділі на підставі аналізу особливостей фізичних процесів, що відбуваються у суднових СГ, для складання системи рівнянь експлуатаційних режимів роботи суднової електроенергетичної системи (СЕС), були використані в якості вихідних рівняння виду Парка-Горєва. Рівняння обох СГ записані щодо незалежних для кожної машини ортогональних осей (d,q), рівняння статичного споживача (СС) записані щодо координатних осей першого генератора, прийнятого за опорний. За допомогою рівнянь узгодження координат і рівнянь зв'язку величини напруг і струмів другого генератора приводяться до системи координат опорного генератора. У якості вихідних були обрані наступні рівняння елементів СЕС:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

Рівняння статичного навантаження.

; (2)

.

У рівняннях 1 і 2 позначено:

р – оператор диференціювання; d, q, еd, еq, f – потокозчеплення обмотки статора і демпферних контурів по осях d і q, і обмотки збудження;

- частота обертання ротора СГ; МТ – момент приводного двигуна СГ; МЕ – електромагнітний момент СГ; Тf, Tеd, Tеq, Tar – постійні часу обмотки збудження, подовжнього і поперечного демпферних контурів і агрегату; iеd, iеq – струми подовжніх і поперечного демпферних контурів; xd, xq, d, q, ’d - загальноприйняті позначення параметрів СГ; ? – синхронна кутова частота; idсп, iqсп – струми СП по осях d і q; Rн, хн – активний і індуктивний опір СП;

Виконавши відповідні перетворення і додавши рівняння, що описують умови режимів роботи СГ були отримані системи рівнянь режиму паралельної роботи одного СГ із потужною мережею і режиму паралельної роботи двох СГ на суднове навантаження.

Далі був виконаний аналіз роботи різних систем регулювання збудження СГ, при цьому використовувалися математичні описи наступних систем регулювання: амплітудно-фазового компаундування з корекцією напруги, релейного регулювання по відхиленню напруги, імпульсного регулювання по пульсаціях випрямленої напруги синхронних генераторів. Перші дві системи регулювання напруги СГ широко відомі, тому особлива увага була приділена способові імпульсного регулювання збудження по пульсаціях випрямленої напруги СГ, на який був отриманий патент.

Запропоновано математичний опис системи регулювання напруги СГ по пульсаціях випрямленої напруги (рівняння 3,4) у якому вироблення сигналів керування і подача імпульсів напруги живлення на обмотку збудження здійснюється шляхом порівняння випрямленої напруги СГ із заданою опорною напругою в зоні пульсацій – Uоп.

Пульсації випрямленої напруги СГ визначаються величиною модуля вектора напруги і кутом повороту ротора ? = щt. ?ількість тактів випрямлення за період СГ визначається схемою випрямляча. У загальному випадку можна записати: , (3)

де: Uп – напруга пульсацій; U – модуль вектора напруги СГ;

m – кількість тактів випрямлення; t1 – час в інтервалі .

Знаючи напругу пульсацій і порівнюючи її з опорною напругою Uоп, можливо одержати значення напруги на обмотці збудження (ОЗ) СГ безперервно у часі:

У другому розділі розглянуті особливості фізичних процесів, що мають місце при регулюванні напруги СГ по пульсаціях випрямленої напруги, що впливають на умови паралельної роботи синхронних генераторів. Детально досліджені статична помилка регулювання напруги СГ і робота вимірювального органа регулятора і його зони нечутливості по напрузі.

Принцип роботи АРН згідно запропонованому способу ґрунтується на використанні форми нижніх піків пульсацій випрямленої трифазної напруги СГ (рис.1), що розширюються догори. Якщо порівняти миттєві пульсації випрямленої трифазної напруги СГ із розміщеною у зоні пульсацій опорною напругою Uоп і по тимчасових інтервалах, як показано на рис.1 подавати напругу живлення Ufm на ОЗ, то можна одержати ефект регулювання напруги СГ.

Рис.1. Тимчасова діаграма роботи АРН по пульсаціях випрямленої напруги СГ

Цьому сприяє трикутна форма нижнього піка випрямленої напруги, спрямована вершиною трикутника вниз. Отже, ширина нижнього піка кожного такту пульсацій, по лінії перетинання з прямою опорної напруги буде визначати ширину імпульсу подачі напруги в обмотку збудження СГ. При зниженні напруги СГ із будь-якої причини, наприклад через включення навантаження, завдяки формі нижніх піків пульсацій випрямленої напруги ширина імпульсів, що подаються на обмотку збудження СГ, збільшиться і, отже, збільшиться середнє значення напруги на ОЗ:

(5)

У відносних одиницях значення струму збудження, відповідно, Ifн = Ufcpн. Порівнюючи струми збудження режиму холостого ходу і під навантаженням можна записати: Ifн Ifxx , або ин ихх . Напруга СГ стабілізується на рівні, що відповідає значенням струму навантаження і струму збудження. Отже, напруга СГ однозначно залежить від струму навантаження, а зовнішня характеристика СГ при цьому стає лінією з нахилом, обумовленим величиною статизму регулювання напруги. Виявлена властивість використана при розподілі реактивної потужності між СГ.

При імпульсному регулюванні напруги СГ по пульсаціях випрямленої напруги сигнали керування, що формують ширину імпульсу напруги живлення ф, який подається на ОЗ СГ, визначаються в часі перетинанням заданої опорної напруги і випрямленої напруги пульсацій СГ. У роботі показано, що з одного боку збільшення ширини імпульсу ф при зменшенні напруги СГ на одиницю виміру визначає статизм д регулювання напруги, з іншого боку, статизм регулювання напруги залежить і від величини коефіцієнта форсування Кф. Фізично це пояснюється тим, що при збільшенні коефіцієнта форсування, зменшується значення ширини імпульсу холостого ходу СГ, ?ихх, що визначається співвідношенням при m=6, Ти= 3,33 мс:

(6)

де Ти – період подачі імпульсів;

Детально розглянуті процеси формування імпульсів напруги на ОЗ. З аналізу роботи вимірювального елемента регулятора, зібраного за мостовою схемою на стабілітронах, який подає керуючий сигнал на виконавчий орган АРН було встановлено, що процес формування керуючого імпульсу і його припинення визначається винятково процесами насичення і розсмоктування основних носіїв заряду в напівпровідниковій структурі p-n переходу (рис. 2).

Рис.2. Зона нечутливості регулятора по напрузі

Отже, подача напруги в обмотку збудження і її припинення, буде відбуватися не на межі рівності опорної напруги і напруги пульсацій, а з деякою похибкою U (рис. 3). Похибка U названа зоною нечутливості регулятора по напрузі, що обумовлена фізичними процесами в напівпровідниковому транзисторному ключі.

Рис.3. Ефект зміщення імпульсів за часом у роботі регулятора

Адже очевидно, що ширина зони U визначається часом затримки подачі імпульсу напруги в обмотку збудження СГ і його припиненням, причому це буде відбуватися при будь-якому режимі роботи синхронного генератора. Отже, зона нечутливості регулятора по напрузі виявляється у вигляді ефекту зміщення імпульсів, що подаються на ОЗ за часом. Цей ефект обумовлений характеристиками й особливостями роботи напівпровідникових елементів, використовуваних у регуляторі і не впливає негативно на умови паралельної роботи СГ. У використовуваних сьогодні напівпровідникових елементів tнас tрас ? 40 нс, ширина імпульсів може бути близько 0,5мс при Ти= 3,33 мс.

У третьому розділі запропонована наступна методика побудови зовнішніх характеристик СГ при імпульсному регулюванні збудження по пульсаціях випрямленої напруги:

1. Відносне збільшення ширини імпульсів напруги, що подаються на ОЗ відповідно до збільшення струму збудження СГ приймається рівним ?ф отн = 1,3 о.е.

2. Функція чутливості перетворена до вигляду зручного для розрахунку статизму регулювання:

(7)

3. По формулі (7) розраховується статизм регулювання напруги

4. По двох точках: для холостого ходу і номінального навантаження будується зовнішня характеристика СГ у вигляді прямої лінії (рис. 4).

Рис.4 Зовнішня характеристика СГ при регулюванні по пульсаціях.

З метою визначення нерівномірності розподілу реактивної потужності між паралельно працюючими СГ з імпульсним регулюванням збудження по пульсаціях випрямленої напруги, у роботі виконані розрахунки для двох режимів роботи СГ:

1. накид номінального навантаження на два паралельно працюючих СГ;

2. підключення другого СГ до першого СГ, що працює на номінальне навантаження.

Аналіз результатів розрахунку режимів роботи СГ показав, що на відміну від роботи існуючих СГ при абсолютній рівності параметрів АРН забезпечується розподіл реактивного навантаження між СГ без зрівняльних з'єднань незалежно від експлуатаційних режимів роботи корабельних СГ. Відбувається це тому, що вимірюється не напруга, а тимчасові інтервали зони пульсацій випрямленої напруги системи й ефект запізнювання вимірювального елемента за часом не впливає на фізичні умови паралельної роботи СГ. Крім цього регулювання струму збудження кожного СГ здійснюється миттєво по єдиному для електроенергетичної системи параметру – пульсаціях випрямленої напруги СГ.

У випадку ж нерівності параметрів АРН, як це може бути під час реальної експлуатації СЕС, також забезпечується розподіл реактивної потужності між паралельно працюючими СГ без зрівняльних з'єднань. Розподіл реактивної потужності між СГ у цьому випадку не залежить від режимів їхньої роботи, а визначається тільки параметрами регуляторів. При розрахунку режимів паралельної роботи СГ була отримана найбільша непропорційність розподілу реактивної потужності між СГ через нерівність параметрів регуляторів, яка дорівнює 6,6% Q н .

Тому при нерівності параметрів регуляторів, що можливо в процесі експлуатації СГ, для пропорційного розподілу реактивного навантаження між СГ без зрівняльних з'єднань необхідно корегувати значення Кф одного з СГ таким чином, щоб вирівняти нахил зовнішніх характеристик. Таку зміну Кф легко виконати на практиці, змінивши відповідним чином рівень збудження збудника.

Рис.5. Зовнішні характеристики синхронних генераторів і розподіл реактивної потужності між ними

Якщо прийняти, що при паралельній роботі двох СГ зовнішня характеристика першого СГ буде залишатися незмінною, з ? = const за принципом базового генератора, а зовнішня характеристика другого СГ включеного на паралельну роботу, буде корегуватися з метою пропорційного розподілу реактивної потужності між ними, то можна записати вираз для ?Кф будь-якого суднового СГ:

Д?ф = (cosц – cosцспец)Кк , (8)

де cos?спец – специфікаційне значення, обумовлене споживачами СЕС (як правило cos?спец = 0,8);

Кк – коефіцієнт корегування.

Остаточно сформульований спосіб регулювання напруги суднового СГ за умовами необхідної якості напруги і пропорційного розподілу реактивної потужності між паралельно працюючими СГ без зрівняльних з'єднань: з метою пропорційного розподілу реактивної потужності між паралельно працюючими судновими СГ без зрівняльних з'єднань необхідно для компенсації можливої нерівності параметрів, що з'являється при експлуатації, корегувати у визначених межах коефіцієнти форсування всіх паралельно працюючих СГ за власним cos ц : ?більшуючи Кф якщо cos ? більше специфікаційного значення і зменшуючи Кф якщо cos ? менше специфікаційного значення.

У четвертому розділі наведені результати експериментальних досліджень, що підтверджують теоретичні висновки, отримані в попередніх розділах. Схема експериментальної установки представлена на рис.6.

Рис.6. Схема експериментальної установки

Склад експериментальної установки:

1. три перетворювачі ПТ-5, що складаються з двигунів постійного струму і трифазних СГ без демпферних контурів;

2. СГ перетворювачів були укомплектовані регуляторами напруги лабораторного виконання, що працюють по пульсаціях випрямленої напруги;

3. як навантаження використовувалися загальмовані і працюючі асинхронні двигуни і статичне навантаження з низькими значеннями коефіцієнта потужності, приблизно 0,3 - 0,4;

4. прилади контролю і запису параметрів.

Номінальні дані СГ: Uн = 220 В; Iн = 15,4 А; fн = 50 Гц; Ifхх = 1,4 А.;

P = 5 квт; Номінальні дані двигунів: U= = 220 В; Iн = 32,5 А; n = 1500 об\ хв.; P = 6,1 квт; Збудження змішане.

Для живлення обмоток збудження СГ використовувався високочастотний (fв=1000 Гц) однофазний збудник U = 220 В.

На експериментальній установці були проведені дослідження наступних режимів: робота СГ з імпульсним регулятором напруги на холостому ходу і під навантаженням; паралельна робота двох СГ з імпульсними регуляторами напруги в сталому режимі при різному навантаженні; накид навантаження на два паралельно працюючі СГ, підключення і відключення другого СГ з однаковими і різними параметрами регуляторів; сталі режими паралельної роботи трьох СГ на холостому ходу і під навантаженням; накид навантаження на три паралельно працюючих СГ; підключення і відключення другого СГ при паралельній роботі трьох СГ.

Аналіз режимів паралельної роботи двох і трьох СГ показав, що завдяки роботі реалізованих у лабораторії імпульсних регуляторів по пульсаціях напруги системи, забезпечується синхронність подачі імпульсів і розподіл реактивного навантаження між СГ. Характер перерозподілу рівнів збудження СГ у всіх випадках аперіодичний, коливань не спостерігалося. Час перерозподілу рівнів збудження складає кілька періодів, тобто близько 0,2 с. Максимальна нерівномірність розподілу реактивного навантаження склала 0,82 % Qн для двох СГ і 1,52 % Qн для трьох СГ.

ВИСНОВКИ

У дисертації на основі аналізу фізичних процесів роботи імпульсних АРН вирішена актуальна науково-практична задача розподілу реактивної потужності між паралельно працюючими СГ без зрівняльних зв'язків. Виконані в дисертаційній роботі дослідження дали можливість зробити наступні висновки:

1. Розроблений і досліджений у дисертаційній роботі новий спосіб регулювання напруги суднового СГ на основі широтно-імпульсної стабілізації струму збудження (на який отриманий патент України №38469А), відрізняється від існуючих АРН СГ тим, що в ньому виключена операція виміру напруги, і, отже, відсутня зона нечутливості вимірювального елемента по напрузі. Зовнішня характеристика СГ при такому регулюванні являє собою пряму лінію.

2. Дослідження фізичних процесів роботи імпульсного регулятора напруги СГ показало, що запізнювання, присутнє, у роботі регулятора за часом не впливає на якість підтримки напруги в СЕС.

3. Розроблений у дисертаційній роботі спосіб розподілу реактивної потужності між СГ без зрівняльних з'єднань шляхом корегування коефіцієнта форсування по cosц СГ забезпечує розподіл реактивної потужності між паралельно працюючими СГ із точністю ± 1% від номінальної реактивної потужності одного СГ.

4. Експериментальні дослідження підтвердили теоретичні висновки зроблені в цій роботі: по-перше, максимальна нерівномірність розподілу реактивної потужності між працюючими СГ склала менше 1,5%, а по-друге, навіть у випадку появи в системі великих коливань, реалізовані регулятори напруги СГ після закінчення динамічного процесу забезпечували аперіодичний характер перерозподілу рівнів збудження СГ. У системі при цьому були відсутні хитання параметрів режиму.

5. Отримані в роботі залежності статизму регулювання, збільшення ширини імпульсу при зміні напруги СГ від коефіцієнта форсування збудження дозволили створити методику побудови зовнішніх характеристик СГ при імпульсному регулюванні збудження по пульсаціях випрямленої напруги.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Алаєв В.В. Розподіл навантаження між паралельно працюючими корабельними СГ при регулюванні збудження супутнім ефектом. /В.В.Алаєв, Р.М. Зонтов //Зб. наук. пр. СВМІ. Вип.1.- Севастополь, 2000. – С. 183 – 187.

2. Алаєв В.В. Динамічні характеристики регулювання напруги при широтно-імпульсної стабілізації струму збудження синхронного генератора./В.В.Алаєв //Зб. наук. пр. СВМІ. Вип.2. - Севастополь: 2000. – С. 549 – 552.

3. Алаев В.В. Системы регулирования напряжения судовых СГ и их математическое описание./ В.В. Алаев // Зб. наук. пр. СВМІ ім. П.С.Нахімова. Вып.3. - Севастополь: 2003. – С.102 – 106.

4. Алаев В.В. Физические процессы распределения реактивной мощности при параллельной работе судовых СГ с регулированием напряжения сопутствующим эффектом./ В.В. Алаев, А.М. Олейников // Вестник СевГТУ. Сер. Механика, энергетика, экология.: Сб. науч. тр.- 2003.- Вып. 48. – С. 128 -133.

5. Пат. 38469 А Україна, МКИ 7 H03L5/00. Спосіб регулювання напруги синхронного генератора: Пат. 38469 А Україна, МКИ 7 H03L5/00/ Зонтов Р.Н., Алаєв В.В., Шоцький О.М. Заявл. 10.07.2000; Опубл. 15.05.01; Бюл. № 4. - 3 с.

6. Алаев В.В. Работа измерительного органа регулятора и его зоны нечувствительности по напряжению и времени.//Материалы междунар. конф. “Проблемы повышения эффективности электромеханических преобразователей в электроэнергетических системах”.- Севастополь: СНТУ, -2003.- С. 15–16.

7. Алаєв В.В. Математичні моделі систем регулювання збудження синхронних генераторів. // Тези доповідей на 3 наук.-техн. конф.“ Стан і розвиток ВМС ЗС України на сучасному етапі.” - Севастополь: СВМІ ім..П.С. Нахімова, – 2003. – С. 191 – 194.

АНОТАЦІЯ

Алаєв В.В. Розподіл реактивної потужності в судновій електроенергетичній системі при імпульсному регулюванні збудження синхронних генераторів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.09.03 – електротехнічні комплекси і системи. Севастопольський національний технічний університет, м. Севастополь, 2003.

Дисертація присвячена розробці способів автоматичного регулювання напруги синхронних генераторів, що забезпечують розподіл реактивної потужності між паралельно працюючими СГ без зрівняльних з'єднань при забезпеченні необхідної якості напруги в судновій електроенергетичній системі.

У роботі запропонований новий спосіб імпульсного регулювання збудження суднового СГ по пульсаціях випрямленої напруги СГ, що дозволив створити регулятор нового типу зі статичною помилкою регулювання - 0,5 % від номінальної напруги. Розроблений у дисертаційній роботі спосіб розподілу реактивної потужності між СГ без зрівняльних з'єднань шляхом корегування коефіцієнта форсування по cos ц ?Г створює можливість розподілу реактивної потужності між паралельно працюючими СГ із точністю ± 1%.

Ключові слова: синхронний генератор, імпульсне регулювання напруги, реактивна потужність, коефіцієнт форсування, статична помилка регулювання.

АННОТАЦИЯ

Алаев В.В. Распределение реактивной мощности в судовой электроэнергетической системе при импульсном регулировании возбуждения синхронных генераторов. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05.09.03 – Электротехнические комплексы и системы. Севастопольский национальный технический университет, г. Севастополь, 2003.

Диссертация посвящена разработке способов автоматического регулирования напряжения синхронных генераторов обеспечивающих распределение реактивной мощности между параллельно работающими СГ без уравнительных соединений при требуемом качестве напряжения в судовой электроэнергетической системе.

В работе предложен новый способ импульсного регулирования возбуждения судового СГ по пульсациям выпрямленного напряжения СГ, который позволил создать регулятор нового типа со статической ошибкой регулирования – 0,5 % от номинального напряжения. У такого регулятора отсутствует зона нечувствительности измерительного элемента по напряжению, а имеемое запаздывание в работе регулятора по времени не влияет на качество поддержания напряжения в электроэнергетической системе. Внешняя характеристика импульсного регулятора возбуждения СГ представлена в виде прямой линии, что обеспечивает высокое качество регулирования напряжения в СЭС. Проведённый анализ зависимости статизма регулирования, приращения ширины импульса при изменении напряжения СГ и коэффициента форсировки возбуждения позволили создать методику построения внешних характеристик СГ при импульсном регулировании возбуждения по пульсациям выпрямленного напряжения.

Разработанный в диссертационной работе способ распределения реактивной мощности между СГ без уравнительных соединений путем корректировки коэффициента форсировки по cos ? СГ создаёт возможность распределения реактивной мощности между параллельно работающими СГ с точностью ± 1%.

Проведённые экспериментальные исследования образца разработанного регулятора напряжения показали, что даже в случае появления в системе больших возмущений, например при нарушении условий включения СГ на параллельную работу, реализованные регуляторы напряжения СГ после окончания динамического процесса обеспечивали апериодический характер перераспределения уровней возбуждения СГ. В системе при этом отсутствовали качания параметров режима.

Ключевые слова: синхронный генератор, импульсное регулирование напряжения, зона нечувствительности, реактивная мощность, коэффициент форсировки, статическая ошибка регулирования.

ANNOTATION

Alaev V.V. Reactiv power distrebution withen a ship electropower system while impulse regulation of synchronous generetor (SG) exitation. – The manuscript.

The theses is created for the scientific degree of Candidate of Technical Sciences on the speciality, 05.09.03 – Electric Engineering Plants and Systems. – Sevastopol Netional Technical University, Sevastopol, 2003.

The theses is devoted to development of ways for automatic power control of synchronous generators providing reactive power distribution between parallel working synchronous generators without leveling connections at required quality jf a ship electro-power system voltage.

Here we present a new way of a ship SG excitation impulse regulation in accordance with pulsations of straightened SG power. This made it possible to create a new type of regulator with a static regulation error of – 0,5% from normal voltage. The way of distribution of reactive power between SG without leveling connections by means of forcing coefficient updating on cosц SG gives an opportunity to distribute reactive power between parallel working SG with ±1% of accuracy.

Key words synchronous generetor (SG), voltage impulse regulation, reactive power, forcing coefficient, static regulation error.

Підписано до друку 27.11. 2003 р. Формат 60х901/16. Папір офсетний.

Гарнітура Таймс. Умовн. друк. аркуш. 1.0. Тираж 100 экз. Замовл. № 111.

Видавництво СевНТУ, НМЦ, 23-52-10.

99053, м. Севастополь, Стрілецька балка, Студмістечко,