Лекция 7. Процессы в ЭЭС при внезапном изменении нагрузки

При резком изменении нагрузки синхронного генератора возникают отклонения напряжения на шинах электростанции и частоты вращения приводных двигателей, что оказывает вредное влияние на работу потребителей электроэнергии. Поэтому для повышения качества электроэнергии необходима автоматическая стабилизация напряжения и частоты в ЭЭС. Разные системы возбуждения и регулирования напряжения СГ обеспечивают разное качество электроэнергии. Расчеты изменения напряжения СГ в динамическом режиме могут производится различными методами – аналитическим, графоаналитическим и с применением ЭВМ. Обычно расчеты отклонения напряжения производятся для следующих режимов:

-включение статической нагрузки;

-включение импульсной нагрузки;

- пуск асинхронного двигателя;

- переключение группы вращающихся асинхронных двигателй;

- грубой и точной синхронизации.

 

Качество напряжения в переходных режимах принято контролировать по координатам графика переходного процесса (кривая на рис.7.1).

Рис. 7.1 Временная диаграмма провала напряжения СГ

Координаты переходного процесса означают:

А – начало переходного процесса(начало изменения тока нагрузки);

В – максимальный провал напряжения в ходе переходного процесса;

С – первое восстановление напряжения до уровня возможных отклонений в статическом режиме (е_н, - е_н);

D – окончание переходного процесса.

Для количественной оценки переходного процесса выбраны следующие величины (координаты):

_o – начальное изменение напряжения (точка А);

_m – максимальное изменение напряжения (точка В);

t_m - время, соответствующее максимальному отклонению напряжения (точка В);

t_в – время первого восстановления напряжения до уровня, допустимого в установившемся режиме (точка С);

t_у - время окончательного восстановления напряжения (время затухания переходного процесса) (точка D).

Вышеозначенные параметры нормируются Правилами эксплуатации ЭЭС, чтобы обеспечивалась нормальная работа всех потребителей. Особенно это относится к ∆u_m, t_в, и t_у.

Рассмотрим процесс изменения напряжения СГ при прямом пуске асинхронного короткозамкнутого двигателя, В процессе пуска двигателя его пусковой ток (больше в 5-7 раз номинального) изменяется незначительно, имеет индуктивный характер и снижается лишь в конце процесса разгона (рис.7.2). Это позволяет рассматривать наброс асинхронной нагрузки как включение некоторого постоянного индуктивного сопротивления х_д. В этом случае процессы в СГ аналогичны тем, которые имеют место при внезапном к.з. Проникновение потока реакции статора в ротор соответствует тому, что индуктивное сопротивление генератора в неустановившемся режиме не остается постоянным: вначале оно равно х^”_d (сверхпереходный режим), затем увеличивается до x’_d (переходный режим) и, наконец, достигает значения x_d (установившийся режим).

Поскольку время протекания пускового тока значительно больше времени сверхпереходного режима значение максимального снижения напряжения определяется интенсивностью затухания переходного процесса в синхронном генераторе и быстродействием системы автоматического регулирования напряжения (САРН). Поэтому характер изменения напряжения можно представить как наложение процессов понижения напряжения генератора без регулятора (кривая 1 рис. 7.3 а) и повышения напряжения генератора под действием САРН (кривая 2 рис.7.3 а), что в сумме дает результирующую кривую 3.Эта кривая характеризуется мгновенным провалом напряжения ∆u_о, явно выраженным минимальным значением напряжения U_min при t_m и полным временем восстановления t_у

Рис.7.2 Характер изменения пускового тока в процессе разгона асинхронного двигателя.

 

 

Рис.7.3 Изменение напряжения синхронного генератора а) и напряжения возбуждения б) после включения нагрузки

 

 

Под действием САРН происходит нарастание напряжения на обмотке возбуждения и соответственно нарастания напряжения на зажимах генератора. (по кривой 2). Нарастание напряжения возбуждения происходит по эспоненциальной кривой (рис 7.3б) Эта кривая характеризуется значением потолочного напряжения u_п и скоростью нарастания напряжения К. Скорость К (В/с) показывает на сколько вольт увеличилось напряжение в течение 0.5 с с момента начала его нарастания. В целях упрощения расчетов прцесс нарастания напряжения возбуждения принимают прямолинейным (К = tg α) в соответствии с формулой u_в =Кt. Коэффициент К имеет разные значения в зависимости от типа систем возбуждения генератора. Для генераторов с возбудителем постоянного тока К = 4÷ 6 (в относительных единицах), для генераторов с самовозбуждением К > 15.

Значение максимального провала напряжения определяется интенсивностью затухания переходного процесса в генераторе (кривая 1) и быстродействием САРН (кривая 2).