Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности СГ и электрических сетей

Основные задачи автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности:

1) обеспечение требуемого напряжения потребителей (качества электроэнергии);

2) обеспечение рациональных перетоков реактивной мощности в энергосистеме;

3) повышение динамической устойчивости в аварийных режимах.

Для решения этих задач применяются:

– автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) СГ электростанций;

– регулирование возбуждения синхронных компенсаторов и двигателей;

– регулирование мощности управления статистических источников реактивной мощности;

– автоматическое регулирование коэффициентов трансформации трансформаторов.

Решение вышеперечисленных задач с помощью АРВ СГ

1. Поддержание напряжения

Согласно государственному стандарту отклонение напряжения не должно превышать ±5 % в нормальном режиме и ±10 % – в послеаварийном.

При увеличении нагрузки и отсутствии регулирования возбуждения наблюдается снижение напряжения. Для поддержания напряжения необходимо увеличить эдсгенератора (рис. 1.15).

Таким образом, задача АРВ – воздействие на возбуждение с целью стабилизации напряжения. Необходимо отметить, что степень возбуждения зависит от текущего коэффициента мощности.

При активно-индуктивной нагрузке, а также при активно-емкостной нагрузке увеличение тока должно сопровождаться увеличением эдс. При этом чем «более» увеличивается нагрузка, тем меньше степень воздействия на возбуждение должен иметь АРВ. При φ > Θ увеличение нагрузки должно сопровождаться снижением возбуждения. На практике в большинстве случаев нагрузка является активно-индуктивной, поэтому логика работы АРВ, работающая по разомкнутому принципу следствия: увеличивается возбуждение при увеличении тока с коэффициентом, обратно пропорциональному коэффициенту мощности.

2. Обеспечение рациональных перетоков реактивной мощности в энергосистеме

Задача сводится к регулированию реактивной мощности, вырабатываемой генератором:

– ее стабилизации при изменении активной мощности;

– слежению за заданным значением, вырабатываемым общестанционной системой на основе задания для электростанций.

3. Сохранение или повышение статической устойчивости (рис. 1.16)

Рис. 1.16. Запас устойчивости при регулировании возбуждения

Увеличение возбуждения приводит к увеличению запаса статической устойчивости при сохранении выработки активной мощности Р₁ = Р₂ или сохранению запасов устойчивости при увеличении выработки (Р₁ – Р₂).

4. Повышение динамической устойчивости в ЭЭС в аварийных режимах связано с быстрым восстановлением напряжения в процессе отключения КЗ, а также во время восстановления синхронной работы СГ в случае наступления ХХ, это достигается в частности путем воздействия на возбуждение СГ.

Виды регуляторов возбуждения

1. Пропорционального действия по отклонению напряжения и по возмущению током нагрузки с релейным или бесконтактным устройством форсировки возбуждения.

2. Пропорционально-дифференциального (сильного) действия с использованием сигналов по производным напряжения и других режимных параметров.

Возбудители СГ

1. Электромашинный возбудитель постоянного тока (рис. 1.17)

Рис. 1.17. Схема электромашинного возбуждения постоянного тока

GE – генератор постоянного тока с параллельным самовозбуждением (положительнаяОС по напряжению возбуждения).

Обмотка возбуждения (ОВ) генератора СЕ состоит из двух частей, одна из которых включена параллельно якорю, вторая управляющая, которая питается от АРВ прямого действия (АРВ питается от напряжения генератора и управляется им). Он представляет собой магнитный усилитель, питание которого производится геометрической суммой токов, первый из которых пропорционален току генератора, а второй – напряжению генератора со сдвигом по фазе на . Таким образом, результирующий сигнал при (активной нагрузке генератора) будет минимальным, а при (ХХ) – максимальным.

Поэтому питание магнитного усилителя определяется не только нагрузкой и напряжением генератора, но и потребителя. Чем больше , тем менее интенсивно должно увеличиваться возбуждение при изучении нагрузки.

Описанным выше способом реализуется система по отклонению напряжения и по возмущению нагрузки генератора. Кроме того, схема предусматривает релейно-контактнуюфорсировку возбуждения при снижении напряжения более чем на 10 % с возбуждением на контакт КМ1.

2. Электромашинный возбудитель переменного тока (рис. 1.18)

Рис. 1.18. Схема электромашинного возбуждения переменного тока

В схеме используется обращенный индукторный генератор переменного тока повышенной частоты (с большим числом полюсов), имеющий 3 обмотки возбуждения:

1) LE₁ – последовательного самовозбуждения;

2) включенная согласно LE₁ обмотка форсировки возбуждения LE₂, питаемая от устройства форсировки возбуждения (УФВ);

3) включенная встречно LE₁ и LE₂ обмотка управления LE₃, питаемая от АРВ.

Особенностью возбудителя является сильное перевозбуждение током ротора генератора, поэтому АРВ всегда действует на снижение возбуждения. АРВ функционирует только по отклонению напряжения генератора и построен как регулятор прямого действия на магнитном усилителе. Форсировка возбуждения осуществляется компенсацией магнитного потока обмотки LE₃ магнитным потоком обмотки LE₂ и питаемой УФВ при значительном снижении напряжения генератора или возбудителя. Для обеспеченияфорсировки, а также для создания начального возбуждения генератора при пуске используется ток подвозбудителя GEA.

В рассмотренной схеме возбудители обладают следующими недостатками: 1-я схема – наличие колец ротора, наличие коллектора у МПТ, малая скорость нарастания напряжения в процессе форсировки; 2-я схема – те же недостатки – за исключением коллектора – плюс отсутствие регулирования по возмущению.

3. Возбудитель с обращенным синхронным многополюсным генератором и вращающимся выпрямителем (рис. 1.19)

Рис. 1.19. Схема возбуждения с обращенным синхронным многополюсным генератором и вращающимся выпрямителем

АРВСД – автоматический регулятор возбуждения сильного действия.

Преимущество возбудителя: отсутствие щеточных контактов.

Недостаток: инерционность регулирования возбуждения основного генератора, связанная с инерционностью возбудителя.

4. Тиристорное возбуждение (рис. 1.20)

Рис. 1.20. Схема тиристорного возбуждения

Преимущество: повышенное быстродействие

Недостаток: наличие щеточных контактов

В перспективе создания безщеточных тиристорных возбудителей с вращающимися преобразователями (кольца потребуются только для подвода управляющих сигналов).

Характеристика АРВСД

АРВСД используют сигналы по отклонению и скорости изменения напряжения. Кроме того, для обеспечения запасов статической и динамической устойчивости электропередачи выполняется регулирование угла нагрузки генератора. Для этого в регулятор заводится сигнал по изменению частоты и по производной изменению частоты. Дополнительно может заводиться сигнал по производной тока возбуждения. Таким образом, общий алгоритм формирования регулирующего сигнала следующий:

. (1.6)

Структура АРВСД (рис. 1.21):

Рис. 1.21. Структура АРВСД

На рис. 1.21 обозначены:

ИТН – измерительный трансформатор напряжения;

ИТТ – измерительный трансформатор тока;

ФНЧ – фильтр низких частот (Т = 1 мс);

НП – нормирующий преобразователь;

МП – аналоговый мультиплексор;

АДП – аналого-дискретный преобразователь (формирует импульсы в моменты перехода напряжения и тока через 0 в положительном направлении. Это позволяет измерять частоту, производную частоты, переключать мультиплексор и т. д.).

Контрольные вопросы

1. Что такое синхронизация работы генератора и сети?

2. Назовите основные виды синхронизации включения генераторов на параллельную работу с сетью.

3. В чем заключается сущность методов точной и самосинхронизации? Их преимущества и недостатки.

4. Дайте определение «напряжения биения», «момента оптимума».

5. Назовите основные типы устройств для автоматизации процесса синхронизации. Их преимущества и недостатки.

6. Какими методами осуществляется автоматическое регулирование частоты вращениягидро- и турбоагргатов?

7. Опишите, какие принципы лежат в основе построения автоматики регулирования мощности гидро- и турбоагрегатов.

8. Какими способами осуществляется автоматическое регулирование величины напряжения и реактивной мощности синхронных генераторов?

9. Опишите основные виды возбудителей синхронных машин; их принципы построения, преимущества и недостатки.

Дата добавления: 2015-08-26