Расчет устойчивости и качества работы системы автоматического регулирования напряжения синхронного генератора - Курсовая работа

Автоматизация электрической части станций и подстанций выполняется в соответствии с принципами, общими для всех отраслей народного хозяйства. Однако технологический процесс выработки, передачи и распределения электрической энергии имеет ряд особенностей, накладывающих определенные отпечатки на устройства автоматики. Мощность электрических станций, потока мощности в линиях электропередачи в настоящее время составляют сотни и тысячи мегаватт, длительность их непрерывной работы - тысячи часов, при этом в электроэнергетической системе отсутствуют достаточно емкие аккумулирующие устройства. В случае нарушения элементов технологической цепи между генераторами электростанций и потребителями в месте нарушения и других элементах системы выделяются огромные количества энергии в виде тепла. Внезапное прекращение подачи электроэнергии потребителям приводит к расстройству их производственных процессов, нарушению условий труда, вплоть до порчи продукции, оборудования, человеческих жертв.ЭДС обмотки статора генератора СГ определяется силой тока в его обмотке возбуждения ОВГ. Ток возбуждения генератора зависит от напряжения возбудителя , которое определяется магнитным потоком, создаваемым токами и в обмотках возбуждения возбудителя ОВВ1 и ОВВ2. Автоматический регулятор состоит из потенциометра R, к которому подводится вторичное напряжение трансформатора напряжения генератора ТН, измерительного органа ИО и усилителя мощности УМ с выходом постоянного тока. Измерительный орган выявляет величину и знак отклонения напряжения на его входе от заданного значения и вырабатывает сигнал, пропорциональный величине этого отклонения . В результате чего на выходе ИО появляется напряжение , появляется ток , который, вызывая увеличение и , компенсирует, хотя и не полностью, снижение напряжения генератора.Для построения структурной схемы системы определим передаточные функции отдельных ее звеньев. На основании записанных дифференциальных уравнений для каждого отдельного элемента системы передаточные функции звеньев примут вид: для генератора: ; Передаточная функция разомкнутой системы будет иметь вид: . Передаточная функция по задающему воздействию, f=0: Передаточная функция по ошибке ? относительно задающего воздействия (f=0): Передаточная функция по ошибке ? относительно задающего воздействия (U0=0): Передаточная функция по возмущению получилась сложнее, чем передаточная функция по задающему воздействию. Переходные характеристики для этих функций выглядят следующим образом. а) б)Критерий Михайлова дает возможность судить устойчивости системы по годографу, описываемому концом характеристического вектора замкнутой системы, который может быть получен из уравнения , где M(?) - действительная часть характеристического уравнения, JN(?) - мнимая. Он формулируется следующим образом: замкнутая система устойчива в том случае, если характеристический вектор при изменении ? от 0 до ? проходит в положительном направлении m квадрантов комплексной плоскости, начиная свое движение от положительной вещественной полуоси, и при этом нигде не обращается в нуль. Критерий Гурвица позволяет установить, устойчива система или нет, по результатам алгебраических действий над корнями характеристического уравнения. Главный определитель составляется так, что по главной диагонали выписываются коэффициенты уравнения начиная с а1 в возрастающем порядке до а4. Для определения Ккрит примем b0=1 Ккрит и решим уравнение: 2.3 Определение характеристик САР с учетом запаса по модулю (критерий Найквиста)Показатели качества Задано Получено Неустойчивость системы в замкнутом состоянии можно объяснить следующим образом: 1) Любой сигнал, воздействующий на систему можно представить как спектр гармонических воздействий. 2) В этом спектре всегда можно выделить сигнал с частотой, на которой осуществляется поворот по фазе на 180?.Синтез регулятора методом ЛАЧХ основывается на сопоставлении логарифмической амплитудной характеристики разомкнутой нескорректированной системы и желаемой ЛАЧХ. Проведем синтез регулятора: 1 Строим ЛАЧХ исходной системы с коэффициентом усиления по условиям заданной статической точности. Требования к желаемой ЛАЧХ: низкая частотная часть ЛАЧХ характеризует ошибку системы и сопоставляется с исходной разомкнутой системой на самой низкой частоте; среднечастотная часть определяется основными показателями качества (перерегулированием, запасом устойчивости и т. д.), имеет наклон-20ДБ и протяженность 0,75 дек и больше; высокочастотная часть мало влияет на характеристики системы и сопрягается со среднечастотной частью таким образом, чтобы получить реализацию наиболее простого корректирующего устройства. Передаточная функция располагаемой системы: Передаточная функция желаемой системы: Желаемую ЛАЧХ получим с помощью корректирующего устройства, включенного в местную обратную связь, которая охватывает усилитель и возбудитель. Так как такая передаточная функция физически не реализуема, то ее с достаточной точностью можно заменить передаточной функцией реального дифференцир

Содержание

Введение. Назначение САР и требования к ней

1. Математическая модель системы

1.1 Краткое описание системы. Функциональная схема. Назначение и функции отдельных элементов

1.2 Линеарнизация и приведение САР к безразмерному виду

1.3 Структурная схема САР. Передаточные функции разомкнутой и замкнутой системы. Характеристическое уравнение исходной системы

2. Анализ системы

2.1 Проверка устойчивости исходной замкнутой системы (критерий Михайлова)

2.2 Определение предельного коэффициента усиления системы по условиям устойчивости (критерий Гурвица)

2.3.Определение характеристик САР с учетом запаса по модулю (критерий Найквиста)

2.4 Показатели качества исходной системы

3. Коррекция системы

3.1 Синтез корректирующего устройства методом ЛАЧХ

3.2 Выделение областей устойчивости (D-разбиение)

3.3 Настройка параметров САР на заданные показатели качества

Вывод

Литература

Назначение САР и требования к ней

Автоматизация электрической части станций и подстанций выполняется в соответствии с принципами, общими для всех отраслей народного хозяйства. Однако технологический процесс выработки, передачи и распределения электрической энергии имеет ряд особенностей, накладывающих определенные отпечатки на устройства автоматики. Этими особенностями являются: огромные количества вырабатываемой и передаваемой энергии в течение длительного времени;

непрерывность процесса выработки, передачи, распределения и потребления электрической энергии;

большие скорости протекания процессов при различного рода нарушениях состояния системы выработки, передачи и распределения электроэнергии.

Мощность электрических станций, потока мощности в линиях электропередачи в настоящее время составляют сотни и тысячи мегаватт, длительность их непрерывной работы - тысячи часов, при этом в электроэнергетической системе отсутствуют достаточно емкие аккумулирующие устройства. То количество энергии, которое вырабатывается в данный момент времени, должно практически в этот же момент времени и потребляться. В случае нарушения элементов технологической цепи между генераторами электростанций и потребителями в месте нарушения и других элементах системы выделяются огромные количества энергии в виде тепла. Они могут привести к тяжелым повреждениям оборудования и полному расстройству технологического процесса в течении промежутков времени, исчисляемыми десятыми, а иногда и сотыми долями секунды. Внезапное прекращение подачи электроэнергии потребителям приводит к расстройству их производственных процессов, нарушению условий труда, вплоть до порчи продукции, оборудования, человеческих жертв. Все это обуславливает разнообразие средств автоматизации, повышенные требования к их быстродействию и надежности.

Устройства автоматизации должны обеспечивать должные качественные показатели электрической энергии (напряжение, частота) и экономичность работы энергосистемы (активные и реактивные мощности). Данные устройства осуществляют автоматическое регулирование этих величин, воздействуя на системы возбуждения генераторов и на устройства управления количеством энергоносителей (пар, вода) первичных двигателей.

Рассматриваемая система автоматического регулирования напряжения служит для поддержания напряжения на выводах генератора на заданном уровне. Система должна отвечать требованиям устойчивости, а также точности регулирования. Принципиальная схема представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Принципиальная схема системы автоматического регулирования напряжения синхронного генератора