. Использование эквивалентной схемы и является причиной его определения.
Метод определения на основе измерения напряжения, суммарных активной и реактивной мощностей электростанции также изложен в [4]. Недостатком метода является необходимость реализации двух установившихся режимов станции для идентификации. В приборе фирмы ABB [5] « - идентификатор» при оценке предполагаемого значения , наряду с напряжением и мощностями, используется информация о внешнем угле нагрузки (угле между векторами напряжения станции и сети). На основе определенного значения , а также измеренных активной мощности и частоты напряжения, формируются параметры адаптивного стабилизатора. Недостатки метода фирмы ABB: невозможность точного определения внешнего угла нагрузки; необходимость значительного возмущения во внешней сети для идентификации; сложность оценки погрешности вычислений.
В предлагаемом методе вычисления требуется знание активной и реактивной мощностей электростанции, а также активной составляющей тока статора генератора. Вычисление системы «станции - линия - шины» по измерениям электрических величин дает возможность уточнения параметров модели синхронного генератора и соответственной перенастройки параметров системных стабилизаторов АРВ синхронных генераторов (рис.1) с целью поддержания необходимого демпфирования электромеханических колебаний.
Рис. 1
Наряду с общепринятыми обозначениями, дополнительно указаны: СВ - система возбуждения; ЭС - энергосистема; Uз - напряжение задания.
В качестве механизма настройки параметров системного стабилизатора под обновленное значение может быть использована соответствующим образом построенная таблица соответствия « /параметры АРВ».
Представленный метод оценивания дает дополнительную информацию об угле нагрузки генератора и о внешнем угле нагрузки, что также может использоваться в целях настройки параметров стабилизатора возбуждения.
Приняты следующие допущения [3]: используется упрощенная математическая модель внешнего движения эквивалентного генератора станции в соответствии со схемой, приведенной на рис. 2; активные сопротивления генератора и линии полагаются равными нулю; синхронный генератор - неявнополюсный.
Рис. 2
Известными считаются: напряжение генератора 
; активная P и реактивная 
мощности эквивалентного генератора, замещающего электростанцию; активная составляющая тока статора 
(или напряжение сети Uc). Внешнему индуктивному сопротивлению , согласно рис. 2, соответствует внешний угол нагрузки 
, для которого составлены тригонометрические уравнения 
где a, b, c - параметры уравнений, подлежащие определению.
В основе расчетов лежат известные уравнения схемы «станции - линия - шины» [2], [4].
Угол нагрузки генератора: 
, где 
- индуктивное сопротивление генератора по продольной оси.
ЭДС генератора: 
.
В вычислительном отношении метод определения внешнего угла нагрузки основан на следующих двух алгоритмах [3]:
Алгоритм 1. Записываются выражения для определения активной мощности:
, где 
- полный угол нагрузки; 
. После замены левых частей первого и третьего уравнений на правую часть второго и сокращения полученных уравнений на 
получим:
(1)
Вычитание из первого уравнения второго дает: 
,
или
. (2)
Обозначим: 
, тогда уравнение (2) примет вид:
. (3)
В результате решения (3) определяется внешний угол нагрузки 
.
Алгоритм 2. Используются формулы для определения активной и реактивной мощности генератора: 
; 
.
После сокращения первого уравнения на 
и второго на 
получим выражения для активной и реактивной составляющих тока статора:
; 
, где 
.
Из полученных выражений для 
и 
следует уравнение
(4)
Обозначим 
, тогда уравнение (4) примет вид
. (5)
Решением (5) определяется внешний угол нагрузки 
.
Полный угол нагрузки 
.
Из первого уравнения (1) следует выражение для вычисления суммарного индуктивного сопротивления 
.
Индуктивное внешнее сопротивление 
.
Предложенный способ реализован с помощью Toolbox Simulink/Matlab. Уравнения (3), (5) имеют два решения, из которых выделяется требуемое. На рис. 3, 4 представлены схемы определения в Toolbox Simulink/Matlab.
При использовании алгоритма 1 (рис. 3) вводятся следующие параметры: активная и реактивная мощность генератора 
о.е., 
= 0,173 о.е.; напряжение генератора
=1о.е. (на схеме - Ug); напряжение сети Uc=1,014 о.е.; индуктивное сопротивление генератора по продольной оси 
= 1,698 о.е.
В результате получены:
- угол нагрузки генератора
рад. (на схемах - tetag); - ЭДС генератора
= 1,938 о.е. (на схемах - Eg); - коэффициенты
; - внешний угол нагрузки
= 0,4608 рад. (на схемах - tetal); - полный угол нагрузки
=1,3 рад. (на схемах - teta); - суммарное индуктивное сопротивление
=2,2284 о.е. (на схемах -
); - индуктивное внешнее сопротивление
= 0.53 о.е. (на схемах - 
).
При использовании алгоритма 2 (рис. 4) вводятся такие параметры: активная и реактивная мощность генератора о.е., Q= -0,402 о.е.; UГ= 1о.е.; активная составляющая тока = 0,6334 о.е.; = 1,698 о.е.
В результате получены:
- угол нагрузки генератора
рад.; - ЭДС генератора
=1,478 о.е.; - коэффициенты
; - внешний угол нагрузки
= 0,3898 рад.; - полный угол нагрузки
= 1,7438 рад.; - суммарное индуктивное сопротивление
= 2,298 о.е.; - индуктивное внешнее сопротивление
= 0,6.
Предложен простой метод определения индуктивного внешнего сопротивления синхронного генератора как обобщенного параметра, характеризующего состояние энергосистемы. Знание внешнего индуктивного сопротивления позволяет сократить расходы на дорогостоящие измерительные эксперименты и автоматически устанавливать оптимальные значения параметров регуляторов системы возбуждения.
Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках госконтракта № 539 от 17.05.2010.
Рецензенты:
Шестаков Вячеслав Михайлович, доктор технических наук, профессор, профессор ПИМаш, г. Санкт-Петербург.
Микеров Александр Геннадьевич, доктор технических наук, профессор, профессор СПбГЭТУ, г. Санкт-Петербург.