Лекция. Автоматическое регулирование возбуждения и форсировка системы возбуждения для повышения устойчивости энергосистем

Содержание лекции: автоматическое регулирование возбуждения, электромашинные системы возбуждения, АРВ сильного действия, форсировка системы с целью сохранения устойчивости, области устойчивости.

Цель лекции: изучить методы выбора закона регулирования АРВ для сохранения статической и динамической устойчивости.

 

Причинами нарушения статической устойчивости станции, передающей мощность в энергосистему, могут быть: снижение эквивалентной э.д.с. Е₁ передающей станции или напряжения U_с на приемном конце электропередачи.

Процесс нарушения статической устойчивости характеризуется постепенным нарастанием тока и реактивной мощности по линии, снижением напряжения на подстанциях с последующим лавинообразным протеканием процесса и периодическими колебаниями таких электрических параметров, как токи, мощность, напряжения. Ти­пичная осциллограмма нарушения статической устойчивости приведена на рисунке 2.1.

Нарушения статической устойчивости в энергосистемах структуры I происходят главным образом в послеаварийном режиме вследствие отключения одной из сильно загруженных параллельных линий, т.е. увеличения x_∑. Кроме того, имеют место нарушения устойчивости, обусловленные понижением напряжения в приемной или передающей частях энергосистемы. В частности, наблюдались случаи нарушения устойчивости гидростанций в период их ввода в эксплуатацию при работе с временными схемами возбуждения в результате потери возбуждения генераторов (т.е. снижение эквивалентной э.д.с. станции Е₁ и как следствие нарушение статической устойчивости). Причиной нарушения статической устойчивости было также возникновение дефицита реактивной мощности в приемной системе конечной мощности.

Основной широко используемый способ повышения статической устойчивости – автоматическое регулированияя возбуждения генераторов [2, 11].

Все системы возбуждения современных турбоагрегатов можно разделить на две группы: электромашинные системы возбуждения, постоянная времени которых составляет 0,3—0,5 с из-за наличия электромагнитной инерции возбудителя; системы возбуждения с управляемыми выпрямителями, постоянная времени которых со­ставляет 0,04—0,05 с и не зависит от источника питания выпря­мителя.

До последнего времени для возбуждения турбо- и гидрогенераторов в основном применялись возбудители постоянного тока, сочлененные непосредственно с валом основного генератора.

Для работающих турбоагрегатов 200—800 МВт и проектируемых агрегатов мощностью свыше 1000 МВт выполнение обычных электромашинных возбудителей, соединенных с валом генератора, из-за большой требуемой мощности возбудителя оказывается технически очень сложным. Для них создаются новые системы возбуж­дения в основном с применением ионных и полупроводниковых управляемых выпрямителей.

С электромашинными системами возбуждения, как правило, используются АРВ пропорционального типа, которые регулируют возбуждение по отклонению одного-двух параметров. С системами возбуждения с управляемыми выпрямителями применяются АРВ сильного действия, которые производят регулирование, как по откло­нению режимных параметров, так и по их производным.

С точки зрения обеспечения устойчивости (как статической, так и динамической) энергосистем целесообразно сопоставить различные системы возбуждения крупных турбогенераторов и АРВ по их быстродействию, кратности форсировки, повышению пределов устойчивости, демпфированию колебаний в переходных процессах. С этих позиций любую систему возбуждения и АРВ можно охарактеризовать постоянной времени возбудителя τ_е, постоянной времени регулятора т_р, кратностью потолочного возбуждения k_e, скоростью нарастания возбуждения υ_e, законом регулирования и коэффициен­тами усиления АРВ. В ГОСТ на синхронные машины по системам возбуждения и АРВ регламентированы только две величины k_e и υ_e:

 

Таблица 9.1

Наименование генератора	ke, ед. ном.возб.	vе, ед.возб/с
Турбогенераторы, Гидрогенераторы
Р<50 МВт	1,8
Р*>50 МВт	—	—

*Оговариваются особо заказчиком.

 

К электромашинным системам возбуждения с АРВ пропорцио­нального типа относятся высокочастотная система возбуждения, электромашинная с возбудителем постоянного тока с компаундированием, корректором и релейной форсировкой, электромашинная с редукторным приводом, бесщеточная. В АРВ, работающих с этими системами возбуждения, обычно применяется регулирование по отклонению напряжения ΔU при наличии компаундирования по ΔI. Практически при расчетах синхронной динамической устойчивости (§ 2-2) можно учитывать только регулирование по ΔU, а для элек­тромашинной системы с компаундированием, корректором и релей­ной форсировкой — только действие релейной форсировки, поскольку постоянная времени корректора примерно равна τ_корр≈2 с и его действие не оказывает влияние на первые периоды переходного про­цесса, а компаундирование очень незначительно увеличивает нара­стание возбуждения только в процессе к.з.

В высокочастотной системе возбуждения (см. исунок 9.1) выпрямление переменного тока осуществляется неуправ­ляемыми кремниевыми выпрямителями. В качестве возбудителя ВГТ используется индукторный генератор 500 Гц, имеющий три обмотки: одну, включенную последовательно с обмоткой возбуждения генера­тора и две независимые. Две последние обмотки питаются либо от под возбудителя (как показано на схеме), либо от выводов ВГТ.

Регулирование возбуждения выполняется по отклонению напряжения ΔU, причем k_ΔU =20÷50 ед. возб./ед. напр., т.е. при минималь­ном значении k_ΔU и при снижении напряжения на 5% система возбужде­ния обеспечивает дополнительно 1 ед. возб.

а – принципиальная схема высокочастотная система возбуждения; б – нагрузочная характеристика возбудителя; в – изменение напряжения возбуждения в переходном режиме; г — изменение э.д.с. Е'_q в переходном режиме; ТГ — турбогенератор; БОФ — блок ограничения форсировки; АРБ — автоматический регулятор возбуждения; УБФ — устройство бесконтактной форсировки; ОВ₁ — обмотка независимого возбуждения, питающаяся от УБФ; ОВ₂— обмотка не­зависимого возбуждения, питающаяся от АРБ; СО — последовательная обмотка возбудителя; ВГТ—высокочастотный возбудитель; БЧП — высокочастотный под возбудитель; ОБ — обмотка возбуждения основного турбогенератора; В₁, В₂ — выпрямители.

 

Рисунок 9.1 - Высокочастотная система возбуждения

 

С точки зрения статической устойчивости высокочастотная система возбуждения с АРВ пропорционального типа аналогична другим электромашинным системам возбуждения и обеспечивает выполнение практического критерия устойчивости

 

(9.1)

 

где E'_q — переходная э.д.с. в предельном режиме.

 

ТГ — турбогенератор; i_yK—ток компаундирования; i_кор — ток корректора напряжения; РФ-релейная форсировка; R_п -постоянно включенное активное сопротивление; АГП — автомат гашения поля; ВПТ — возбудитель постоянного тока;

ШР — шунтовой реостат; ОВ – обмотка возбуждения основного генератора;

ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя.

 

Рисунок 9.2 - Принципиальная схема электромашинной системы возбуждения с компаундированием, корректором и релейной форсировкой