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 (ен, - ен);
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);
tm - время, соответствующее максимальному отклонению напряжения (точка В);
tв – время первого восстановления напряжения до уровня, допустимого в установившемся режиме (точка С);
tу - 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 ∆um, tв, и tу.
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 хд. 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 xd (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 ∆uо, явно выраженным минимальным значением напряжения Umin при tm и полным временем восстановления tу
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 uп 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 uв =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).
