Глава 5. Автоматическое регулирование

напряжения и реактивной мощности синхронных генераторов

1. Назначение автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности

Техническая необходимость и экономическая целесообразность авто­матического регулирования напряжения и реактивной мощности обу­словливаются специфическими особенностями процесса производства и распределения электроэнергии. Напряжение, определяемое возбуждени­ем синхронных генераторов, различно по абсолютному значению и по фазе в каждом из узлов схемы электроэнергетической системы. Оно является многомерным вектором (рис. 5.1,6). Различие напряжений не­обходимо для передачи (транспортировки) электроэнергии. Напряжение f/j, в начале линии электропередачи (рис. 5.1,а) от гидро- или тепловой электростанции ЭС в электроэнергетическую систему ЭЭС отличается от напряжения Щ системы на Л/7, определяемое активной Р_л и реак­тивной <2л мощностями в линии

Ел = ^ + Д£ = ^ + -пг + ;тлг = Uc + ij>x_a + jhx_a. (5.1)

Г'с^л

Из (5.1) и векторной диаграммы рис. 5.1,6 видно, что:

• различие напряжений по фазе необходимо для передачи активной мощности

Р=-(5.2)

^Л

• различие абсолютных значений напряжений определяется реактив­ной мощностью электропередачи.

Рис. 5.1. Схема (а) и векторная диаграмма напряжений (б) электропе­редачи

При данном напряжении передаваемая мощность Р_л определяется вектором напряжения У__п и реактивной мощностью Q_n.

При неизменных абсолютных значениях напряжений Р_л и U_c и угле $л.пр = тг/2 по линии передается, как известно [1, 2], наибольшая воз­можная мощность — предельная мощность линии Р_л._пр.

Если напряжение 11_л по мере возрастания мощности Р_л уменьшает­ся, что имеет место при неизменной нерегулируемой ЭДС генераторов электростанции, то угол 6_Л достигает предельного значения £_л._пр при Р_л < Рл.пр- При дальнейшей попытке увеличения передаваемой мощно­сти нарушается статическая устойчивость электропередачи.

При внезапном снижении напряжения во время короткого замыкания в электроэнергетической системе сохранение синхронной работы элек­тростанции зависит от скорости восстановления напряжения в процессе и после отключения короткого замыкания.

В случае наступления асинхронного хода от скорости восстановле­ния и уровней напряжения зависит успешность и время восстановления синхронной работы электрических станций. Поэтому автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности имеет важное зна­чение для обеспечения статической, динамической и результирующей устойчивости электропередачи.

Конечным пунктом транспортировки электроэнергии является ее по­требитель. Напряжение потребителя должно иметь номинальное значе­ние вне зависимости от случайных изменений ситуации в электроэнер­гетической системе или количества потребляемой электроэнергии. На­пряжение — один из показателей качества электроэнергии. Согласно ГОСТ на нормы качества электрической энергии отклонение напряже­ния у потребителей не должно превышать ±5% номинального, только в послеаварийных режимах допускается понижение напряжения на 10%. Указанные нормы могут быть выдержаны только при автоматическом регулировании напряжения.

Таким образом, основными задачами автоматического регулирова­ния напряжения и реактивной мощности являются:

• обеспечение рациональных потоков реактивной мощности в про­цессе передачи электроэнергии от электрических станций к потре­бителям;

• сохранение или повышение статической устойчивости электропе­редач в нормальных режимах работы;

• повышение динамической и результирующей устойчивости элек­троэнергетической системы в аварийных режимах;

• обеспечение требуемого напряжения у потребителей, т.е. обеспе­чение одной из норм качества электроэнергии.

Указанные задачи автоматического регулирования напряжения и ре­активной мощности решаются:

• автоматическим регулированием возбуждения синхронных генера­торов электростанций;

• регулированием возбуждения синхронных компенсаторов и элек­тродвигателей;

• регулированием мощности управляемых статических источников реактивной мощности;

• автоматическим регулированием коэффициентов трансформации трансформаторов.

Синхронные машины, управляемые источники реактивной мощности и трансформаторы с устройствами изменения их коэффициентов транс­формации являются регулируемыми объектами.