Документация Engee
Notebook

Явнополюсный генератор с регуляторами

Описание модели

     В этом примере рассматривается работа блока гидрогенератор-трансформатор через двухцепную воздушную линию (ВЛ) на шину бесконечной мощности (ШБМ) с регуляторами возбуждения сильного действия АРВ-М, скорости вращения и гидротурбиной. В момент времени 5 с. в модели происходит трёхфазное короткое замыкание (КЗ) в середине одной из цепей ВЛ. Модель сначала запускается с отключенным АРВ-М, затем последовательно происходит включение каналов регулирования по напряжению и его первой производной и каналов стабилизации по отклонению частоты, его первой производной и первой производной тока возбуждения.

     Показываются процесс запуска и настройки модели из среды разработки скрипта с помощью командного управления, обработка результатов моделирования, визуализация результатов моделирования и предложены сценарии для самостоятельной работы с моделью. Осуществляется логирование сигналов, показаны их временные графики. Внешний вид модели:

regulated_hydro_generator_1738854981663.png

    Основные блоки используемые в данном примере:

  1. Synchronous Machine Salient Pole - явнополюсный синхронный генератор ($P_{ном} = 500 МВт$, $\varphi_{ном} = 0,85$, $U_{ном} = 15,75 кВ$).
  2. PID-controller AVR - регулятор возбуждения АРВ-М c пропорционально-интегрально-дифференциальным законом управления напряжением генератора.
  3. Separately-Excited Exciter - электромашинный или тиристорный возбуждитель с независимым питанием.
  4. Hydraulic Turbine and Governor - гидравлическая турбина, система ПИД-регулятора и сервопривод.
  5. Voltage Source (Three-Phase) - трёхфазный источник напряжения, используется для моделирования ШБМ, установившийся режим выставлен с помощью задания действующего линейного напряжения и фазового сдвига ($E = 500\angle0° кВ$, $S_{кз} = 10 ГВт$).
  6. Fault (Three-Phase) - короткое замыкание.
  7. Из библиотеки пассивных элементов блоки трёхфазной ЛЭП Three-Phase PI Section Line ($L = 200км$, АС 500/64, 2 цепи) и двухобмоточного трехфазного трансформатора Two-Winding Transformer (Three-Phase) (ТД-630000/500).

Моделирование

    Импортируем необходимые модули для работы с графиками:

In [ ]:
using Plots;
gr();

    Загрузка модели:

In [ ]:
model_name = "regulated_hydro_generator";
model_name in [m.name for m in engee.get_all_models()] ? engee.open(model_name) : engee.load( "$(@__DIR__)/$(model_name).engee");

    Настройка модели с помощью командного управления, отключение АРВ:

In [ ]:
# отключение АРВ
engee.set_param!(model_name*"/АРВ+СВ/"*"reg", "Value" => 0);
# отключение каналов стабилизации
engee.set_param!(model_name*"/АРВ+СВ/"*"stab", "Value" => 0);

    Запуск загруженной модели:

In [ ]:
results = engee.run(model_name);

    Для импорта результатов моделирования было заранее включено логирование необходимых сигналов и заданы их имена. Преобразуем результаты моделирования из переменной results:

In [ ]:
# вектор времени симуляции
sim_time = results["V"].time;
# вектора записанных сигналов
w1 = results["w"].value;
U1 = results["V"].value;
P1 = results["P"].value;

     Запуск модели и включение АРВ только с каналом регулирования по напряжению и первой производной без каналов стабилизации:

In [ ]:
# настройка модели
engee.set_param!(model_name*"/АРВ+СВ/"*"reg", "Value" => 1);
engee.set_param!(model_name*"/АРВ+СВ/"*"stab", "Value" => 0);
# запуск модели
results = engee.run(model_name);
# вектора токов в точке измерения №1
w2 = results["w"].value;
U2 = results["V"].value;
P2 = results["P"].value;

     Запуск модели и включение АРВ со всеми каналами регулирования и стабилизации:

In [ ]:
# настройка модели
engee.set_param!(model_name*"/АРВ+СВ/"*"reg", "Value" => 1);
engee.set_param!(model_name*"/АРВ+СВ/"*"stab", "Value" => 1);
# запуск модели
results = engee.run(model_name);
# вектора токов в точке измерения №1
w3 = results["w"].value;
U3 = results["V"].value;
P3 = results["P"].value;

    График скорости вращения ротора генератора:

In [ ]:
plot(sim_time, w1, title = L"Скорость\; вращения\; ротора", ylabel = L"\omega, о.е.", xlabel=L"Время,\; c", label = L"Без\; АРВ", legendfontsize = 10)
plot!(sim_time, w2, label = L"АРВ\; без\; стабилизации", size = (700,440), left_margin=5Plots.mm, bottom_margin=5Plots.mm)
plot!(sim_time, w3, label = L"АРВ\; со\; стабилизацией", ylims = (0.99,1.015), legend=:topleft)
Out[0]:

     На графике видно, что использование АРВ-М позволило значительно ускорить демпфирование колебаний ротора генератора после возмущения.

     График напряжения на шинах генератора:

In [ ]:
plot(sim_time, U1, title = L"Напряжение\; генератора", ylabel = L"U, о.е.", xlabel=L"Время,\; c", label = L"Без\; АРВ", legendfontsize = 10)
plot!(sim_time, U2, label = L"АРВ\; без\; стабилизации", legend=:bottomleft,size = (700,440), left_margin=5Plots.mm, bottom_margin=5Plots.mm)
plot!(sim_time, U3, label = L"АРВ\; со\; стабилизацией", ylims = (0.3, 1.1))
Out[0]:

     На графике видно, что использование АРВ-М позволило восстановить напряжение на шинах генератора после возмущения до исходного значения.

     График активной мощности генератора:

In [ ]:
plot(sim_time, P1, title = L"Активная\; мощность\; генератора", ylabel = L"P, о.е.", xlabel=L"Время,\; c",label = L"Без\; АРВ")
plot!(sim_time, P2, label = L"АРВ\; без\; стабилизации", legendfontsize = 10, size = (700,440), left_margin=5Plots.mm, bottom_margin=5Plots.mm)
plot!(sim_time, P3, label = L"АРВ\; со\; стабилизацией", ylims = (0, 1.4), legend=:topleft)
Out[0]:

     На графике видно, что использование АРВ-М позволило значительно улучшить демпфирование колебаний активной мощности генератора после возмущения.

Дополнение

     Попробуйте самостоятельно изменить следующие параметры модели и исследовать, как это влияет на динамическую устойчивость:

  1. увеличить длину ВЛ на 200 км;
  2. вид КЗ в блоке Fault (Three-Phase);
  3. изменить коэффициенты АРВ.

Выводы

    В данном примере были использованы инструменты для командного управления моделью Engee и выгрузки результатов моделирования, показана работа с модулем Plots. Была рассмотрена работа явнополюсного генератора через трансформатор и двухцепную ВЛ на ШБМ с учётом АРВ-М, гидротурбиной и регулятором скорости вращения. Показано влияние АРВ-М на работу энергосистемы.

Блоки, использованные в примере