Opracować model ATP-EMTP do badania dwustronnie zasilanego generatora indukcyjnego (DZGI).

Transkrypt

1 PRZYKŁAD C6 Opracować odel ATP-EMTP do badana dwutronne zalanego generatora ndukcyjnego (DZG). Wzytke kładowe zbory znajdują ę w kartotece: przykład_c6. Znajdują ę ta odele dwóch yteów: z generatore terowany przez napęce wrnka (zbory z nazwą DFG_V) oraz z generatore terowany za poocą prądu wrnka (zbory z nazwą DFG_). Op odelu zawarty w DODATKU C odno ę do tego perwzego generatora. Krótk op odelu z generatore terowany prąde wrnka jet podany w dalzej częśc nnejzego wprowadzena. 1. Model z generatore terowany za poocą napęca wrnka Scheat odelu ATPDraw ec z generatore terowany za poocą napęca wrnka jet pokazany na ry. 1. Dla uprozczena, w ejce układu przekztałtnkowego, źródło napęcowe w obwodze wrnka zotało przedtawone za poocą terowanych fazowych źródeł napęcowych. W obwodze wrnka znajduje ę także nezależne źródło prądowe, które jet wykorzytywane do wyuzena określonych warunków początkowych w odelu generatora (okre załączena tego źródła prądowego obejuje cza przed rozpoczęce yulacj: ( 1,0) ( 0,5). W obwodze odtwarzający część echanczną generatora znajdują ę dwa źródła prądowe: jedno o tałej wartośc, które w dany przypadku a bardzo ałą wartość, co odpowada brakow napędu od watraka w tane początkowy; druge z nch jet terowane z bloku DFG_V łuży do yulacj oentu napędowego watraka. Model układu terowana źródła napęcowy w obwodze wrnka generatora zotał zrealzowany w potac odułu MODELS (blok DFG_V). Realzowana jet w n procedura, której truktura jet pokazana na ry.. Jet ta także generowany ygnał terujący źródłe prądowy (węzeł NERS), za poocą którego zadawany jet oent napędowy turbny watrowej. Na wejśce tego bloku doprowadzane ą poary prądów napęć z zacków generatora (paraetry tojana). Na wyjśce podawane ą trójfazowe ygnały terowana źródła napęcowy.

2 Przykład C6 Model generatora DFG ze terowane napecowy Konwencja jak w generatorze ynchronczny: przecwny kerunek pradu tojana wrnka, U=ud-juq, U=ual-jube, U=uxjuy Dwa róż ne regulatory w obwodach regulacj: - ocy: (Kp1, K1) oblczane wg uprozczonego regulatora P (zaknęty obwóg rz ę du) - prą du: (Kp, K) oblczane wg uprozczonego zaknętego obwodu rzę du - terowane na podtawe odelu DFG zrodla napecowe terowane MODEL DFG_V poar predkoc obrotowej DFG:.0MVA, =-10% zana oentu watraka GEN_R RNGS GEN_S TR_LV TR_HV SOURC V M V V tylko do zadawana warunkow poczatkowych ω --> --> X M NERS NER Rv TL_n Ry. 1. Scheat analzowanego odelu ATPDraw Podtawową procedurą realzowaną w układze terujący jet blok rozwązywana układu równań różnczkowych (6.100)-(6.101). Tekt tego bloku jet natępujący. COMBNE TERATE {5} AS frt_group del_:=ga_ - ga_ Vx:=V*co(del_) Vy:=V*n(del_) -- oluton of dfferental equaton a1:=rx*t1vx*l1 laplace (/a1) := T / (1 0T 1) a:=(ry*t1vy*l1)*recp() laplace (ga_ /a) := 1 / (0 01 1) a3:=vrx*lrp1o_l*ryt*-vx*l1 laplace (rx/a3) := 1 / (Trp 01 1) a4:=vry*lrp1-o_l*rx-1o* laplace (ry/a4) := 1 / (Trp1 01 1) ENDCOMBNE

3 Przykład C6 3 Poneważ równana te ą wzajene powązane, węc do ch nuerycznego rozwązywana w każdy kroku yulacj zatoowano teracyjny blok prograowy COMBNE, który jet kontrukcją języka prograowana MODELS. Pełny tekt procedury znajduje ę w plku DFG_V.MOD. W każdy kroku wynk tej procedury jet utalany na drodze teracyjnego rozwązywana zadanego układu równań. Całkowane równań różnczkowych odbywa ę z wykorzytane funkcj Laplace. Przyjęto, że akyalna lczba teracj wyno 5. Wyjśce z tego bloku oże natąpć po nejzej lczbe teracj, jeśl uzykana zotane założona zbeżność proceu oblczenowego. Analzowany generator o ocy MW napęcu 690 V wpółpracuje z ecą rozdzelczą za pośrednctwe tranforatora. Wzytke dane azyny ą dotępne w okne edycj danych bloku DFG_V. W tane początkowy wrnk obraca ę z prędkoścą nadynchronczną z poślzge = 10%, przy braku oentu napędowego od trony turbny watrowej. W ty tane generator oddaje do ec oc: P n =45 kw oraz Q n = 100 kva (oc pojenoścowa). 3 A B C eć A B C (L1 L L3) P, Q u u 3 u A u B uc DZG Blok 1 l Blok r r r 3 ra rb rc u ra u rb u rc r P Q ref Q P 1 P ref P 1 ry rx u dry u drx rxref e rx ûrx u rx P ryref e ry ûry u ry P e j r ( γ ) θ r u r u r Ry.. Struktura układu terowana DZG Paraetry odelu układu echancznego azyny zotały oblczone za poocą prograu WndSyn patrz Przykład C5 przy danych wejścowych z Tablcy C.1.

4 4 Przykład C6 Warunk początkowe W odelu DZG wytępuje wele zennych, które ą zwązane za poocą równań różnczkowych. Oblczane tych zennych w wynku całkowana równań różnczkowych wyaga znajoośc ch wartośc początkowych. Roządne jet założyć, że tan początkowy odelu odpowada tanow utaloneu rozpatrywanej ec wraz z generatore przy znaonowej pulacj: ω = ω1, znany poślzgu (a węc także pulacjach: poślzgu ( ω l ) pola wrnka ( ω e ), a także napęcu tojana U. Dzęk takeu założenu, wartośc początkowe nektórych zennych ą bezpośredno znane (jak wyenone powyżej pulacje). W tane utalony azyna znajduje ę w tane zrównoważena ocy (jeśl ponąć oc trat), węc zależnośc (C.5) prowadzą do natępujących zwązków: P Q ref ref = P n = Q n = P k = Q k gdze: k Pr =1 jeśl obwód wrnka jet zalany przez dwukerunkowy przekztałtnk (co pozwala przekazywać oc wrnka do ec) oraz k Pr =0 w przecwny przypadku. Wykorzytując zależnośc zwązane z odele wektorowy azyny (p. 6..5), oce czynne berne w (6.107)-(6.108) ożna wyrazć za poocą zennych odelu, dla których pozukwane ą wartośc początkowe: Pr = 3 Qr = X 3 X u P = R 3 Q = X x Pr P Pr X r Q r y ( R ( ) ( R X ) 3 r ( ) x r x y gdze: X = ω1l, = L / L. W powyżzych zależnoścach wytępują trzy newadoe:, x oraz y. Wtawając je do (1) uzykuje ę dwa równana. Dodatkowe równane ożna utworzyć wyznaczając kwadrat napęca tojana. W ten poób otrzyuje ę: 3 X U P = = n P kprpr kprrr kprrr (4) R R (1) () (3)

5 Przykład C6 5 Q n ( k ) k ) 3 = Q kprqr = X 1 Pr x Pr (5) U = u u = R X R X (6) x y y gdze: = x y, ux = Rx, uy = X Ry W wynku rozwązana tego układu równań, otrzyuje ę trzy wponane newadoe. Składowe prądu wrnka ożna węc oblczyć z natępujących zależnośc: rx ry = = x y Podobne, jak kładowe napęca wrnka, równeż kładowe prądu w układze d-q pokrywają ę z odpowedn kładowy w oach α-β. Można je zate oblczyć zgodne z (C.4). Dzęk teu, ożna ozacować apltudę początkową fazę prądu dotarczanego przed uruchoene yulacj do obwodu wrnka: ra = rα. Welkośc te ą oblczane w bloku NT odułu MODELS wyprowadzane do zboru *.l za poocą funkcj wrte(), co ułatwa natawane warunków początkowych yulacj. Wynk yulacj Paraetry badanego generatora ą podane w tabel 1. Na ch podtawe, za poocą prograu WndSyn oblczone zotały paraetry elektryczne cheatu zatępczego: L =0,00354 H, R =0, Ω, L l =0, H, R r =0, Ω, L lr =0, H. Dane wejścowe do yulacj ą natępujące: przebeg zan oentu turbny watrowej T t jak na ry. 3a, natoat żądana oc elektryczna generatora zena ę zgodne wykree na ry 3c: oc czynna P e krzywa 1, oc berna Q e krzywa 3. Tabela 1. Paraetry analzowanego generatora (7) Moc znaonowa P, (kw) 000 Lczba par begunów Napęce znaonowe U, (V) 690 Poślzg początkowy -10% Wpółczynnk ocy co ϕ 0,9 Moent nercj H, (kg ) 58,0134 Sprawność 0,906 Zna. oent napędowy T, (N) 485,94 Mak. oent napędowy, j.w. 1,58 Wpółczynnk tłuena D, (N/(rad/)),53 W trakce yulacj prędkość obrotowa generatora zena ę zgodne z krzywą na ry. 3b (podana w jednotkach względnych). Wdać, że na początku prędkość obrotowa była wękza od wartośc ynchroncznej (wartość 1,0). Moent napędowy w ty czae jet równy zero przy newelk obcążenu generatora w krótk przedzale czaowy ne oberwuje ę

6 6 Przykład C6 zan prędkośc obrotowej całego zepołu (ry. 3b). W chwl t=4 natępuje duży wzrot oentu napędowego oraz obcążena przez zwękzene ocy czynnej bernej. Jednak, ze względu na przeważającą żądaną oc obcążena, oberwuje ę obnżkę prędkośc obrotowej, która natępne zwękza ę od czau t=10, kedy znejza ę oc obcążena. Zano ty towarzyzy zana napęca prądu wrnka w zakree apltudy czętotlwośc. Przebeg prądów fazowych wrnka ą pokazane na ry. 3d. Na początku, prąd ten przybera tounkowo newelką wartość, a jego czętotlwość wynka z poślzgu: = 10 %, f r =5 Hz. Po zwękzenu obcążena wdać gwałtowny wzrot apltudy tego prądu, a jego czętotlwość aleje zgodne ze znejzane ę prędkośc obrotowej wrnka. Ry. 3. Wynk yulacj: a) oent watraka, b) prędkość obrotowa wrnka, c) zana ocy czynnej bernej, d) przebeg prądów wrnka Dla czau t 9 poślzg zena kerunek, co odpowada przejścu prędkośc obrotowej generatora przez wartość prędkośc ynchroncznej (ry. 3b). W przebegach prądu wrnka wdać charakterytyczną zanę kerunku wrowana: generator przechodz z obzaru prędkośc nadynchroncznej w obzar prędkośc podynchroncznej. Odwrotne przejśce natępuje dla czau ok. 17. W cały obzarze pracy rozpatrywanej ntalacj, oc oddawana do ec (w ty przypadku - oc tojana) jet utrzyywana na zadanych pozoach: przebeg ocy zadanych: P ref, Q ref uzykanych: P, Q neal ę pokrywają (ry. 3c). Zenne zapane w zborze rezultatów yulacj DFG_V.PL4 ają natępujące znaczena:

7 Przykład C6 7 GEN_RA napęce wrnka, faza A, GEN_RB napęce wrnka, faza B, GEN_RC napęce wrnka, faza C, TR_HVA napęce górnej trony tranforatora, faza A, TR_HVB napęce górnej trony tranforatora, faza B, TR_HVC napęce górnej trony tranforatora, faza C, GEN_SA napęce na zackach generatora, faza A, GEN_SB napęce na zackach generatora, faza B, GEN_SC napęce na zackach generatora, faza C, GEN_SA-TR_LVA prąd na zackach generatora, faza A, GEN_SB-TR_LVB prąd na zackach generatora, faza B, GEN_SC-TR_LVC prąd na zackach generatora, faza C, NERS-X prąd kondenatora w odelu częśc echancznej (oent zwązany z pokonane nercj azyny), GEN_RA-RNGSA prąd wrnka, faza A, GEN_RB-RNGSB prąd wrnka, faza B, GEN_RC-RNGSC prąd wrnka, faza C, RYREF prąd wyjścowy regulatora ocy czynnej P ( ryref, ry. ), RXREF prąd wyjścowy regulatora ocy bernej P ( rxref, ry. ), OMEG_R elektryczna prędkość kątowa wrnka (z uwzględnene lczby begunów), rad, T_WND oent napędowy watraka (prąd terowanego źródła prądowego w odelu układu echancznego), OM_SL prędkość kątowa poślzgu ω l, rad, P_NREF uaryczna żądana oc czynna azyny, Q_NREF uaryczna żądana oc berna azyny, TH_R elektryczny kąt położena wrnka, rad, RX prąd wrnka, kładowa x, RY prąd wrnka, kładowa y, VRX napęce wrnka, kładowa x, VRY napęce wrnka, kładowa y, VPRX napęce w obwodze terowana wrnka u rx, kładowa x, VPRY napęce w obwodze terowana wrnka u ry, kładowa y, VDRX napęce w obwodze terowana wrnka u drx, kładowa x, VDRY napęce w obwodze terowana wrnka u dry, kładowa y, GAM_SM kąt położena płazczyzny wpółrzędnych x-y, γ, rad, SM prąd agneujący, VS apltuda napęca generatora, S_AL prąd tojana α w o α, S_BE prąd tojana β w o β,

8 8 Przykład C6 VS_AL napęce tojana u α w o α, VS_BE napęce tojana u β w o β, VSX napęce tojana u x w o x, VSY napęce tojana u y w o y, PS oc czynna tojana, QS oc berna tojana, PR oc czynna wrnka, QR oc berna wrnka, PN oc czynna uaryczna, QN oc berna uaryczna, SX prąd tojana, kładowa x, SY prąd tojana, kładowa y, DEL_S kąt poędzy płazczyzna x-y α-β tojana: δ = γ γ = ωt γ, K_X wyjśce członu całkującego regulatora ocy bernej P 1, K_Y wyjśce członu całkującego regulatora ocy czynnej P 1, KV_X wyjśce członu całkującego regulatora napęca (kładowa x) P, KV_Y wyjśce członu całkującego regulatora napęca (kładowa y) P, TQGEN oent echanczny azyny, OMEGM prędkość kątowa wrnka azyny (=OMEG_R/p), THETAM kąt położena wrnka (=TH_R/p). Zauważy, że w tane początkowy γ ( 0) = π / (płazczyzna α-β wyprzedza płazczyznę x-y o kąt π/ tąd δ ( 0) = π / (ry. 6.).. Model z generatore terowany za poocą prądu wrnka Drug z rozpatrywanych odel generatora jet zwązany z plka o nazwe DFG_. W ty przypadku, terowane generatora odbywa ę za poocą prądu wrnka. Scheat odelu ATPDraw jet pokazany na ry. 4. Układ terujący (blok MODELS o nazwe DFG_) kontroluje źródła prądowe, które reprezentują toowany w rzeczywtych układach przekztałtnk elektronczny z falownke prądowy. W odelu układu echancznego uezczone ą źródła prądowe, które określają oent napędowy watraka zgodne z natępujący haronograe: t=0 4, =0; t=4 7, =1000 A; t>7, =1500 A (1A 1N). Na wejśca bloku terującego DFG_ podawane ą trójfazowe napęca prądy z zacków generatora oraz z obwodów uzwojeń wrnka, a także napęce z odelu układu echancznego, które odpowada elektrycznej prędkośc obrotowej wrnka (1V 1 rad/). Paraetry rozpatrywanego generatora ą podane w tabel. Paraetry cheatu zatępczego generatora oblczone za poocą prograu WNDSYN ą natępujące:

9 Przykład C6 9 L =0, H, R =0, Ω, L =0, H, R r =0, Ω, L r =0, H. Doubly-Fed nducton Generator wth rotor current control current ource control block Equvalent current ource rotor voltage and current eaureent tator voltage and current eaureent rotor angular velocty eaureent needed only for tart V V M ω network odel V U(0) odel of echancal part equvalent wndll torque Ry. 4. Scheat odelu ec z generatore ndukcyjny terowany prąde wrnka Tabela. Paraetry analzowanego generatora w odelu DFG_ Moc znaonowa P, kw 670 Lczba par begunów Napęce znaonowe U, V 690 Poślzg początkowy,3% Wpółczynnk ocy co ϕ 0,9 Moent nercj H, kg 58,0134 Sprawność 0,906 Zna. oent napędowy T, N 485,94 Mak. oent napędowy, j.w. 1,58 Wpółczynnk tłuena D, N/(rad/),53 Prądy rα, rβ ą natępne tranforowane do trójfazowego układu zwązanego z wrnke.

10 10 Przykład C6 Wartość prądu wrnka generatora jet oblczana na podtawe jego paraetrów żądanej ocy oddawanej do ec: S n =P n jq n : gdze: rα rβ S = U n S = U ( d n γ d coγ ) n n d1, d 1 3 X 3 Sn X = X Sn X n 1 ( d coγ d n γ ) = X U Q X U P, Qn γ = ω1 t ϕn θ, ϕ n = arctg, P X, X reaktancje azyny, θ - kąt położena wrnka względe tojana. n 1 (8) Wynk yulacj Zadane welkośc do yulacj ą natępujące: przebeg zan oentu turbny watrowej T t jak na ry, 5a. Żądana oc elektryczna generatora zena ę zgodne z ry 5b: oc czynna P n krzywa 1, oc berna Q n krzywa 3. W trakce yulacj prędkość obrotowa generatora zena ę zgodne z krzywą na ry. 5c (podana w jednotkach względnych). Wdać, że na początku prędkość obrotowa była wękza od wartośc ynchroncznej (wartość 1,0). Moent napędowy w ty czae jet równy zero przy newelk obcążenu generatora ożna zauważyć powolne obnżane ę prędkośc obrotowej (ry. 5c). W chwl t=1 natępuje duży wzrot obcążena przez zwękzene ocy czynnej bernej, co prowadz do znacznej obnżk prędkośc obrotowej, która natępne zwękza ę od czau t=4, kedy wzrata oent napędowy turbny. Rzeczywta oc generatora zena ę zgodne z krzywy (ry. 5b): (oc czynna) oraz 4 (oc berna). Pozotałe przebeg ą dotępne w plku wyjścowy DGG_.PL4.

11 Przykład C6 11 T t, N 1500 a) P, kw Q, kvar b) n w, j.w. c) 1,00 0,95 0,90 0, cza, Ry. 5. Wynk yulacj: oent watraka (a), zana ocy P, Q (b); prędkość obrotowa wrnka (c)