Автоматическом регулировании возбуждения генераторов

Расчеты статической устойчивости в зависимости от их назначения проводятся в различном объеме и с различной степенью точности.

Современные системы автоматического регулирования возбуждения (АРВ) представляют собой достаточно сложные устройства. Они предназначены для изменения тока возбуждения при изменении режима работы генератора в энергосистеме. Устройства АРВ в зависимости от параметра, на который они реагируют и характера этой реакции разделяются на две большие группы: пропорционального действия АРВ ПД и сильного действия АРВ СД.

Автоматические регуляторы возбуждения пропорционального действия реагируют на знак и отклонение напряжения (и тока) от установленного значения. В АРВ СД регулирование возбуждения осуществляется не только по отклонению напряжения, но и по его производной, а также по отклонению и производной каких-либо режимных параметров, т.е. параметров стабилизации, например, частоты. При упрощенных, грубых расчетах устойчивости действие этих устройств отражается введением соответствующих параметров и в простейшую схему замещения синхронной машины. Генераторы с АРВ пропорционального действия замещаются э.д.с. () приложенной за сопротивлением , а при сильном регулировании возбуждения такие расчеты выполняются при и , т.е. при неизменном напряжении на шинах генератора.

Указанные схемы замещения регулируемых синхронных машин используются при ориентировочных расчетах статической устойчивости, проводимых на стадии проектирования (для выбора номинального напряжения, числа цепей и т.д.), при построении угловых характеристик мощности, определении пропускной способности электропередач, или при эксплуатационных расчетах, когда известно, что возможность самораскачивания в системе исключена.

С учетом сказанного расчетная схема замещения исследуемой сети (рис.2.1) при автоматическом регулировании возбуждения генераторов имеет такой же вид, как и при отсутствии АРВ (рис.2.2), с той лишь разницей, что вместо и сопротивления используется э.д.с. и сопротивление при АРВ ПД, а при АРВ СД из расчетной схемы сопротивление генератора исключается, а расчет выполняется при .

Вычисление э.д.с. осуществляется по выражению:

. (2.22)

Полный угол электропередачи при использовании на генераторах электростанции АРВ пропорционального действия равен:

.

Выражения для характеристики мощности генераторной станции при автоматическом регулировании возбуждения генераторов имеют вид:

при АРВ ПД:

; (2.23)

при АРВ СД:

. (2.24)

Проводимости , и углы потерь , в выражениях (2.23) и (2.24) определяются для соответствующих расчетных схем:

при замещении генератора сопротивлением ,

при исключении из расчетной схемы сопротивления генератора .

В курсовой работе следует рассчитать по (2.16), (2.23), (2.24) характеристики мощности для случаев:

- отсутствия АРВ на генераторах электрических станций;

- при АРВ пропорционального действия;

- при АРВ сильного действия.

Характеристики мощности для всех рассмотренных случаев для большей наглядности должны быть построены на одном рисунке. Для всех трех случаев должен быть определен предел передаваемой мощности, предельный угол электропередачи и коэффициент запаса статической устойчивости по активной мощности по выражению (2.21). Также следует выполнить проверку правильности расчетов: при подстановке полного угла электропередачи в выражение для характеристики мощности должно получиться значение заданной активной мощности генераторной станции.

Для рассмотренных случаев необходимо сделать заключение об устойчивости системы и об обеспечении требуемых запасов по устойчивости. Следует пояснить влияние автоматического регулирования возбуждения на статическую устойчивость электрических систем.

Пример 2.1. Электропередача напряжением кВ, связывающая электрическую станцию () с системой бесконечной мощности (С), имеет промежуточную подстанцию, мощность которой составляет . Расчетная схема исследуемой системы приведена на рис.2.7.

 

Рис.2.7. Расчетная схема системы

 

Параметры элементов электрической системы.

Генераторы G1, G2: ТВФ-100, МВт, ,

, , кВ.

Трансформаторы Т1, Т2: , кВ,

кВ, .

Линии электропередачи: W1 км АСО-300

W2 км АСО-300

Ом/км, Ом/км,

.

Заданные параметры исходного режима: напряжение на шинах генератора кВ, мощность, передаваемая с шин генераторной станции составляет .

Требуется:

1. Рассчитать параметры исходного установившегося режима работы электрической системы (рис.2.7): определить величины напряжений в узлах сети, э.д.с. генератора и соответствующие им взаимные фазовые углы. Автоматическое регулирование возбуждения генераторов отсутствует.

2. Определить собственные и взаимные проводимости и углы потерь .

3. Рассчитать и построить характеристику мощности электропередачи.

4. Определить предел передаваемой мощности и коэффициент запаса устойчивости.

 

Решение.

При отсутствии АРВ генераторов, представлении линии П-образной схемой замещении, неучете активных сопротивлений трансформаторов и их ветвей намагничивания, схема замещения рассматриваемой системы имеет вид, изображенный на рис.2.2.

Определим параметры схемы замещения в относительных единицах. Примем в качестве базисных условий: , кВ.

Базисное напряжение на ступени 220 кВ составит:

кВ.

Базисное сопротивление на ступени 220 кВ равно:

,

Ом.

При принятых базисных условиях параметры схемы замещения в соответствии с (, 2.15) равны:

,

,

,

,

,

,

,

.

Определим заданные параметры режима в относительных единицах.

Напряжение на шинах эквивалентного генератора:

;

В дальнейшем в расчетах используются параметры, приведенные к базисным условиям, обозначение «*» для краткости опускается.

Мощность, выдаваемая с шин генераторной станции:

;

Мощность нагрузки:

.

Полученные данные нанесем на схему замещения (рис.2.8).

 

 

Рис.2.8. К примеру 2.1. Схема замещения электрической системы

 

Определим э.д.с. генераторной станции по выражению (2.13):

.

Внутренний угол генератора равен

.

Напряжение в узле 1 равно:

,

.

Мощность равна:

.

Зарядная мощность в начале линии W1 определяется величиной напряжения в узле 1:

,

.

Мощность равна:

,

.

Мощность конца линии 1 – 2:

.

Напряжение в узле 2 равно:

,

.

Зарядные мощности и определяется по величине напряжения в узле 2:

,

.

Найдем расчетную мощность узла 2:

.

Емкостной характер расчетной мощности обусловлен превышением суммарной зарядной мощности линий 220 кВ, примыкающих к узлу 2, над реактивной мощностью нагрузки.

Представим расчетную нагрузку неизменным сопротивлением . Согласно (2.14) сопротивление нагрузки равно:

.

Мощность начала линии W2 равна

.

Мощность конца этой линии равна:

.

Напряжение на шинах приемной системы равно:

.

Внешний угол электропередачи равен сумме углов , ,

.

Полный угол электропередачи равен сумме внутреннего и внешнего углов:

.

Определим собственные и взаимные проводимости методом единичного тока.

С этой целью рассчитаем распределение токов и напряжений в рассматриваемой схеме, приняв напряжение второго источника питания (), равным нулю, а ток, подтекающий к этому узлу, равным единице.

Расчетная схема замещения для расчета проводимостей методом единичного тока представлена на рис.2.9.

 

 

Рис. 2.9. К примеру 2.1. Расчетная схема для расчета

собственных и взаимных проводимостей

 

В результате последовательного расчета режима такой схемы находим:

,

,

,

,

,

,

.

 

Собственные и взаимные проводимости в соответствии с (2.17), (2.18) равны:

,

.

 

Собственные и взаимные углы потерь равны:

,

.

 

Подставив полученные значения , , , , , в выражение мощности (2.16) получим:

(2.25)

Для проверки вычислим активную мощность в исходном режиме. С этой целью значение полного угла электропередачи , найденное ранее для нормального установившегося режима, подставим в полученное выражение (2.25) для характеристики мощности:

.

Результат вычислений совпал с заданным значением активной мощности генераторной станции, следовательно расчеты выполнены верно.

Предел передаваемой мощности находится как максимум полученной характеристики мощности:

.

Полный угол электропередачи, соответствующий этому пределу, определим из соотношения:

,

.

Коэффициент запаса статической устойчивости согласно (2.21) равен:

.

Для построения угловой характеристики вычислим значения мощности при различных углах по выражению (2.25). Результаты расчета приведены в табл.2.1. Угловая характеристика мощности представлена на рис.2.10.

 

 

Табл.2.1

Результаты расчета мощности генераторной станции при различных углах

, эл.град		0,555		57,958	90,555			180,555	183,4
РГ, о.е.	0,036	0,0444	0,485	0,8	0,94	0,825	0,5	0,0444

 

 

Рис. 2.10. Угловая характеристика мощности электропередачи

 

Вывод: статическая устойчивость рассматриваемой системы при заданных условиях обеспечивается, поскольку полный угол электропередачи в исходном режиме меньше предельного: . Однако коэффициент запаса устойчивости меньше минимально допустимого для нормального режима: 17,5% < 20%. Указанные результаты были получены при отсутствии АРВ генераторов. Обеспечение нормируемого коэффициента запаса возможно при наличии автоматического регулирования возбуждения на генераторах электрической станции.