2.11. Общая характеристика и дифференциальные уравнения регулирования возбуждения генератора

На протяжении ряда десятилетий возбуждение генераторов осуществлялось только лишь от генератора постоянного тока, выступающего в роли возбудителя. Такая система возбуждения называется электромашинной.

Эти системы возбуждения использовались совместно с автоматическим регулятором возбуждения пропорционального действия (АРВПД).

В настоящее время возбудители постоянного тока вытесняются полупроводниковыми (тиристорными) возбудительными системами, которые составляют основу автоматического регулятора возбуждения сильного действия (АРВСД).

Функции АРВСД:

1. Устойчивое регулирование напряжения генератора во всех эксплуатационных режимах с заданной точностью.

2. Повышение статической и динамической устойчивости работы генератора в электроэнергетической системе.

3. Демпфирование послеаварийных качаний роторов синхронных машин в системе.

4. Ограничение перегрузок электрических машин по току статора и току ротора.

5. Обеспечение режимов пуска и включения в сеть методами точной син-

хронизации и самосинхронизации, а также для эффективного гашения магнитного поля при действии релейных защит.

6. Обеспечение работы генераторов в системах группового регулирования напряжения генераторов электроэнергетической системы.

Для исполнения этих функций АРВСД реагирует не только на отклонения режимных параметров (напряжения и частоты), но и на производные этих и других параметров (ток возбуждения i_f).

Первая и вторая производные угла пространственного положения ротора генератора прямо пропорциональны отклонению частоты Δf и производной частоты Δf ' = f '.

Статическую устойчивость (СУ) электроэнергетической системы на практике удобно оценивать с помощью области устойчивости, которая строится в плоскости коэффициентов регулирования. Границы области СУ зависят от изменения режима работы генератора и коммутации схемы электрической станции и ЛЭП.

Для возможности работы с одной настройкой регулятора важно иметь наиболее широкую область СУ. В связи с этим для получения широкой области СУ необходимо иметь дополнительные стабилизирующие сигналы, например, по скорости изменения тока возбуждения .

При настройке АРВ проверяется действие регуляторов в различных условиях и выбираются такие уставки стабилизирующих сигналов, при которых обеспечивается устойчивое регулирование и увеличение СУ. Но при этом настройка АРВ, выбранная из условий демпфирования малых колебаний, часто не совпадает с оптимальной, которая выбрана из условий подавления больших колебаний.

Для расчета статической и динамической устойчивости целесообразно

иметь математическое описание, под которым понимается закон регулирования и параметры АРВ.

Под законом регулирования обычно понимают совокупность режимных параметров ЭЭС, подаваемых на измерительный элемент АРВ. Это может быть один или несколько режимных параметров. Чаще всего в качестве режимных параметров, подаваемых на измерительные элементы АРВ, являются:

а) напряжение на шинах генератора либо напряжение за повышающим трансформатором на шинах высшего напряжения (напряжение в контролируемой точке);

б) частота этого напряжения в контролируемой точке;

в) ток возбуждения ротора.

АРВСД дает принципиальную возможность поддерживать практически постоянное напряжение в контролируемой точке, причем во всех эксплуатационных режимах, в т. ч. переходных процессах.

АРВПД обеспечивает постоянное поддержание поперечной составляющей переходной ЭДС .

При выполнении приближенных практических расчетов это позволяет учитывать значение:

– при АРВСД – U_гq = const за x_г = 0;

– при АРВПД – Е'_q = const за x _г= .

Закон регулирования и параметры АРВ определяют изменения вынужденной составляющей ЭДС ΔΕ_qe синхронной машины, обусловленной действием АРВ.

Математически это изменение определяется по формуле

,

где Т_p – постоянная времени измерительного элемента АРВ; Т_e – постоянная времени силового элемента АРВ; – передаточная функция АРВ по параметру ΔП_j; ΔП_j – параметры регулирования.

Это выражение является справедливым как для АРВПД, так и АРВСД. При этом АРВПД и АРВСД будут различаться между собой только лишь передаточной функцией и параметрами АРВ.

В некоторой идеализации эти передаточные функции могут определяться так:

АРВПД – ;

АРВСД – ,

где – коэффициент усиления канала регулирования по отклонению напряжения;– коэффициент усиления канала регулирования по отклонению частоты;– постоянная времени дифференцирующего звена, которое моделирует канал по частоте; К_1f – коэффициент усиления канала регулирования по первой производной частоты; Т_1f – постоянная времени дифференцирующего звена, которое моделирует канал регулирования по первой производной частоты;

АРВПД и АРВСД различаются между собой:

а) величинами коэффициентов по отклонению напряжения (по точно-

сти поддержания напряжения) в контролируемой точке ;

АРВПД = 15; 25; 50 ;

АРВСД = 25; 50; 100; 150; 200 ;

б) способу стабилизации автоматического регулирования.

АРВПД стабилизация осуществляется введением либо увеличенной постоянной времени в измерительные элементы напряжения, либо применением гибкой отрицательной обратной связи, которая охватывает обмотку возбуждения и в результате увеличивает эквивалентную постоянную времени возбуждения Т_в .

В АРВСД стабилизация регулирования осуществляется с помощью использования каналов регулирования по производным режимных параметров.