Методика параметризации синхронных машин
gladkovМетодика параметризации моделей синхронных машин
Проблематика
В российской электроэнергетике традиционно используется справочник Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. "Электрическая часть станций и подстанций". Кроме всего прочего, он содержит основные параметры гидро- и турбогенераторов отечественного производства.
Современные математические модели в программных комплексах (Engee, RSDAD, PSCAD, PowerFactory, PSS/E, MATLAB/Simulink) требуют гораздо большего набора параметров, чем указано в справочнике. Хотя существуют инструменты по типу Block Parameterization Manager с различными пресет-моделями блоков, однако они обладают рядом недостатков, например, если параметра нет в справочнике, то он остается дефолтным.
Поэтому перед инженером всякий раз при сборке модели стоит задача параметризации блоков модели по недостаточным данным справочника для достижения определенной точности результатов симуляции.
Мы решили приблизиться к решению этой непростой задачи и создали методику параметризации синхронных машин, чтобы немного облегчить жизнь моделирующих инженеров.
Описание методики
Таблица параметров, которые нужны для параметризации математических моделей cинхронных машин с неявнополюсным (Т) и явнополюсным (Г) роторами, с указанием способа из нахождения:
| № | Параметр | Обозначение | Как найти? |
|---|---|---|---|
| 1 | Номинальная полная мощность | [1] | |
| 2 | Номинальное напряжение | [1] | |
| 3 | Номинальная электрическая частота | [1] | |
| 4 | Номинальная скорость вращения | [1] | |
| 5 | Ток цепи возбуждения | [1] | |
| 6 | Напряжение цепи возбуждения | [1] | |
| 7 | Активное сопротивление статора | [1] или для Г [2, с.40] | |
| 8 | Реактивное сопротивление рассеяния статора | [1] или для Г [2, с.40] | |
| 9 | Синхронное реактивное сопротивление по оси d | [1] | |
| 10 | Синхронное реактивное сопротивление по оси q | [1] или для Т [2, с.29], для Г [2, с.40] | |
| 11 | Реактивное сопротивление нулевой последовательности | [1] или для Г [2, с.40] | |
| 12 | Переходное реактивное сопротивление по оси d | [1] | |
| 13 | Переходное реактивное сопротивление по оси q | для Т [2, с.34] | |
| 14 | Сверхпереходное реактивное сопротивление по оси d | [1] | |
| 15 | Сверхпереходное реактивное сопротивление по оси q | для Т [2, с.34], для Г [2, с.40] | |
| 16 | Переходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора | [1] или для Г [2, с.40] | |
| 17 | Сверхпереходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора | [3, с.48] или для Г [2, с.39] | |
| 18 | Переходная постоянная времени по оси q при разомкнутой обмотке статора | для Т [4, с.125] | |
| 19 | Переходная постоянная времени по оси d при замкнутой накоротко обмотке статора | [1] или [3, с.48] | |
| 20 | Сверхпереходная постоянная времени по оси d при замкнутой накоротко обмотке статора | [1] или [3, с.48] | |
| 21 | Переходная постоянная времени по оси q при замкнутой накоротко обмотке статора | для Т [2, с.39] | |
| 22 | Сверхпереходная постоянная времени по оси q при замкнутой накоротко обмотке статора | для Т [2, с.39], для Г [2, с.39] |
Список литературных источников
[1] Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. – М.: Энергоатомиздат, 1989.
[2] Kimbark E.W. Power System Stability. Volume III: Synchronous Machines. – John Wiley & Sons, 1956.
[3] ГОСТ 10169-77. Генераторы электрические синхронные трехфазные с частотой вращения 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 и 375 об/мин. Общие технические условия. – М.: Издательство стандартов, 1977.
[4] Anderson P.M., Fouad A.A. Power System Control and Stability. 2nd Edition. – IEEE Press, 2003.
Скрипт для параметризация синхронных машин
Далее, рассмотрим скрипт, который парсит данные из JSON-файла с данными справочника и производит расчет описанной методике. JSON-файл состоит из базы данных синхронных машин из справочника Неклепаева. В него на данный момент добавлены всего два гидро- и два турбо-агрегата. В будущем планируется перенести в него все данные по машинам из справочника Неклепаева (либо же добрые люди в комментариях поделятся с нами оцифрованным справочником , за что будем очень благодарны).
Импорт json-файла с базой данных синхронных машин из справочника Неклепаева:
using JSON
db = JSON.parsefile("synchronous_machines.json")["SynchronousMachines"];
Выбор синхронной машины из списка доступных:
println("\nСписок синхронных машин:\n")
for (i, m) in enumerate(db)
println("[$i] $(m["machine_model"]) ($(m["machine_type"]))")
end
print("\nВведите номер выбранной машниы: ")
idx = parse(Int, readline())
m = db[idx]
println("\nВыбрана: $(m["machine_model"])")
println("Тип: $(m["machine_type"])\n")
Подключаем и выполняем функцию для расчета параметров по описанной методике для блоков синхронных машин
include("convert_parameters.jl");
calculated_parameters = convert_parameters(m)
Подключаем и выполняем функцию для вывода параметров блоков синхронных машин
include("print_parameters.jl");
printed_parameters = print_parameters(calculated_parameters);
Выводы
Разработана методика параметризации блоков cинхронных машин с неявнополюсным и явнополюсным ротором на основе ограниченных справочных данных. Методика решает проблему несоответствия между устаревшими справочниками и современными требованиями к моделированию, предлагая системный подход к расчету недостающих параметров. Методика является "живым документом" - она будет развиваться по мере накопления опыта и поступления конструктивных замечаний.
Представлен скрипт на Julia, который автоматизирует процесс параметризации блоков, интегрирует данные из различных источников и предоставляет единый интерфейс для обработки как турбо-, так и гидрогенераторов.
Приглашаем сообщество инженеров, исследователей и преподавателей к сотрудничеству: тестируйте методику, предлагайте улучшения, делитесь опытом. Ваши комментарии и предложения помогут сделать этот инструмент более точным и полезным для всех специалистов в области электроэнергетики.