Моделирование переходных процессов синхронной машины с несимметрией фазных обмоток статора


Аннотация

Рассмотрены переходные процессы синхронной машины с неодинаковыми индуктивностями и активными сопротивлениями фазных обмоток статора. Появление такой несимметрии возможно при повреждении синхронной машины, в частности, при межвитковых коротких замыканиях в обмотке статора. Предполагается использование результатов расчетов переходных процессов поврежденной синхронной машины для анализа работы и создания новых алгоритмов релейной защиты генераторов электростанций. Предложен метод численного моделирования переходных процессов синхронной машины с несимметричной обмоткой статора. Метод основан на непосредственном решении дифференциальных уравнений равновесия ЭДС и падений напряжений в обмотках в фазных координатах совместно с уравнением движения ротора. При этом контур каждой фазной обмотки статора описан отдельным уравнением, и могут быть учтены отличающиеся параметры фаз. Разработана и реализована на языке программирования C++ математическая модель синхронного генератора, работающего на активно-индуктивную нагрузку в сети с нулевым проводом, не имеющим сопротивления. Использование подобной схемы позволяет упростить математические выкладки, так как в ней отсутствуют связи между фазными контурами вне синхронной машины. В модели учтен один из возможных видов несимметрии — неодинаковое число витков в фазных обмотках, что позволяет моделировать межвитковые короткие замыкания без учета появления дополнительных короткозамкнутых контуров. Выполнена верификация модели путем сравнения результатов расчета переходных процессов генератора с симметричной обмоткой статора, полученных при использовании разработанной модели и с помощью средств MATLAB Simulink. Проведен анализ результатов моделирования для случая внезапного межвиткового замыкания в обмотке статора гидрогенератора. Полученные результаты позволили сделать вывод об адекватности разработанной модели.


Ключевые слова

синхронная машина, переходный процесс, электроэнергетическая система, дифференциальные уравнения, численный метод


Библиографический список

1. Ульянов   С.А.   Электромагнитные   переходные процессы в электрических системах. М.: Энергия, 1970.

2. Моделирование электротехнических устройств в MATLAB. SimPowerSystems и Simulink. М.: ДМК Пресс, 2012.

3. Горев  А.А.  Переходные  процессы  синхронной машины. Л.: Наука, 1985.

4. Мэтьюз Д.Г., Финк К.Д. Численные методы. Использование MATLAB. М.: Вильямс, 2001.

5. Турчак  Л.И.  Основы  численных  методов.  М.: Наука, 1987.

DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-34-39

Для цитирования: Глазырин Г.В. Моделирование переходных процессов синхронной машины с несимметрией фазных обмоток статора // Вестник МЭИ. 2017. № 5. С. 34—39. DOI: 10.24160/1993-6982-2017-5-34-39.