3.9. Применение способа площадей при анализе действия автоматического регулирования

Рассмотрим возможности применения способа площадей при анализе эффективности увеличения (форсирования) возбуждения, применяемого для улучшения динамической устойчивости. Увеличение тока возбуждения позволяет увеличивать амплитуду характеристики отдаваемой мощности во время аварийного и послеаварийного режима и уменьшить этим сброс нагрузки и вылет угла, способствуя сохранению устойчивости.

Представим на рис. 3.16 характеристики переходного процесса при коротком замыкании и его отключении в случае, когда возбуждение форсируется (здесь же для сравнения покажем процесс, когда форсирование не производится).

Рис. 3.16. Эффект форсирования возбуждения:

I – характеристика нормального режима; II' – характеристика послеаварийного режима (без форсирования); II – группа характеристик послеаварийного режима, построенных для разных значений тока возбуждения; III – характеристика режима короткого замыкания (участок 2– 3 – запаздывание форсирования; 3–4 – форсирование возбуждения во время короткого замыкания; 5–5'–6 – форсирование возбуждения в послеаварийном режиме; 6–7 – процесс при постоянном значении тока возбуждения)

Если бы ток возбуждения оставался постоянным, равным начальному значению, то при коротком замыкании и его отключении энергия при ускорении ротора определялась бы площадкой 1–2–3–3'–4–5–а–5'–1.

Энергия при торможении ротора, определяющаяся площадкой а–б–с, была бы много меньше площадки ускорения, что означало бы неустойчивость системы.

Если после некоторого запаздывания, определяющегося участком 2–3, ток возбуждения начинает увеличиваться, то площадка ускорения 1–2–3–4–5–5'–1 оказывается меньше на площадки 3−3'−4−3 и 5−а−5'−5. Площадка возможного торможения напротив возрастает, приобретая значение 5'−6−7−5'. Участок 5'–6 соответствует продолжающемуся форсированию тока возбуждения, достигшему потолочного (наибольшего допустимого) значения (точка 6).

Из приведенных характеристик очевидно, что при сбросе нагрузки, вызванном коротким замыканием или другим нарушением режима, необходимо стремиться как можно скорее и значительнее увеличить ток возбуждения генератора. При этом увеличивающийся ток возбуждения создает дополнительный тормозящий момент, способствующий сохранению устойчивости. Однако увеличение тока возбуждения полезно только пока увеличивается угол. После того как угол достиг своего максимального значения и начал уменьшаться, уже нет надобности продолжать увеличивать или поддерживать ток возбуждения. Напротив, при уменьшении угла его следует снижать. Если ток ротора не будет снижаться, то возникнут большие колебания угла, и генератор может выпасть из синхронизма во втором цикле качаний.

3.10. Условия успешной синхронизации

При точной синхронизации генератора с системой напряжение генератора устанавливается равным напряжению шин, к которым подключается этот генератор. Скорость вращения генератора соответствующим регулированием подачи энергоносителя в турбину делается возможно более близкой к синхронной.

Если включение происходит при скорости, отличной от синхронной, то это означает, что генератор в момент включения имеет дополнительную кинетическую энергию, которая должна быть израсходована. Механическая мощность при точной синхронизации весьма мала .

Если включение происходит в момент, когда угол между ЭДС Еи напряжениемUравен δ_вкли , то для успешного включения должно выполняться соотношение

(3.23)

Графически это показано на рис. 3.17.

Рис. 3.17. Проверка успешности синхронизации

На основании отношения (3.23) легко определить относительную скорость включения , при которой процесс синхронизации может пройти успешно:

. (3.24)

При относительной скорости большей кинетическая энергия, накопленная ротором в относительном движении, не израсходуется при торможении и синхронизация окажется неуспешной, т. е. генератор, подключенный к сети, выпадает из синхронизма.

Из графических соотношений (рис. 3.17) и полученной формулы очевидно, что наибольшее допустимое отклонение скорости зависит от угла включения δ_вкл.