Научная статья на тему 'Повышение эффективности управления возбуждением турбогенератора при потреблении реактивной мощности'

Повышение эффективности управления возбуждением турбогенератора при потреблении реактивной мощности Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
156
26
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Зеленохат Н. И., Коротченко В. В.

В работе предлагается алгоритм управления возбуждением неявнополюсного синхронного турбогенератора в режиме потребления им реактивной мощности, приводятся характеристики его режимных свойств при потреблении избыточной реактивной мощности и результаты анализа статической устойчивости при представлении приемной части электроэнергетической системы шинами бесконечной мощности.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Зеленохат Н. И., Коротченко В. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Efficiency increase of excitation control of the turbo generator consumptioning reactive power

The algorithm of excitation control of implicit-pole synchronous turbo generator in a mode of reactive power consumption is offered in this paper. Characteristics of its mode properties with consumption of surplus reactive power and analysis results of static stability with presentation of a reception part of electric power system as bus of infinite capacity are presented.

Текст научной работы на тему «Повышение эффективности управления возбуждением турбогенератора при потреблении реактивной мощности»

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ ТУРБОГЕНЕРАТОРА ПРИ ПОТРЕБЛЕНИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Н.И. ЗЕЛЕНОХАТ, В.В. КОРОТЧЕНКО

Московский энергетический институт (технический университет)

В работе предлагается алгоритм управления возбуждением неявнополюсного синхронного турбогенератора в режиме потребления им реактивной мощности, приводятся характеристики его режимных свойств при потреблении избыточной реактивной мощности и результаты анализа статической устойчивости при представлении приемной части электроэнергетической системы шинами бесконечной мощности.

В электрических сетях высокого напряжения электроэнергетических систем (ЭЭС) и систем электроснабжения мегаполисов за счет емкостной проводимости воздушных и, тем более, кабельных линий электропередачи генерируется реактивная мощность. При перетоках по линии электропередачи активной мощности меньше натуральной мощности, реактивная мощность стекает к концам линии электропередачи. На электростанциях и подстанциях для ее поглощения приходится устанавливать реакторы или синхронные компенсаторы.

Активная и реактивная мощности неявнополюсного турбогенератора определяются известными выражениями [1]:

E U г

P = —----sin5г , (1)

xd

EU г U г2

Q = —----cos 5г-----. (2)

xd xd

Использованы общеизвестные обозначения [1].

Из уравнения (2) видно, что реактивная мощность зависит от нагрузки и при значении угла бг = 90° достигает величины

U г2

Q = —-. (3)

xd

У многих генераторов индуктивное сопротивление xd = 2 — 2,5 о.е, и поэтому возможное потребление реактивной мощности не превышает величины (0,5 — 0,4) Sном. Однако и такое потребление не достижимо по условию сохранения статической устойчивости.

Расширение области устойчивости позволило бы улучшить режимы напряжений в системе. Известно, что режимы потребления реактивной мощности для многих генераторов ограничиваются также нагревом отдельных частей ротора и статора. Однако это ограничение для турбогенераторов может быть снято заводом-изготовителем, как это сделано, например, для турбогенераторов типа Т3В и для асинхронизированных синхронных генераторов типа АСТГ.

© Н.И. Зеленохат, В.В. Коротченко Проблемы энергетики, 2007, № 5-6

Следовательно, для осуществления более глубокого потребления избыточной реактивной мощности необходимо обеспечить устойчивую работу турбогенераторов при углах сдвига ротора бг, больших 90°, что может быть достигнуто созданием новых конструкций турбогенераторов с дополнительной маломощной поперечной управляющей обмоткой возбуждения на роторе [2], а также турбогенераторов с двумя одинаковыми обмотками возбуждения на роторе [3], как это сделано у АСТГ. Такие машины могут потреблять значительную реактивную мощность при высоких запасах по устойчивости.

Однако для питания дополнительной поперечной обмотки необходимо иметь реверсивный возбудитель, хотя и маломощный. В режимах глубокого потребления реактивной мощности, имеющих место при углах, больших 90°, устойчивость не может быть обеспечена без регулирования по поперечной оси. Требуется совместное регулирование по продольной и поперечной осям, причем АРВ должно поддерживать заданное напряжение на выводах и автоматически разгружать поперечную обмотку. Система возбуждения при этом оказывается довольно сложной.

АСТГ являются более совершенными машинами, но система возбуждения у них ещё более сложная. В связи с этим проблема повышения устойчивости синхронных генераторов в режимах потребления реактивной мощности остается актуальной.

В данной работе на основе проведенных исследований предлагается формировать ЭДС генератора в виде

Eq = E (1 — ctgÓT ), (4)

где E зависит от параметров режима, в частности E = E0 = const. В этом случае активная и реактивная мощности генератора, работающего на шины бесконечной мощности, определяются выражениями:

E 0U г

P =-------(sinбг — cosбг ); (5)

xd

E 0(1 — ^5г )U г U2

Q =-----------------cos ог------. (6)

x d x d

Анализируя (4), нетрудно прийти к выводу, что при значении угла 5г = 45° ЭДС Eq = 0 и активная мощность P = 0 .

На рис. 1 показаны угловые характеристики активной P(5г) и реактивной Q(5г) мощностей в зависимости от угла 5г и ЭДС Eq генератора, построенные в

соответствии с выражениями (4)-(6).

Характеристика мощности P(5г) пересекает ось абсцисс не в начале координат, как это обычно имеет место для генератора с одной обмоткой возбуждения на роторе, а при значении угла сдвига ротора 5г = я/4. Крутизна этой характеристики и синхронизирующая мощность более значительные, чем у обычного синхронного генератора с одной обмоткой возбуждения. Следовательно, повышается устойчивость генератора, работающего в режиме потребления реактивной мощности. Анализ характеристик мощности Q (5г) показывает, что

при любой загрузке генератора активной мощностью он потребляет реактивную мощность из системы, причем при значениях угла сдвига ротора, равных 45° и

90°, величина потребляемой реактивной мощности достигает значения иг /х^, а

при углах 6г, больших 90°, генератор потребляет реактивную мощность,

2

превышающую величину иг /х^. В этом случае принято говорить, что генератор работает в режиме глубокого потребления реактивной мощности.

а) б)

Рис. 1. Угловые характеристики: а) мощности P(6г) и Q(6г) ; б) ЭДС Eq(6г) при

управлении по (4)

Анализ зависимости Eq (6г) позволяет заключить, что не требуется менять

знак ЭДС Eq в режиме глубокого потребления реактивной мощности. При

переключении в момент переключения системы возбуждения с обычного АРВ на АРВ с нелинейным алгоритмом управления (4) (нелинейный АРВ) возникнет скачок мощности, вследствие чего появляются качания ротора.

При автоматическом изменении E0 в функции отклонения напряжения AU г = U 0 — U г становится возможным осуществлять регулирование напряжения на шинах электростанции при изменениях потребляемой реактивной мощности генератором, а в функции производной d6г /dt - демпфирование качаний ротора генератора.

С учетом этого алгоритм управления возбуждением принимает вид

' d6j. "

1 + ки (Uo — и )+ к ш—L)

dt

(l-ctg6r), (7)

где ku, кю - коэффициенты усиления каналов регулирования по отклонению напряжения и частоты.

Такой алгоритм управления достаточно эффективен, если компенсировать влияние электромагнитного переходного процесса в обмотке ротора введением отрицательной обратной связи по току ротора, как это делается применительно к асинхронизированным синхронным генераторам [3]. Тогда обеспечивается изменение ЭДС Eq генератора в соответствии с правой частью выражения (7).

Применительно к простейшей схеме ЭЭС (рис. 2), содержащей синхронный генератор с АРВ нелинейного типа, проведено исследование статической устойчивости методом малых колебаний.

Рис. 2. Схема простейшей ЭЭС Система уравнений исходной математической модели ЭЭС имеет вид

d 2 5

Р

dtJ

Eq Uc sin 5 p xd + xc

Eq =

E0 + kU (Uг0 - Uг ) + kс

d5,

dt

(1 - ctg5,);

Eqxc sin5г — Ucxd sin5c = 0;

Eqxc cos5г + (xd — xc )U, — Ucxd cos5c = 0 ,

• •

где PT - мощность турбины; 5 c- угол сдвига между векторами Uг и Uc ; 5 р -

угол сдвига ротора генератора.

С учетом исходных данных (Uг = 1; Uс = 1,077; Eq0 = 1,5; 5г = 46° ;

xd = 2,03; xc = 0,162; k ю = 5; kU = 50) получено характеристическое уравнение в виде

D (p) = 0,05 p 3 + 0,842 p 2 + 2,065 p + 3,669 = 0.

Анализ его показывает, что с применением АРВ нелинейного типа с алгоритмом управления (7) ЭЭС статически устойчива. В исходном режиме

2

генератором потребляется реактивная мощность Qг = Uг /(xd + xc).

Проведенные дополнительные исследования показывают, что может быть осуществлен плавный переход от нелинейного алгоритма управления к линейному и наоборот.

В этом случае для перехода в режим выдачи реактивной мощности в алгоритме (7) устраняется составляющая, зависящая от ctg5j..

Выводы

1. Использование АРВ с нелинейным алгоритмом управления расширяет область устойчивой работы синхронного генератора в режимах потребления реактивной мощности из электрической сети.

2. Необходимо проведение дальнейших исследований режимных свойств генераторов с предлагаемым алгоритмом для АРВ в сложной ЭЭС.

Summary

The algorithm of excitation control of implicit-pole synchronous turbo generator in a mode of reactive power consumption is offered in this paper. Characteristics of its mode properties with consumption of surplus reactive power and analysis results of static stability

т

with presentation of a reception part of electric power system as bus of infinite capacity are presented.

Литература

1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - М.: Высшая школа, 1970. - 473 с.

2. Каспаров Э.А. Устойчивость синхронных генераторов в режиме потребления реактивной мощности. - Электрические станции. - 1985. - № 2. -С. 43-48.

3. Зеленохат Н.И. Повышение эффективности управления режимами гибкой межсистемной связи с электромеханической вставкой переменного тока. - Вестник МЭИ. - 2005. - № 3. - С. 66-73.

Поступила 25.01.2007

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.