МОДЕЛЬ ЭНЕРГОБЛОКА С АСИНХРОННОЙ СВЯЗЬЮ: Актуальность

Тема «Универсальная математическая модель энергоблока с вентильной асинхронной связью» появилась в моей работе не сразу. Изначально рассматривался один конкретный тип энергоустановок с высокоскоростным генератором, который запустили в серийное производство без четкого понимания того, как включать его в энергосистему и будет ли он вести себя адекватно в её составе. Однако, у меня родилась идея рассмотреть энергоблок со всевозможными типами преобразователей частоты и разработать единую для всех вариантов матмодель. И решение было найдено.

 

Актуальность работы

 

Последние достижения в области электромашиностроения и силовой электроники позволили создать газотурбинные энергоблоки (ГТЭБ) с синхронными генераторами повышенной частоты (СГПЧ) и полупроводниковыми преобразователями частоты (ППЧ), выполняющими роль асинхронной связи (АС) с энергосистемой. Они обладают рядом ценных особенностей за счет того, что позволяют:

— исключить механический редуктор между валами турбины и генератора;

— минимизировать массогабаритные параметры турбоагрегата;

— проводить оптимизацию режима турбины варьированием её скорости.

Кроме того, вентильная асинхронная связь (ВАС) дает уникальные возможности регулирования режимов блока и обеспечения требуемого качества электроэнергии.

 

Поэтому с 2000-х годов в нашей стране планируется широкое применение таких ГТЭБ, причем предусматривается возможность их работы как параллельно с энергосистемой, так и автономно на местную нагрузку. Первые электростанции такого рода, созданные корпорацией «Энергомаш (ЮК) лимитед», содержали по два блока с генераторами мощностью 10 МВт, частотой 102 Гц и вставками постоянного напряжения. Таким образом, в электроэнергетике появляется новый электротехнический комплекс: ГТЭБ с СГПЧ и ВАС – централизованная энергосистема – местная нагрузка.

 

Специфические свойства энергоблока с ВАС, отличающие его от типовых турбоблоков стандартной частоты,  следует учитывать при решении как традиционных, так и дополнительных задач, связанных с проектированием, вводом и эксплуатацией комплекса. Сюда относятся задачи:

— по выбору силовой схемы и оборудования блока;

— по формулировке алгоритмов и законов управления элементами комплекса;

— по разработке автоматики блока и комплекса в целом.

Эти свойства проявляются во взаимосвязях между параметрами режимов комплекса. Определить их можно на базе соответствующей математической модели.

 

Цифровые модели систем с полупроводниковыми преобразователями при исследованиях их квазиустановившихся режимов менее эффективны, удобны и наглядны, чем модели в аналитической форме. Установившиеся же режимы электрических сетей и систем, как известно, описываются в аналитической форме, т.е. по формулам. Поэтому при анализе стационарных режимов комплекса предпочтение следует отдавать именно аналитической модели – взаимосвязям параметров режима комплекса с его независимыми параметрами (сопротивлениями элементов, уставками регуляторов и т.д.).

 

Достаточного обоснования того, на базе какого ППЧ должна быть выполнена ВАС энергоблока, в литературе не обнаружено. Следует полагать, что в зависимости от конкретных условий работы блока и требований к нему, а также возможной элементной базы в его составе могут применяться различные схемы ППЧ. Поэтому в установившихся режимах в модель комплекса преобразователь целесообразно ввести в общем для всех случаев виде, учитывающем функции ППЧ как связи между асинхронно работающими частями энергосистемы. При таком подходе анализ режимов комплекса в последующем не требует от исследователя дополнительного анализа внутренних электромагнитных процессов ППЧ.

 

Для выяснения текущего состояния вопроса был проведен обзор работ А.В. Поссе, Л.Р. Неймана, С.Р. Глинтерника,  В.А Веникова, В.А.Строева, В.В.Худякова, Л.А.Кощеева, В.А. Шлайфштейна, Е.А. Болдырева, Ю.Г. Шакаряна и других специалистов в области анализа режимов энергосистем, содержащих ППЧ. В результате среди существующих математических моделей не найдено тех, которые исходят из обобщенного представления преобразователей и исключают анализ их внутренних электромагнитных процессов.

 

Поэтому поставлена задача разработки универсальной аналитической математической модели комплекса для анализа его рабочих режимов. Эта модель должна удовлетворять следующим требованиям:

1) быть единой для различных типов ППЧ – учитывать их общие функциональные свойства как АС;

2) обеспечивать проведение анализа режимов комплекса без дополнительного анализа внутренних электромагнитных процессов ППЧ;

3) позволять проводить анализ с непосредственным представлением параметров схемы и режима комплекса в общепринятой при анализе установившихся режимов энергосистем комплексной или соответствующей действительной форме.

 

Цель работы: Определить взаимосвязи между регулируемыми параметрами энергоблока и параметрами режима элементов комплекса с различными типами ППЧ в рабочих режимах на основе представления преобразователя как асинхронной связи.

 

>>> МОДЕЛЬ ЭНЕРГОБЛОКА С АСИНХРОННОЙ СВЯЗЬЮ (методы и результаты)

>>> Список научных публикаций Филяева К.Ю.