M odele ale generatorului sincron utilizate în studiile de sistem

1. Modelarea generatorului sincron şi a reglajelor aferente Modele ale generatorului sincron utilizate în studiile de sistem Capitolul 7 prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

2. Problematică • Consideraţii generale • Neglijarea fenomenelor tranzitorii corespunzătoare înfăşurărilor statorice • Introducerea în model a t.e.m – MMS5 • Neglijarea înfăşurărilor de amortizare • pe axa d– MMS4 • pe axele d şi q– MMS3 • Neglijarea fenomenelor tranzitorii corespunzătoare înfăşurării de excitaţie – MMS2 • Considerarea simplificată a influenţei înfăşurării de amortizare • Neglijarea anizotropiei generatorului sincron faţă de axele sale • Neglijarea rezistenţei statorului • Modele ale GS folosite în condiţiile micilor perturbaţii • liniarizarea MM al GS • modelul de Mello - Concordia • Considerarea saturaţiei în procesele tranzitorii • Considerarea curenţilor turbionari • Considerarea histerezei magnetice prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

3. Consideraţii generale • Scopul studiului: • selecţia unor regimuri considerate “periculoase”; trepte de selecţie • cunoaşterea unor valori ale mărimilor regimului (curenţi, tensiuni) care să servească la alegerea şi verificarea aparatajului din sistem • rezultatele studiului sunt folosite la reglarea protecţiei împotriva avariilor • acordarea optimă a unui regulator automat (de tensiune, de viteză, de stabilitate etc.) asociat unui anumit GS • validarea modelului GS • Ipoteze folosite la întocmirea modelului GS: 1. Neglijarea / considerarea simplificată a unor fenomene din maşină: • fluxuri din înfăşurările maşinii; • variaţiei vitezei rotorului 2. Neglijarea sau considerarea simplificată a structurii înfăşurărilor GS. 3. Neglijarea sau considerarea simplificată a unor parametri de calcul ai GS prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

4. Neglijarea fenomenelor tranzitorii din stator Regim anteperturbaţie T.e.m induse, situate “în spatele” unei reactanţe Ecuaţiile volt-amper simplificate pentru stator prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

5. Schemele echivalente simplificate ale GS • Schema permite • cuplarea simplă a ecuaţiilor reţelei la cele ale GS • conduce la un calcul clasic, simplu al circulaţie de curenţi din reţea • Schema b) se aplică şi pentru GS cu poli aparenţi, pentru prima treaptă de selecţie a regimurilor prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

6. Introducerea t.e.m. în modelul GS prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

7. Modelul matematic simplificat de ordinul 5 (MMS5) Simplificări: prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

8. . Neglijarea înfăşurărilor de amortizare ale GS • Înfăşurările de amortizare au efecte importante asupra formei de variaţie a mărimilor GS • Absenţa înfăşurării de amortizare: • este caracteristică a GS de mică putere (zeci, sute de kW) • favorizează creşterea vitezei de variaţie a câmpului magnetic din GS • determină o amortizare mai mică a oscilaţiilor cauzate de regimul tranzitoriu ca urmare a absenţei cuplului de tip asincron datorat prezenţi curenţilor liberi induşi de variaţia câmpului magnetic din colivia de amortizare • Pentru amortizarea fenomenului tranzitoriu din maşină, contribuţia înfăşurării Q este mai importantă de cât a înfăşurării D prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

9. Neglijarea înfăşurării de amortizare D – MMS4 prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

10. Neglijarea înfăşurărilor de amortizare D, Q – MMS3 În plus faţă de MMS4: prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

11. Neglijarea fenomenelor tranzitorii din excitaţie – MMS2 prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

12. Considerarea simplificată a amortizorului – MMS2a prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

13. Neglijarea anizotropiei GS faţă de axele sale prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

14. Neglijarea rezistenţei statorului prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

15. Liniarizarea modelului GS la mici perturbaţii prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

16. Ecuaţiile MMS5 la mici perturbaţii Modelul ISI al GS la mici perturbaţii: prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

17. Modelul de Mello – Concordia prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

18. Ecuaţiile modelului de Mello – Concordia prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

19. Schema bloc a modelului de Mello – Concordia prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

20. Considerarea saturaţiei în procesele tranzitorii prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

21. Aspecte generale privind considerarea curenţilor turbionari în modelul GS • curenţii turbionari (curenţi Foucault) apar în miezul feromagnetic al GS ca urmare a prezenţei t.e.m induse în miezul de fier de variaţia fluxului din maşină. • în regim normal, apar curenţi turbionari şi în rotor, care poate fi asimilat cu una sau mai multe colivii de amortizare • curenţii turbionari se manifestă mult mai puternic la TG decât la hidrogeneratoare. • efecte produse de curenţii turbionari • modifică câmpul magnetic din întrefierul maşinii • produc cupluri electromagnetice de amortizare a pendulărilor GS • determină creşterea pierderilor prin efect Joule-Lenz din GS • considerarea curenţilor turbionari este obligatorie: • la GS moderne de foarte mare putere (> 200 MW) ale căror rotoare sunt masive, fabricate din fier forjat, înlocuind parţial sau total înfăşurarea de amortizare • în cazul studierii unor regimuri speciale – autosincronizarea, pierderea excitaţiei, funcţionează la limita stabilităţii naturale când maşina trece în regim asincron prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

22. Probleme ale modelării curenţilor turbionari • în studiile de sistem se acceptă doar o reprezentare simplificată a efectelor curenţilor turbionari: • fie prin introducerea unor înfăşurări suplimentare similare înfăşurărilor de amortizare • fie prin folosirea unor funcţii de transfer complexe pentru parametrii operaţionali ai GS. • probleme legate de modelarea efectelor curenţilor turbionari prin circuite echivalente: 1. determinarea numărului de înfăşurări suplimentare care se plasează pe fiecare axă 2. determinarea parametrilor înfăşurărilor aferente curenţilor turbionari. • Posibilităţi de rezolvare a modelării curenţilor turbioARI: a) Se stabileşte câte o înfăşurare echivalentă pentru fiecare cale importantă de închidere a curenţilor turbionari. Parametrii electrici ai acestor înfăşurări suplimentare se calculează în funcţie de caracteristicile materialelor şi dimensiunile geometrice ale circuitelor străbătute de curenţii turbionari. b) Pe considerente de modelare se alege un număr minim de înfăşurări echivalente a căror parametri electrici se determină prin identificare experimentală. • În practică se folosesc în mod uzual modelele cu 2 – 6 circuite suplimentare. prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

23. Recomandări privind parametrii înfăşurărilor ce modelează efectele curenţilor turbionari În absenţa unor date experimentale se recomandă ca: • dispersia înfăşurărilor să se situeze în domeniul 16.6% – 33%; • în [u.r.n] componenta utilă a înfăşurărilor trebuie să coincidă cu inductivitatea utilă de pe axa principală considerată; • raportul X/R al înfăşurării • în absenţa saturaţiei are valoarea 1 • la o saturaţie puternică este 0.5 • valoarea recomandată în majoritatea cazurilor este de 0.66 prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

24. Modelul GS considerând simplificat efectele curenţilor turbionarI prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7

25. Considerarea histerezei circuitelor magnetice în modelul GS prof. Bucur LUŞTREA - Modelarea GS şi reglajelor aferente - C7