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:
Основные блоки используемые в данном примере:
- Synchronous Machine Salient Pole - явнополюсный синхронный генератор ($P_{ном} = 500 МВт$, $\varphi_{ном} = 0,85$, $U_{ном} = 15,75 кВ$).
- PID-controller AVR - регулятор возбуждения АРВ-М c пропорционально-интегрально-дифференциальным законом управления напряжением генератора.
- Separately-Excited Exciter - электромашинный или тиристорный возбуждитель с независимым питанием.
- Hydraulic Turbine and Governor - гидравлическая турбина, система ПИД-регулятора и сервопривод.
- Voltage Source (Three-Phase) - трёхфазный источник напряжения, используется для моделирования ШБМ, установившийся режим выставлен с помощью задания действующего линейного напряжения и фазового сдвига ($E = 500\angle0° кВ$, $S_{кз} = 10 ГВт$).
- Fault (Three-Phase) - короткое замыкание.
- 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:
using Plots;
gr();
Загрузка модели:
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:
# 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:
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:
# 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:
# 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:
# 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:
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)
На графике видно, что использование АРВ-М позволило значительно ускорить демпфирование колебаний ротора генератора после возмущения.
График напряжения на шинах генератора:
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))
На графике видно, что использование АРВ-М позволило восстановить напряжение на шинах генератора после возмущения до исходного значения.
График активной мощности генератора:
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)
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:
- увеличить длину ВЛ на 200 км;
- вид КЗ в блоке Fault (Three-Phase);
- 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.