Векторные диаграммы нерегулируемого и регулируемого генераторов.

    До сих пор предполагалось, что ЭДС генераторов при изменении их мощности остается постоянной. При медленном изменении режима таким свойством обладает синхронная ЭДС Е _q нерегулируемого гене­ратора. В действительности же все современные синхронные генераторы оснащены системами автоматического регулирования возбуждения (АРВ). В упрощенных расчетах и для таких генераторов иногда прини­мается неизменные расчетные значения ЭДС, определяемые в соответ­ствии с заданным законом регулирования возбуждения.

    При построении угловых характеристик мощности нерегулируе­мого генератора используется его простейшая математическая модель: Е _q = const, x_d (см. рис. 12.1).

Рис. 12.1. Одномашинная модель энергосистемы.

В этой модели:  где х _d ― синхронное реактивное сопротивление генератора по продольной оси; ― реактивное сопротивление системы.

    Угловая характеристика генератора в этом случае соответствует выражению:

           и  представляет собой синусоидальную зависимость (см. рис. 1.4). Изме­нение других параметров режима имеется, но в этой зависимости не от­ражено.

    Для уяснения взаимосвязи между режимными параметрами нере­гулируемого генератора рассмотрим два режима энергосистемы. Со­вмещенная векторная диаграмма этих режимов представлена на рис. 12.2.

    Как видно из векторной диаграммы, изменение тока статора ге­нератора от величины I ₁ до величины I ₂ привело к заметному сниже­нию напряжения U _Ггенератора, что указывает на его значительную за­висимость от мощности нагрузки. Эта зависимость является основным недостатком нерегулируемых

генераторов, для ослабления которого ге­нераторы оснащается автоматическими регуляторами возбуждения АРВ. Взаимосвязи между параметрами режима в этом случае становят­ся сложнее.

Рис. 12.2. Изменение напряжения нерегулируемого генератора при увеличении угла.

Рис. 12.1. Угловая характеристика генератора.

    При линейном представлении характеристики намагничивания (характеристики холостого хода) ток возбуждения и синхронная ЭДС генератора изменяется пропорционально и в соответствующей системе относительных единиц имеют равные численные значения. Поэтому при синхронной ЭДС Е _q регулируемого генератора ток возбуждения можно не вводить, а его действие учитывать упрощенно по выражению

                                                             (12.2)

где  Е _{q 0} - установочное (начальное) значение ЭДС; U _{Г 0} -установочное (требуемое) значение напряжения; k _{0 U} - коэффициент усиления АРВ по отклонению напряжения генератора.

    Строго выполнить задачу, то есть удержать равенство  c помощью АРВ не удается. Для этого требуется бесконечно большая ве­личина коэффициента усиления k _{0 U}. Однако при достаточно больших значениях этого коэффициента, достигающего 100-300 ед.возб.хх/ед.напр., напряжение генератора изменяется незна­чительно, и в упрощенных расчетах устойчивости это напряжение часто принимается неизменным. При этом синхронная ЭДС Е _q генератора изменяется в зависимости от его нагрузки и может принимать как наи­большие, так и наименьшие граничные значения. Другими словами, ге­нератор может выходить в некоторых режимах, как на верхнее, так и на нижнее ограничения по току возбуждения. Эти ограничения устанавли­ваются с помощью специальных устройств в системе АРВ генератора.

    Принимая в пределе, что с помощью АРВ поддерживается U _Г0 = const, проследим за изменением синхронной ЭДС по совмещен­ной для двух режимов векторной диаграмме генератора (рис. 12.3).

                       Рис. 12.3. Изменение ЭДС регулируемого генератора

                                          при увеличении угла.

 

    Из диаграммы видно, что при изменении тока статора поддер­жание генераторного напряжения на неизменном уровне обеспечивает­ся за счет соответствующего изменения синхронной ЭДС. Этот фактор существенно влияет на статическую устойчивость генератора. В общем случае, когда при действии АРВ учитывается изменение генераторного напряжения, при расчетном построении угловой характеристики Р (δ) следует принимать во внимание изменение ЭДС Е _q и напряжения U _Г.

    Поскольку параметры δ, Е _q, U _Г   взаимосвязаны, координаты ка­ждой точки характеристики Р (δ) определяются путем решения системы нелинейных уравнений. На качественном уровне угловую характери­стику регулируемого генератора можно построить графическим спосо­бом