1 Автоматичне регулювання збудження синхронних генераторів

1.1 Призначення автоматичного регулювання

Технічна необхідність і економічна доцільність автоматичного регулювання збудження синхронних генераторів обумовлюються специфічними особливостями процесу виробництва і розподілу електроенергії. Збудження визначає напругу синхронного генератора. Напруга різна по абсолютному значенню і по фазі в кожному з вузлів схеми електроенергетичної системи. Відмінність напруг обумовлюється передачею (транспортуванням) електроенергії. Напруга на початку лінії електропередачі (рис. 1.1,а) від гидро- або теплової електростанції ЕС в електроенергетичну систему С відрізняється від напруги Uc системи на , визначене активною Рл і реактивною Qл потужностями в линії:

(1.1)

З (1.1) і векторної діаграми рис. 1.1,6 видно, що відмінність напруг по фазі необхідна для передачі активної потужності

(1.2)

відмінність абсолютних значень напруг визначається згідно (1.1) переважно реактивною потужністю електропередачі.

При даній напрузі Uc передавана потужність Рл визначається вектором напруги на початку лінії електропередачі. При незмінних абсолютних значеннях напруг Uл і Uc і куті по лінії передається, як відомо, щонайбільша можлива потужність — гранична потужність лінії .Якщо напруга у міру зростання потужності Рл зменшується, що має

Рисунок 1.1 - Ілюстрація необхідності відмінності між векторами напруги на початку і в кінці лінії електропередачі:

а- схема лінії; б - векторна діаграма.

місце при незмінній нерегульованій ЕРС генераторів станції, то кут досягає граничного значення при Р_л<Р_л,пр. При подальшій спробі збільшення передаючої потужності порушується статична стійкість електропередачі.

При раптовому зниженні напруги під час короткого замикання в електроенергетичній системі збереження синхронної роботи електростанцій залежить від швидкості відновлення напруги в процесі і після відключення короткого замикання. У разі настання асинхронного ходу від швидкості відновлення і рівнів напруги залежить успішність і час відновлення синхронної роботи електричних станцій.

Тому автоматичне регулювання збудження синхронних генераторів має важливе значення для забезпечення статичної, динамічної і результуючої стійкості електропередачі.

Струм збудження генератора G (рис. 1.2,а) визначає його ЕРС (рис. 1.2,6), напруга і напруга лінії, зв'язані між собою співвідношеннями, аналогічними (1.1). За відсутності автоматичного регулювання збудження ЕРС сonst. Реактивна потужність генератора

(1.3)

де .

Активна потужність електропередачі визначається характеристикою 1 (рис. 1.2,в):

(1.4)

Щонайбільша передаюча активна потужність досягається при куті .

Активній потужності відповідає певна реактивна потужність. Зокрема, для кута для неявно полюсного генератора така залежність є рівнянням кола

Рисунок 1.2- Схема і характеристики електропередачі:

а— схема; б —векторна діаграма; в — характеристики потужності; г — гранична залежність між реактивною і активною потужностями.

(1.5)

з центром, розташованим на осі реактивної потужності і радіусом (рис. 1.2 г, крива 1). Точки перетину кола з віссю відповідають щонайбільшій генеруючій і споживаним реактивним потужностям.

При автоматичному регулюванні збудження щонайбільша по умові статичної стійкості активна потужність, що віддається генератором, зростає унаслідок збільшення ЕРС Eq. Щонайбільша передаюча потужність визначається характеристикою 2 (рис. 1.2,в), відповідній =const, досягається при кутах і може значно перевищувати щонайбільшу потужність за відсутності регулювання збудження. При цьому залежність реактивної потужності від активної неявно полюсного генератора при граничному куті зображається графіком 2 (рис. 1.2,г).

Характеристика потужності 3 (рис. 1.2,в) відповідає автоматичній зміні струму збудження, при якому підтримується незмінним напруга генератора const. Щонайбільша передаюча потужність досягає максимально можливого значення, відповідного граничній потужності лінії.

Розглянуті два результати впливу на пропускну спроможність і статичну стійкість електропередачі автоматичного регулювання збудження синхронних генераторів практично забезпечуються відповідно двома основними видами автоматичного регулювання збудження, а саме: пропорційного типу і сильної дії. При пропорційному регулюванні регулююча дія визначається відхиленням напруги від заданого значення, струмом навантаження генератора і коефіцієнтом потужності ( ). Для вироблення дії на синхронний генератор при автоматичному регулюванні збудження сильної дії використовуються похідні (перша і друга) напруги і інших режимних параметрів електропередачі.

Підвищення динамічної стійкості електропередачі досягається швидким збільшенням струму збудження до його гранично допустимого значення — так званим форсуванням збудження синхронного генератора. Для забезпечення результуючої стійкості шляхом розсинхронізації генератора, а також і в інших випадках необхідно його розбудження. Форсування збудження і розбудження здійснюються пристроями релейного автоматичного управління збудженням.

Автоматичне регулювання і релейне управління збудженням сприяють швидкому н повному гасінню коливань, що виникають після відновлення синхронної роботи електропередачі, підвищують чіткість дії пристроїв релейного захисту, сприяють швидкому відновленню напруги після відключення коротких замикань, полегшуючи само запуск електродвигунів, і вирішують інші задачі по поліпшенню якості режимів електроенергетичної системи.

Відповідним регулюванням збудження забезпечується необхідне для оптимального режиму розподіл реактивної потужності між синхронними генераторами електростанції і потоків реактивної потужності по лініях електропередачі.