Основы регулирования синхронного компенсатора

Синхронный компенсатор (СК) — традиционный генератор реактивной мощности, используется в современных энергосистемах и как ее управляемый потребитель.

Режим генерирования (выдачи) или потребления определяется возбуждением СК. В соответствии с U-образной его характеристикой (рис. 1,а) при номинальном режиме возбуждении синхронный компенсатор выдает реактивную мощность:

Qск.ном= (1.1)

-при отсутствии возбуждения (JВ=0) — потребляет реактивную мощность

|- Qск.ном|= ≈ 0.5 Qск.ном . (1.2)

Наибольшая возможная загрузка СК потребляемой реактивной мощностью достигается

-при граничном отрицательном токе возбуждения — Iв.гр.

-при отсутствии возбуждения (IВ = 0) и внутреннем угле компенсатора δ=π/2, т.е. при расположении ротора по поперечной оси.

При этом получаем следующее уравнение:

|- Qск.гр|= ≈ 0.75 Qск.ном . (1.3)

Основная рабочая задача СК в сохранение синхронизма, а так как наибольшая возможная загрузка СК потребление реактивной мощьности достигается в граничном режиме, то и сам граничный режим потребления реактивной мощности будет определятся условием устойчивости работы СК и обусловлен синхронизирующим вращающим моментом создаваемым синхронным электромагнитным Мс и реактивным Мр моментами (обусловленным явнополюсностью) [4].

Mc = sinδ

Mp= ∙ sin2δ . (1.4)

В частности, при отсутствии возбуждения СК удерживается в синхронизме только за счет реактивного момента Мр.

П ри отрицательном возбуждении синхронный момент Мс противодействует реактивному и ухудшает устойчивость работы СК: отрицательное возбуждение уменьшает Xd, снижая эффект явнополюсности [1].

Рис.1. Характеристики синхронного компенсатора: а — идеальная U-образная характеристика; б — зависимость вращающих моментов от положения ротора; в— зависимости потребляемой реактивной мощности от угла

Теперь рассмотрим граничное значение, отрицательной Едгр .Для этого прировняем к нулю синхронизирующий момент с учетом угла δ и формулой (1.4) производной по этому углу.

Получим следующее выражение:

(Mc + Mp) ≈ cosδ + ∙ cos2δ = 0 . (1.5)

При δ = 0

-Eqгр= Uш = Uш . (1.6)

Из данной выведенной формулы следует, что при отрицательном возбуждении наибольшая потребляемая реактивная мощность —Qск.гр теоретически достигается в граничном режиме при δ = 0. Практически, в связи с наличием потерь активной мощности (на вентиляцию, трение) мощность — Qск.гр достигается при угле δ " π/10 (рис. 1,в).

В граничном режиме СК выпадает из синхронизма. Согласно (1.4) и рис. 1,б при δ = π/4 моменты равны

|- Mc.гр|= Mp.max , (1.7)

а при δ > π/4 синхронизирующий момент отрицательный.

Даже при отсутствии отрицательного возбуждения угол δ > π/4 увеличивается, поскольку реактивный момент уменьшается. При δ=π/2, т.е. при положении ротора по поперечной оси, сопротивление статора равно Xq, и потребляемая мощность достигает наибольшего значения (1.3) при отсутствии возбуждения (JВ=0). На такой режим возможен только в условиях искусственной устойчивости СК [3].