Теоретические основы регулирования СК

Синхронный компенсатор (СК) — традиционный генератор реактивной мощности, используется в современных энергосистемах и как ее управляемый потребитель.

Режим генерирования (выдачи) или потребления определяется возбуждением СК. В соответствии с U-образной его характеристикой (рис. 2.2,а) при номинальном возбуждении (/_в.ном) синхронный компенсатор выдает реактивную мощность

Q_ск.ном= (2.1)

а при отсутствии возбуждения (1_В = 0) — потребляет реактивную мощность

|- Q_ск.ном|= ≈ 0.5 Q_ск.ном. (2.2)

Наибольшая возможная загрузка СК потребляемой реактивной мощностью достигается или при граничном отрицательном токе возбуждения — I_в.гр. или при отсутствии возбуждения (I_В = 0) и внутреннем угле компенсатора δ=π/2, т.е. при расположении ротора по поперечной оси. При этом

|- Q_ск.гр|= ≈ 0.75 Q_ск.ном. (2.3)

Граничный режим потребления реактивной мощности определяется условием устойчивости работы СК — сохранением синхронизма. Синхронизирующий вращающий момент создается синхронным электромагнитным М_с и реактивным (обусловленным явнополюсностью) М_р моментами

M_c = sinδ

M_p= ∙ sin2δ. (2.4)

В частности, при отсутствии возбуждения СК удерживается в синхронизме только за счет реактивного момента. При отрицательном возбуждении синхронный момент противодействует реактивному и ухудшает устойчивость работы СК: отрицательное возбуждение уменьшает Xd, снижая эффект явнополюсности [6].

Рис.2.2. Характеристики синхронного компенсатора:

а — идеальная U-образная характеристика; б — зависимость вращающих моментов от положения ротора; в — зависимости потребляемой реактивной мощности от угла

Граничное значение отрицательной ЭДС Е_дгр определяется приравниванием к нулю производной синхронизирующего момента по углу δ.

С учетом (2.4) имеем

(M_c + M_p) ≈ cosδ + ∙ cos2δ = 0. (2.5)

При δ = 0

-E_qгр= U_ш = U_ш . (2.6)

При отрицательном возбуждении наибольшая потребляемая реактивная мощность —Q_ск.гр теоретически достигается в граничном режиме

при δ = 0. Практически, в связи с наличием потерь активной мощности (на вентиляцию, трение) мощность — Q_ск.гр достигается при угле δ «π/10 (рис. 2.2,в).

В граничном режиме СК выпадает из синхронизма. Согласно (2.4) и рис. 2.2,6 при δ = π/4 моменты равны

|- M_c.гр|= M_p.max, (2.7)

а при δ > π/4 синхронизирующий момент отрицательный. Даже при отсутствии отрицательного возбуждения угол δ > π/4 увеличивается, поскольку реактивный момент уменьшается. При δ=π/2, т.е. при положении ротора по поперечной оси, сопротивление статора равно X_q, и потребляемая мощность достигает наибольшего значения (2.3) при отсутствии возбуждения (1_В = 0). На такой режим возможен только в условиях искусственной устойчивости СК [8].

Искусственная устойчивость работы СК при расположении ротора по поперечной оси обеспечивается быстродействующим знакопеременным автоматическим регулированием реверсивного возбуждения СК по отклонениям угла ±∆δ от граничного значения δ_rp = π/2. Возникающие при этом положительный или отрицательный синхронизирующие вращающие моменты замедляют или ускоряют ротор, который, вибрируя, удерживается в динамически равновесном положении по поперечной оси. Обмотка возбуждения СК при этом выполняет роль только удерживающей ротор в указанном положении. Такую же роль удерживания ротора в положении по продольной оси, т.е. при угле δ = 0, и отрицательном возбуждении может выполнять вторая удерживающая обмотка возбуждения, расположенная по поперечной оси ротора. Такие СК с двумя обмотками возбуждения — основной продольной и удерживающей поперечной — могут загружаться любой, ограниченной, лишь термической стойкостью обмоток статора, потребляемой реактивной мощностью при угле положения ротора δ≈0. [9]

Режим значительного потребления реактивной мощности возможен только при автоматическом знакопеременном регулировании тока возбуждения I_bqв поперечной обмотке LG2 (см. рис. 3.3). Потребляемая реактивная мощность определяется током возбуждения I_bdв основной (продольной) LG1 обмотке ротора.

Таким образом, как и в асинхронизированном генераторе [9], автоматическое регулирование возбуждения СК с поперечной обмоткой ротора осуществляется двумя отдельными регуляторами, которые не взаимодействуют между собой. Источниками токов возбуждения I_bd, I_bqсинхронного компенсатора служат два реверсивных тиристорных возбудителя, управляемые двумя автоматическими регуляторами АРВ- d и АРВ-q.

Первый из указанных регуляторов APB-d имеет лишь одно назначение — поддержание напряжения U_m на шинах электростанции или подстанции путем изменения генерируемой или потребляемой реактивной мощности СК. Он представляет собой пропорционально-дифференциальный (ПД) регулятор, формирующий регулирующее воздействие по отклонению напряжения AU_ni и его производной dU_m/dt.

Задачами второго регулятора АРВ-q являются: удержание СК в режиме искусственной устойчивости при положении ротора по продольной оси и отрицательном, не ограничиваемом условием (2.7) равенства отрицательного электромагнитного и положительного реактивного вращающих моментов, токе возбуждения I_bd; предотвращение самораскачивания ротора и демпфирование его колебаний и поддержание, как указывалось, угла δ≈0 5. Поэтому регулирующее воздействие U_perq формируется ПД-регулятором, функционирующим по отклонениям угла ∆δот δ = 0 и по его первой и второй производным.

Таким образом, достигается полное использование синхронных компенсаторов не только в режиме генерирования, но и потребления реактивной мощности, причем возможна даже кратковременная, ограниченная лишь термической стойкостью форсировка СК по реактивной мощности. Повышение скорости набора реактивной нагрузки и снижение инерционности СК с поперечной обмоткой ротора достигается частичной компенсацией его переходного сопротивления X'_d конденсаторами, включаемыми в цепь статора.

В нашем случае объектом управления является синхронный компенсатор типа КСВБО 100-11У1 с водородным охлаждением, прошедший модернизацию в 2010г. (установлен в г.Ногинск, Московской области) [2]. В процессе модернизации была изменена магнитная система ротора- убрана отрицательная обмотка возбуждения и добавлена поперечная обмотка.

Таблица 2.1

Технические данные синхронного компенсатора КСВБО 100-11У1

Мощность при опережающем токе, МВА
Мощность при отстающем токе, МВА	82.5
Напряжение, кВ	Uш
Частота вращения, об/мин
Потери, кВт
Избыточное давление, кПа
Возбуждение	положительное	Напряжение, В
Ток, А
отрицательное	Напряжение, В
Ток, А
Пусковые характеристики при 0,4Uном	Iп/Iном	2.0
Мп/Мном	0.20
tп сек
Момент инерции ротора 10^3кг∙м^2	J	56.5
Масса, 10^3кг	статора
ротора
общая
Индуктивные сопротивления	xd	2.1
x^/d	0.4
x^//d	0.2
xq	0.21
X0	0.1
Постоянные времени, сек	Td0	9.5
Ta	1.8
Tq	0.06
Td	0.20
Система охлаждения	водородная
Возбудитель (штатный)	электромашинного типа ВТ-2100-3600Т3

Дата добавления: 2015-07-11