- •Введение
- •1. Основные понятия и определения
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •2. Статическая устойчивость электроэнергетических
- •2.2. Векторная диаграмма для явнополюсного синхронного генератора в простейшей электроэнергетической системе
- •2.3. Характеристика мощности при сложной связи генератора с приемной системой
- •2.4. Максимальные и предельные нагрузки
- •2.5. Требования, предъявляемые к режимам
- •2.6. Характеристики режимов простейшей электроэнергетической системы при синхронной скорости вращения генератора
- •2.7. Простейшая оценка устойчивости установившегося режима. Энергетический критерий
- •2.8. Практический критерий статической устойчивости для простейшей ээс
- •2.9. Практический критерий статической устойчивости для асинхронных двигателей
- •2.10. Коэффициенты запаса статической устойчивости
- •2.11. Общая характеристика и дифференциальные уравнения регулирования возбуждения генератора
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •3. Динамическая устойчивость ээс
- •3.1. Допущения, принимаемые при анализе динамической устойчивости
- •3.2. Уравнение движения ротора синхронной машины
- •3.3. Оценка динамической устойчивости при переходе от одного режима к другому
- •3.4. Энергетические соотношения, характеризующие движение ротора генератора
- •3.5. Способ площадей и вытекающие из него критерии динамической устойчивости
- •3.6. Определение предельного угла отключения короткого замыкания
- •3.7. Определение предельного времени отключения аварии
- •3.8. Проверка устойчивости при наличии трехфазного или пофазного автоматического повторного включения лэп
- •3.9. Применение способа площадей при анализе действия автоматического регулирования
- •3.10. Условия успешной синхронизации
- •3.11. Способ площадей при исследовании устойчивости двух станций
- •3.12. Метод последовательных интервалов
- •3.13. Расчет динамической устойчивости систем с несколькими генераторными станциями
- •3.14. Динамическая устойчивость неявнополюсного генератора, работающего на шины бесконечной мощности
- •3.15. Динамическая устойчивость явнополюсного генератора при учете электромагнитных процессов
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •4. Асинхронные режимы, ресинхронизация и результирующая устойчивость
- •4.1. Общая характеристика асинхронных режимов
- •В электроэнергетических системах
- •4.2. Возникновение асинхронного режима
- •4.3. Задачи, возникающие при исследовании асинхронных режимов
- •4.4. Параметры элементов электроэнергетических систем при асинхронных режимах
- •4.4.1. Генераторы
- •4.4.2. Первичные двигатели
- •4.4.3. Нагрузка
- •4.4.4. Линии электропередачи, сеть
- •4.5. Выпадение из синхронизма, асинхронный ход синхронных машин
- •4.6. Вхождение в синхронизм асинхронно работающих генераторов
- •4.7. Основные сведения об устройствах ликвидации асинхронного режима
- •4.8. Способы ликвидации асинхронных режимов в энергосистемах
- •4.9. Основные принципы выявления асинхронного хода
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •5. Мероприятия по повышению надежности, улучшению устойчивости и качества переходных процессов ээс
- •5.1. Постановка задачи
- •5.2. Улучшение характеристик основных элементов электроэнергетической системы
- •5.3. Дополнительные устройства для улучшения устойчивости
- •5.4. Мероприятия режимного характера
- •Вопросы и задания для самопроверки
- •Библиографический список
2.11. Общая характеристика и дифференциальные уравнения регулирования возбуждения генератора
На протяжении ряда десятилетий возбуждение генераторов осуществлялось только лишь от генератора постоянного тока, выступающего в роли возбудителя. Такая система возбуждения называется электромашинной.
Эти системы возбуждения использовались совместно с автоматическим регулятором возбуждения пропорционального действия (АРВПД).
В настоящее время возбудители постоянного тока вытесняются полупроводниковыми (тиристорными) возбудительными системами, которые составляют основу автоматического регулятора возбуждения сильного действия (АРВСД).
Функции АРВСД:
1. Устойчивое регулирование напряжения генератора во всех эксплуатационных режимах с заданной точностью.
2. Повышение статической и динамической устойчивости работы генератора в электроэнергетической системе.
3. Демпфирование послеаварийных качаний роторов синхронных машин в системе.
4. Ограничение перегрузок электрических машин по току статора и току ротора.
5. Обеспечение режимов пуска и включения в сеть методами точной син-
хронизации и самосинхронизации, а также для эффективного гашения магнитного поля при действии релейных защит.
6. Обеспечение работы генераторов в системах группового регулирования напряжения генераторов электроэнергетической системы.
Для исполнения этих функций АРВСД реагирует не только на отклонения режимных параметров (напряжения и частоты), но и на производные этих и других параметров (ток возбуждения if).
Первая и вторая производные угла пространственного положения ротора генератора прямо пропорциональны отклонению частоты Δf и производной частоты Δf ' = f '.
Статическую устойчивость (СУ) электроэнергетической системы на практике удобно оценивать с помощью области устойчивости, которая строится в плоскости коэффициентов регулирования. Границы области СУ зависят от изменения режима работы генератора и коммутации схемы электрической станции и ЛЭП.
Для возможности работы с одной настройкой регулятора важно иметь наиболее широкую область СУ. В связи с этим для получения широкой области СУ необходимо иметь дополнительные стабилизирующие сигналы, например, по скорости изменения тока возбуждения .
При настройке АРВ проверяется действие регуляторов в различных условиях и выбираются такие уставки стабилизирующих сигналов, при которых обеспечивается устойчивое регулирование и увеличение СУ. Но при этом настройка АРВ, выбранная из условий демпфирования малых колебаний, часто не совпадает с оптимальной, которая выбрана из условий подавления больших колебаний.
Для расчета статической и динамической устойчивости целесообразно
иметь математическое описание, под которым понимается закон регулирования и параметры АРВ.
Под законом регулирования обычно понимают совокупность режимных параметров ЭЭС, подаваемых на измерительный элемент АРВ. Это может быть один или несколько режимных параметров. Чаще всего в качестве режимных параметров, подаваемых на измерительные элементы АРВ, являются:
а) напряжение на шинах генератора либо напряжение за повышающим трансформатором на шинах высшего напряжения (напряжение в контролируемой точке);
б) частота этого напряжения в контролируемой точке;
в) ток возбуждения ротора.
АРВСД дает принципиальную возможность поддерживать практически постоянное напряжение в контролируемой точке, причем во всех эксплуатационных режимах, в т. ч. переходных процессах.
АРВПД обеспечивает постоянное поддержание поперечной составляющей переходной ЭДС .
При выполнении приближенных практических расчетов это позволяет учитывать значение:
– при АРВСД – Uгq = const за xг = 0;
– при АРВПД – Е'q = const за x г= .
Закон регулирования и параметры АРВ определяют изменения вынужденной составляющей ЭДС ΔΕqe синхронной машины, обусловленной действием АРВ.
Математически это изменение определяется по формуле
,
где Тp – постоянная времени измерительного элемента АРВ; Тe – постоянная времени силового элемента АРВ; – передаточная функция АРВ по параметру ΔПj; ΔПj – параметры регулирования.
Это выражение является справедливым как для АРВПД, так и АРВСД. При этом АРВПД и АРВСД будут различаться между собой только лишь передаточной функцией и параметрами АРВ.
В некоторой идеализации эти передаточные функции могут определяться так:
АРВПД – ;
АРВСД – ,
где – коэффициент усиления канала регулирования по отклонению напряжения;– коэффициент усиления канала регулирования по отклонению частоты;– постоянная времени дифференцирующего звена, которое моделирует канал по частоте; К1f – коэффициент усиления канала регулирования по первой производной частоты; Т1f – постоянная времени дифференцирующего звена, которое моделирует канал регулирования по первой производной частоты;
АРВПД и АРВСД различаются между собой:
а) величинами коэффициентов по отклонению напряжения (по точно-
сти поддержания напряжения) в контролируемой точке ;
АРВПД = 15; 25; 50 ;
АРВСД = 25; 50; 100; 150; 200 ;
б) способу стабилизации автоматического регулирования.
АРВПД стабилизация осуществляется введением либо увеличенной постоянной времени в измерительные элементы напряжения, либо применением гибкой отрицательной обратной связи, которая охватывает обмотку возбуждения и в результате увеличивает эквивалентную постоянную времени возбуждения Тв .
В АРВСД стабилизация регулирования осуществляется с помощью использования каналов регулирования по производным режимных параметров.