Уравнение характеристики мощности генератора при использовании арв пропорционального действия (4 видео)

Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ)

Согласно Правилам технической эксплуатации все генераторы независимо от их мощности и напряжения должны иметь устройство форсировки возбуждения, а генераторы мощностью 3 МВт и выше должны быть также оснащены автоматическими регуляторами возбуждения (АРВ).

Рис.1. Схема релейной форсировки возбуждения генератора

Простейшим автоматическим устройством, предназначенным для быстрого увеличения возбуждения генератора в аварийном режиме, является релейная форсировка возбуждения (реле KV и контактор КМ на рис.1). Принцип действия форсировки состоит в том, что при значительном снижении напряжения на зажимах генератора (обычно ниже 85% номинального) реле минимального напряжения К V замыкает свои контакты и приводит в действие контактор форсировки КМ, который, срабатывая, закорачивает сопротивление шунтового реостата в цепи возбудителя RR. В результате ток возбуждения возбудителя быстро возрастает до максимального значения и возбуждение генератора достигает предельного значения.

Рис.2. Схема APB генератора пропорционального действия

Широко распространенными APB являются устройства компаундирования в сочетании с корректором напряжения (рис.2).

Термин «компаундирование» обозначает автоматическое регулирование тока возбуждения машины в зависимости от тока статора. В нормальном режиме в случае увеличения тока статора (при активно-индуктивной нагрузке) напряжение генератора уменьшается, но устройство компаундирования автоматически увеличивает ток возбуждения возбудителя, а следовательно, и ток ротора генератора, благодаря чему напряжение на зажимах статора генератора восстанавливается.

Устройство компаундирования успешно работает и в аварийных режимах работы генератора, когда напряжение генератора снижается, а ток в обмотке статора значительно возрастает.

В схему компаундирования входят трансформаторы тока ТА, вторичные обмотки которых включены на промежуточный трансформатор Т, а также выпрямитель VD1, который выпрямляет ток компаундирования перед подачей его в обмотку возбуждения возбудителя LGE. Ток компаундирования I_K без учета коррекции пропорционален I_Г.

Компаундирование в чистом виде не может обеспечить достаточно точное поддержание напряжения генератора. Поэтому одновременно с регулированием возбуждения по току статора генератора применяется еще регулирование по напряжению статора. Для введения регулирующего импульса по напряжению трансформатор Т (универсальный трансформатор с подмагничиванием) оснащается еще обмотками 2 и 4 (рис.2,а).

Ток в обмотке 2 пропорционален U_Г. Фаза тока I_Н подобрана так, что ток I_Н совпадает по фазе с реактивной слагающей тока генератора. Поэтому при чисто активной нагрузке МДС обмоток 1 и 2 взаимно сдвинуты на 90°, а при чисто реактивной нагрузке генератора они совпадают по фазе.

Вследствие этого ток компаундирования при неизменных величинах I_Г и U_Г получается тем больше, чем ниже cosφ или выше реактивная нагрузка генератора, — это так называемое фазовое компаундирование, которое обеспечивает более точное поддержание напряжения, так как ток компаундирования зависит не только от абсолютного значения тока генератора, но и от cosφ.

Через обмотку 4 подмагничивания Т производится окончательная коррекция тока компаундирования относительно заданного значения U_Г при помощи корректора напряжения.

В общем случае в состав корректора напряжения входят измерительные элементы И1 и И2, включаемые в цепь трансформатора напряжения TV через установочный автотрансформатор Т1.

Принцип действия измерительного органа корректора поясняется рис.2,б. Выпрямленный ток I₁ на выходе измерительного элемента И1 прямо пропорционален входному напряжению. Поэтому этот элемент называется линейным.

Выпрямленный ток I₂ на выходе элемента И2, который называется нелинейным, имеет нелинейную зависимость от входного напряжения (рис.2,б). Оба тока I₁ и I₂ поступают в усилитель У, который реагирует на их разность и усиливает ее. Ток выхода корректора поступает в данном случае в обмотку 4 подмагничивания Т.

Из рис.2,б видно, что при снижении напряжения на входе измерительных элементов менее U₁ под действием разности токов (I₁-I₂) ток выхода корректора увеличивается. Корректор поддерживает то напряжение генератора, которое соответствует напряжению U₁ на входе измерительных элементов. С помощью автотрансформатора T₁ можно изменять настройку корректора.

Рассмотренная схема АРВ относится к группе регуляторов пропорционального действия, реагирующих на отклонение тока статора и напряжения статора генератора.

Разработаны и находятся в эксплуатации регуляторы сильного действия, реагирующие на скорости изменения параметров регулирования, а также на их ускорение. Устройство АРВ сильного действия в сочетании с быстродействующими системами возбуждения, имеющими высокие скорости изменения напряжения возбуждения и большие значения потолочного напряжения возбудителя, обеспечивает значительное повышение устойчивости параллельной работы генератора. С целью повышения эффективности в закон регулирования вводятся также составляющие Δf и f’.

Рис.3. Структурная схема АРВ сильного действия

Структурная схема АРВ сильного действия приведена на рис.3. Автоматическое регулирование возбуждения состоит из двух основных звеньев: измерительного звена и усилителя-сумматора.

В измерительное звено входят блоки измерения напряжения (БИН) и частоты (БИЧ). Блок БИН содержит предвключенный элемент БКТ, в котором происходит автоматическая коррекция измеряемого напряжения в зависимости от реактивной составляющей тока генератора. После БКТ сигнал поступает на измерительные элементы ΔU (отклонение напряжения) и U’ (производная напряжения), выход которых пропорционален указанным величинам. Блок БИЧ имеет измерительные элементы, выход которых пропорционален Δf и f’.

Усилитель-сумматор представляет собой двухкаскадный магнитный усилитель, выходной сигнал которого направляется на управление рабочей и форсировочной группами тиристоров быстродействующей системы возбуждения (исполнительный элемент).

Для улучшения характеристик АРВ (повышения быстродействия и др.) в схему регулятора обычно вводят обратные связи ОС.

Видео:Электромеханические переходные процессы. Угловая характеристика. АРВ. Действительный предел.Скачать

Параметры АРВ генератора и их влияние на статическую устойчивость

Рассмотрим работающий на холостом ходу генератор, регулирование напряжение Uг которого осуществляется регулятором прямо пропорционально напряжению управления Uу (функциональная схема системы регулирования приведена на рис.8.8).

где Ky — коэффициент пропорциональности (усиления).

В свою очередь, напряжение управления Uy прямопропорционально напряжению задания генератора Uгз

где Кз — коэффициент пропорциональности.

Подставляя значение напряжения Uy из выражения (8.2) в выражение (8.1), приводим последнее к виду

будем называть в дальнейших рассуждениях статическим коэффициентом усиления по напряжению генератора. С учетом выражения (8.3) схему на рис.8.8 преобразуем к виду (рис.8.9).

Система регулирования, функциональная схема которой приведена на рис.8.9, относится к разомкнутым системам регулирования, в которых имеет место воздействие регулятора на генератор, а обратного воздействия генератора на регулятор нет. Такие системы регулирования существовали на заре развития электроэнергетики. В настоящее же время применяются замкнутые системы регулирования, в которых имеется взаимное воздействие регулятора и генератора. Простейшим представителем такого семейства систем является система автоматического регулирования возбуждения пропорционального действия АРВ ПД с отрицательной обратной связью по напряжению генератора Uг. Эта система осуществляет регулирование по отклонению напряжения генератора от заданного значения Uгз путем формирования регулирующего воздействия Е, пропорционального этому отклонению. Функциональная схема системы приведена на рис.8.10.

В этой системе, в отличие от изображенной на рис.8.9, на выходе регулятора формируется регулирующее воздействие, пропорциональное отклонению, поэтому, заменяя в выражении 8.3 значение напряжения Uгз на отклонение получаем

Uг = KU = KU (Uгз — Uг) (8.5)

или, что то же самое при работе генератора без нагрузки

Eг = KU = KU (Uгз — Uг) . (8.6)

Представляя ЭДС Ег и напряжение Uг в виде

Eг = Eг0 + Eг , (8.7)

где Eг0, Uг0 — значения ЭДС Eг и напряжения Uг в исходном стационарном режиме работы генератора, а Eг и Uг — отклонение ЭДС Eг и напряжения Uг от их значений в исходном режиме работы, и подставляя их в выражение (8.6), приводим последнее к виду

Eг0 + Eг = KU (Uгз — Uг0) — KU Uг . (8.9)

Так как в исходном режиме работы генератора

Eг0 =KU (Uгз — Uг0) , (8.10)

то учитывая это в выражении (8.9), приводим последнее к виду.

Это выражение определяет закон пропорционального регулирования, из которого может быть определен статический коэффициент усиления по отклонению напряжения генератора

KU = Eг / Uг , (8.11)

определяющий величину принудительно производимого изменения ЭДС генератора Eг при возникновении по какой либо причине отклонения напряжения генератора Uг.

Отклонение называется ошибкой регулирования и показывает на сколько отличается напряжение ненагруженного генератора от заданного значения. Так как напряжение такого генератора, определенное из выражения (8.5)

Uг = KU Uгз / (1+KU) , (8.12)

Uгз — Uг = Uгз — KU Uгз / (1+KU) = Uгз / (1+KU) . (8.13)

Из последнего следует, что при большем коэффициенте усиления KU напряжение генератора Uг меньше отличается от заданного значения Uгз.

В случае работы генератора на сеть с нагрузкой функциональная схема системы АРВ ПД имеет, например, вид, представленный на рис.8.11.

В этом случае напряжение генератора

Uг = Ег — F(p) , (8.14)

где F(p) — величина снижения напряжения генератора при отдаваемой генератором нагрузке, например, активной мощности P. Эта величина, как было показано ранее, при увеличении мощности P генератора возрастает, а напряжение генератора в соответствии с выражением (8.14) снижается. При малом изменении режима баланс отклонений напряжения генератора ?Uг, ЭДС Eг и величины F(p) согласно выражению (8.14) пример

Uг = Ег — F(p) , (8.15)

Подставляя в это выражение значение отклонения ЭДС ?Ег из выражения (8.10) приводим его к виду.

Uг = -KUUг — F(p) , (8.16)

Из него находим установившееся отклонение напряжения генератора

Uг = F(p) / (1+KU ) . (8.17)

Из последнего следует, что при большом коэффициенте усиления KU и у нагруженного генератора снижение напряжения меньше. Это проиллюстрировано на рис.8.12.

В результате можно утверждать, что для приближения напряжения генератора к заданному значению и обеспечения большей степени поддержания его при колебаниях нагрузки следует увеличивать коэффициент усиления KU. Считается достаточным иметь этот коэффициент равным 50. Тогда ошибка регулирования напряжения генератора будет составлять около 2%.

Сказанное выше справедливо для установившегося режима работы генератора в электрической системе. Посмотрим: можно ли утверждать аналогичное принимая во внимание и переходный процесс в генераторе. В качестве причины, приводящей к переходному процессу, рассмотрим, например, подключение в электрической системе дополнительной активной нагрузки. В случае отсутствия регулирования возбуждения генератора его напряжение Uг, как это было показано ранее, должно снизиться, например, с Uгз до Uг1. Это снижение вызовет снижение электромагнитного момента генератора, то есть появление избыточного момента ?M на его валу, под действием которого ротор генератора будет совершать колебательное движение на фоне его вращательного движения с постоянной скоростью. Избыточный момент M таков, что он стремится вернуть обладающий определенной массой ротор генератора в состояние равномерного вращательного движения. Согласно же законам механики движение ротора генератора при этом будет колебательным. Так как при таком движении будет изменяться положение ротора генератора по отношению к роторам генератора приемной системы (угол ), то и переход напряжения генератора от Uгз до Uг1 будет колебательным. Неминуемые же потери энергии в переходном процессе делают эти колебания затухающими. Сказанное проиллюстрировано диаграммой изменения напряжения генератора в переходном процессе, приведенной на рис.8.13а. По завершении переходного процесса напряжение генератора установится на уровне Uгy=Uг1. Применение же регулятора возбуждения (АРВ ПД), как это отмечалось ранее, приводит к тому, что новое установившееся напряжение генератора Uгy имеет более высокий уровень (рис.8.13.б), то есть происходит его меньшее снижение. Однако работа регулятора возбуждения приводит к появлению дополнительного электромагнитного момента ?Mp генератора, стремящегося как избыточный момент ?M вернуть генератор в состояние равномерного вращательного движения. Поэтому движение генератора в переходном процессе более быстрое, то есть колебания режимных параметров, включая и напряжение генератора, происходят с большей частотой (рис.8.13б).

Из-за инерционности элементов системы регулирования возбуждения имеет место неизбежное запаздывание в появлении и действии дополнительного момента Mp генератора по отношению к избыточному моменту M. Это означает, что в отличие от момента ?M момент ?Mp за период совершают отличную от нуля работу, увеличивающую энергию колебательной системы. В свою очередь, это затягивает связанный с потерями процесс вывода энергии из колебательной системы, то есть увеличивает время протекания переходного процесса в генераторе (рис.8.13б).

При пропорциональном регулировании возбуждения изменение ЭДС генератора напряжения Eг пропорционально коэффициенту усиления KU (выражение (8.10)), изменение же момента Mp согласно закону Ампера пропорционально изменению тока возбуждения генератора, а следовательно и ЭДС Eг. Поэтому изменение момента Mp пропорционально коэффициенту усиления KU. Следовательно с увеличением коэффициента усиления KU увеличивается и момент Mp. Последнее, как это было отмечено выше, означает увеличение частоты колебаний режимных параметров, что, в свою очередь, ведет к большему запаздыванию в действии момента Mp и следовательно к увеличению закачиваемой при совершении им работы энергии в колебательную систему. При определенном максимально допустимом значении этого коэффициента усиления KUmax энергия, закачиваемая в систему за счет действия регулятора на каждом периоде колебаний, становится равной энергии потерь. Энергия системы при этом от периода к периоду не меняется, то есть колебания параметров носят незатухающий характер(рис.8.13в). При установке в регуляторе значения коэффициента усиления большего чем KUmax энергия, закачиваемая в систему за счет действия регулятора на каждом периоде колебаний, будет превышать энергию потерь, энергия системы от периода к периоду колебаний будет увеличиваться, поэтому будут увеличиваться амплитуда колебаний параметров, то есть система будет неустойчивой (рис.8.13г). Во избежание неустойчивости системы при применении АРВ ПД коэффициент усиления KU в нем следует устанавливать не более значения KUmax, а при желании иметь небольшое время переходного процесса — и того меньше.

При большей развиваемой генератором активной мощности P АРВ ПД приходится отрабатывать большее отклонение напряжения генератора Uг (рис.8.12). В результате при прочих равных условиях появляется больший момент Mp ,колебания будут происходить с большей частотой, будет большее запаздывание в действии момента Mp и большее значение закачиваемой в систему энергии при совершении работы этим моментом. Это означает, что режим незатухающих колебаний системы будет наступать при меньшем значении KUmax. Поэтому во избежание нарушения устойчивости генератора при большой активной нагрузке следует в большей степени ограничивать значение коэффициента усиления KU АРВ ПД. Это и проиллюстрировано на рис.8.14, где область ограничения кривой со стороны штриховки является областью допустимых значений коэффициента усиления KU.

Видео:Электромеханические переходные процессы.Статическая устойчивость. Угловая характеристика.Скачать

Устойчивость электрических систем (стр. 3 )

Уравнение характеристики мощности генератора при использовании арв пропорционального действия

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8

Характеристика мощности генератора, замещаемого ЭДС Е’q, может быть получена так же, как и характеристика явнополюсного генератора, если предположить, что

Подставив эти выражения в (9.8), получим

Рис. 9.5. К определению предела мощности генератора с АРВ: а — UG = const ; б, в — Е’ q , ; г — РПТ с зоной нечувствительности; для в Р Е’ q, = const ( S ) — кривая 1,

Характеристика мощности, соответствующая этому выраже нию, показана на рис. 9.5, в.

Если РПТ имеет зону не чувствительности* (см. п. 2.1.7), то критическим считается ре жим при d = 90°, т. е. предель ная мощность достигается в точке В (рис. 9.5, г). Что же происходит, если генератор, имеющий РПТ с зоной нечув ствительности, работает в об ласти углов d > 90°? Регулятор начинает работать лишь после того, как отклонение напряже ния ‘ в ту или иную сторону достигнет определенного зна чения. При меньших отклоне ниях, лежащих в зоне нечувст-

вительности, регулятор не работает. Границам зоны нечувстви тельности соответствут две внешние характеристики (рис. 9.6).

Допустим, что исходному режиму соответствует точка а. При небольшом возмущении, вызывающем увеличение угла, уменьша ется напряжение на шинах генератора. Но регулятор не работает до тех пор, пока отклонение угла лежит в зоне нечувствительности. При увеличении угла на валу генератора возникает ускоряющий избыточный момент, вызывающий

. Рис 9.6. Самораскачивание дальнейшее его увеличение. Когда траектория

генератора с РПТ с зоной нечувствительности

движения пересекает границу зоны нечувствительности (точка Ь), регулятор начинает работать.

Увеличение тока возбуждения, а следовательно ЭДС генера тора, замедляет снижение мощности, перемещая рабочую точку на характеристики мощности, соответствующие большим ЭДС (точки с, d ). В точке е избыток мощности исчезает, но инерция ротора вы зывает дальнейшее увеличение угла. В точке f угол становится максимальным, после чего начинает уменьшаться. После того как будет пройдена точка g , лежащая на внешней характеристике, ре гулятор начнет уменьшать напряжение возбудителя и кривая изме нения мощности пересечет внутренние характеристики мощности в обратном направлении. Таким образом, в сипу внутренней неустойчивости возникают незатухающие колебания угла d . Ампли туда этих колебаний зависит от ширины зоны нечувствительности регулятора, месте с углом колеблются напряжение, мощность и ток генератора. Эти колебания затрудняют контроль за работой генератора и заставляют отказываться от его эксплуатации в по добных режимах.

Обеспечить устойчивую работу генератора во всех точках, соответствующих углам d > 90°, позволяет усложнение системы регулирования возбуждения, которая должна реагировать не толь ко на изменение напряжения, но и на скорость и даже ускорение изменения напряжения. Такие регуляторы называются регуля торами сильного действия.

Регуляторы сильного действия обеспечивают постоянство напряжения на шинах генератора (без риска самораскачивания), поэтому генератор, снабженный такими регуляторами, может быть представлен в расчетах статической устойчивости напряжением на своих зажимах ( Uo = const ) и хG = 0.

Пример 9.1. В системе, показанной на рисунке, станция G выдает мощ ность через электропередачу напряжением 220 кВ длиной 220 км в систему, мощ ность которой значительно больше мощности станции.

Параметры электропередачи и исходного режима следующие:

x’d = 0.461, Xt, =0.197, xl = 0.7, xT2 = 0.142; P0 = 0.583, cos φ> = 0.85, UC= 1.

Требуется определить запас стати ческой устойчивости системы в сле дующих случаях: а) при отсутствии АРВ; б) при АРВ пропорционального типа; в) при АРВ сильного действия. Установить, как изменится запас статической устойчивости после включения реактора в начале линии при хP = 20.2.

Решение. 1. При отсутствии АРВ предел передаваемой мощности определяется исходя из условия постоянства синхронной ЭДС (Еq = const ).

Суммарное сопротивление элект ропередачи

Предел передаваемой мощности

Коэффициент запаса статической устойчивости

2. При установке на генераторах АРВ пропорционального типа предел пере даваемой мощности и устойчивости можно определить приближенно, исходя из постоянства ЭДС за переходным сопротивлением ( E ‘ = const ). Коэффициент запа са статической устойчивости при этом равен k 3 = 1.34.

3. Автоматические регуляторы возбуждения сильного действия в зависимости от их настройки обеспечивают постоянство напряжения либо на выводах генера торов, либо в начале линии. Определим предел устойчивости, принимая UG — const .

Суммарное сопротивление электропередачи

Напряжение на выводах генераторов

Предел передаваемой мощности

Коэффициент запаса статической устойчивости

Сопоставляя результаты расчетов, можно видеть, что АРВ пропорционального типа по сравнению со случаем отсутствия регулирования увеличивает запас статической устойчивости на 59 %, а в АРВ сильного действия — на 248 %. Повы шение пределов передаваемой мощности обусловлено тем, что АРВ полностью (АРВ сильного действия) или частично (АРВ пропорционального типа) исключает влияние собственных сопротивлений генераторов на предел передаваемой мощ ности.

Предельную мощность электропередачи по условиям статической устойчиво сти после включения реактора найдем как

Подставив в приведенные выражения параметры системы и режима, получим 1/У12 = 2.54 и Р max = 0.98 , отсюда коэффициент запаса статической устойчивости

Таким образом, включение в начале линии шунтирующего реактора приводит к повышению запаса статической устойчивости на 3 %. Увеличение запаса обуслов лено увеличением ЭДС вследствие возросшей реактивной нагрузки генератора.

При наличии на генераторах АРВ пропорционального типа положительный эффект от увеличения реактивной нагрузки, созданной реактором, был бы мень ше, а при АРВ сильного действия, поддерживающего постоянство напряжения в начале линии, включение реактора не оказывало бы влияния на предел переда ваемой мощности.

Г 9.8. ХАРАКТЕРИСТИКА МОЩНОСТИ ПРИ СЛОЖНОЙ СВЯЗИ •_. ГЕНЕРАТОРА С СИСТЕМОЙ

В сложной электрической системе (содержащей несколько электрических станций) мощность каждой станции (эквивалентно го генератора), отдаваемая в систему, зависит от модулей и сдви гов фаз ЭДС всех генераторов системы. Для электрической системы, схема которой изображена на рис. 9.7, а, выразим мощность, выдаваемую первой станцией в систему. Для этого восполь зуемся принципом наложения, согласно которому ток, протека

Рис. 9.7. К определению мощности генератора при его сложной связи с систе мой: а — принципиальная схема системы; б — схема замещения; в — взаимное расположение векторов ЭДС системы

наложения трех токов. Ток I 11 (схема замещения системы на рис. 9.7, б) представляет собой ток, который протекал бы по обмотке этого генератора в том случае, если бы ЭДС остальных генераторов были равны нулю, но цепь через обмотки этих генераторов оставалась бы замкнутой на землю. Второй ток I]2 вызывается ЭДС генератора 2, если ЭДС генераторов 1 и 3 закорочены. Ток I13 вызывается ЭДС генератора 3 при закороченных ЭДС генераторов 1 и 2.

Налагая токи трех рассмотренных режимов, друг на друга, по лучим полный ток в цепи первого генератора (рис. 9.7, б)

I 1 = I 11 — I 12 — I 13

Составляющие полного тока пропорциональны соответствующим ЭДС. Коэффициенты пропорциональности между ЭДС и то ком зависят от конфигурации сети и сопротивлений отдельных ее ветвей и называются собственными и взаимными про водимостями цепи. Выражения для составляющих можно представить следующим образом:

I 11 = E 1 Y 11 I 12 = E 2 Y 12 , I 13 = E 3 Y 13 . (9.11)

Здесь Y 11 — собственная проводимость; Y 12 , Y 13 — взаимные прово димости сети.

С учетом (9.11) выражение полного тока первого генератора примет вид

I 1 = E 1 Y 11 — E 2 Y 12 — E 3 Y 13 .

Комплексное значение мощности определяется умножением сопряженного комплекса тока на комплекс соответствующей ЭДС (см. Приложение 4):

S 1 = E 1 Ê1Ŷ11 = E 1 Ê2Ŷ12 — E 1 Ê3Ŷ13. (9.12)

Если обозначить фазовые углы ЭДС Е1 Е2 и Е3, отсчитываемые относительно произвольной оси (рис. 9.7, в), через d , d 2 и d 3 , а ар гументы комплексных собственных и взаимных сопротивлений ветвей

Z 11 = 1/ Y 11 , Z 12 = 1/ Y 12, Z 13 = 1/ Y 13

— черезΨ1Ψ2,Ψз, то выражение (9.12) можно записать в виде