6.2. Автоматическое регулирование реактивной мощности синхронных компенсаторов

Синхронный компенсатор (СК) — традиционный генератор реактив­ной мощности, используется в современных ЭЭС и как ее управляемый потребитель. Режим генерирования (выдачи) или потребления опреде­ляется возбуждением СК. В соответствии с [/-образной его характери­стикой (рис. 6.1,а) при номинальном возбуждении (/_в._ном) синхронный компенсатор выдает реактивную мощность

^ U_m(Eq_HOM— и_ш) _f .

Q СКном = , (6.1)

x_d

а при отсутствии возбуждения (/_в = ность

0)

- <2ско| =

Ul

x_d

— потребляет реактивную мощ-

0,5Qckhom- (6.2)

Наибольшая возможная загрузка СК потребляемой реактивной мощ­ностью достигается или при граничном отрицательном токе возбужде­ния — /_в._гр, или при отсутствии возбуждения (/_в = 0) и внутреннем угле компенсатора 8 = 7г/2, т.е. при расположении ротора по поперечной оси. При этом

Qck

гр|

U²

^ ттт

х„

6)76QСКном •

(6.3)

Граничный режим потребления реактивной мощности определяется условием устойчивости работы СК — сохранением синхронизма. Син­хронизирующий вращающий момент создается синхронным электромаг­нитным М_с и реактивным (обусловленным явнополюсностью) М_р мо­ментами

E_gU_n X_d

Ulx_d

2

sin 8;

Х„

М_с =

М_р =

В частности, при отсутствии возбуждения СК удерживается в син­хронизме только за счет реактивного момента. При отрицательном воз­буждении синхронный момент противодействует реактивному и ухуд­шает устойчивость работы СК: отрицательное возбуждение уменьшает Xd, снижая эффект явнополюсности.

X_dx_q

sin 28.

(6.4)

Рис. 6.1. Характеристики синхронного компенсатора:

а — идеальная (/-образная характеристика; б — зависимость вращающих мо­ментов от положения ротора; в — зависимости потребляемой реактивной мощ­ности от угла

Граничное значение отрицательной ЭДС Е_дгр определяется прирав­ниванием к нулю производной синхронизирующего момента по углу 6. С учетом (6.4)

Em_c + M_p)«Si^L_{cosS + u}I ^^Ai_cos2j _{= 0}. (0.5)

CiO -S*-d d-s*- g

( 6.6)

При отрицательном возбуждении наибольшая потребляемая реак­тивная мощность — QcKrp теоретически достигается в граничном ре­жиме при <5 = 0. Практически, в связи с наличием потерь активной мощности (на вентиляцию, трение) мощность -QcKrp достигается при угле <5 « 7г/10 (рис. 6.1,в).

В граничном режиме СК выпадает из синхронизма. Согласно (6.4) и рис. 6.1,6 при <5 = 7Г/4 моменты равны

I

(6.7)

При <5 = 0

М_С'_Гр | — ilfj

а при <5 > 7Г/4 синхронизирующий момент отрицательный. Даже при отсутствии отрицательного возбуждения угол S > ж/4 увеличивается, поскольку реактивный момент уменьшается. При <5 = ж/2, т.е. при положении ротора по поперечной оси, сопротивление статора равно X_q, и потребляемая мощность достигает наибольшего значения (6.3) при отсутствии возбуждения (/_в = 0). Но такой режим возможен только в условиях искусственной устойчивости СК.

Искусственная устойчивость работы СК при расположении ротора по поперечной оси обеспечивается быстродействующим знакоперемен­ным автоматическим регулированием реверсивного возбуждения СК по отклонениям угла ±Д<5 от граничного значения <5_гр = ж/2. Возникаю­щие при этом положительный или отрицательный синхронизирующие вращающие моменты замедляют или ускоряют ротор, который, вибри­руя, удерживается в динамически равновесном положении по попереч­ной оси.

Обмотка возбуждения СК при этом выполняет роль только удержи­вающей ротор в указанном положении. Такую же роль удерживания ротора в положении по продольной оси, т.е. при угле <5 = 0, и отрица­тельном возбуждении может выполнять вторая удерживающая обмотка возбуждения, расположенная по поперечной оси ротора.

Такие СК с двумя обмотками возбуждения — основной продольной и сдерживающей поперечной — могут загружаться любой, ограниченной лишь термической стойкостью обмоток статора, потребляемой реактив­ной мощностью при угле положения ротора <5 « 0.

Режим значительного потребления реактивной мощности возможен только при автоматическом знакопеременном регулировании тока воз­буждения /_в? в поперечной обмотке LG2 (см. рис. 6.4). Потребляемая реактивная мощность определяется током возбуждения I_BCi в основной (продольной) LG 1 обмотке ротора.

Таким образом, как и в асинхронизированном генераторе (см. §5.10), автоматическое регулирование возбуждения СК с поперечной обмоткой ротора осуществляется двумя отдельными регуляторами, которые в от­личие от двух каналов АРВ АСГ не взаимодействуют между собой. Ис­точниками токов возбуждения /_вс/, I_Bq синхронного компенсатора служат два реверсивных тиристорных возбудителя, управляемые двумя автома­тическими регуляторами APB- d и АРВ-</.

Первый из указанных регуляторов APB-rf имеет лишь одно на­значение — поддержание напряжения U_m на шинах электростанции или подстанции путем изменения генерируемой или потребляемой ре­активной мощности СК. Он представляет собой пропорционально­дифференциальный (ПД-) регулятор, формирующий регулирующее воз­действие по отклонению напряжения А11_ш и его производной dU₁₁₁/dt.

Задачами второго регулятора АРВ-</ являются: удержание СК в ре­жиме искусственной устойчивости при положении ротора по продольной оси и отрицательном, не ограничиваемом условием (6.7) равенства отри­цательного электромагнитного и положительного реактивного вращаю­щих моментов, токе возбуждения I_B(i; предотвращение самораскачивания ротора и демпфирование его колебаний и поддержание, как указывалось, угла 5 « 0. Поэтому регулирующее воздействие U_perq формируется ПД- регулятором, функционирующим по отклонениям угла А5 от S = 0 и по его первой и второй производным.

Таким образом, достигается полное использование синхронных ком­пенсаторов не только в режиме генерирования, но и потребления реак­тивной мощности, причем возможна даже кратковременная, ограничен­ная лишь термической стойкостью форсировка СК по реактивной мощ­ности. Повышение скорости набора реактивной нагрузки и снижение инерционности СК с поперечной обмоткой ротора достигается частич­ной компенсацией его переходного сопротивления X'_d конденсаторами, включаемыми в цепь статора. Такие компенсированные СК имеют и другие полезные в смысле автоматического управления напряжением и реактивной мощностью свойства [22].