Системы при синхронной скорости вращения генератора

Характеристики активной и реактивной мощности в простейшей системе в функции от угла δ называются угловыми характеристиками мощности:

Так, для простейшей системы в случае нерегулируемого неявнополюсного генератора зависимость активной мощности от угла δ имеет вид

Характеристика мощности при постоянстве ЭДС отражена на рис. 2.15. На графике видно:

1. При неизменной ЭДС активная мощность, вырабатываемая генератором, будет зависеть только от величины угла δ.

2. В рассматриваемом идеализированном случае, т. е. при неучете активного сопротивления и проводимости, нулевому значению угла δ будет отвечать и нулевое значение активной мощности, вырабатываемой генератором, (кривая выходит из начала координат).

3. Увеличение угла δ приводит к росту активной мощности, которая ограничивается значением при δ = 90°.

4. Каждому значению передаваемой активной мощности будет соответствовать вполне определенная реактивная мощность генератора или активная мощность, передаваемая системе. Мощность, определяемая как амплитуда этой синусоидальной угловой характеристики, называется пределом мощности, он ограничивает пропускную способность электропередачи между станцией и приемной системой.

Рис. 2.15. Угловая характеристика мощности

неявнополюсного генератора при постоянстве ЭДС

Активная мощность, вырабатываемая генераторами электрической станции, определяется мощностью, которую развивают турбины, приводящие эти генераторы во вращение, поэтому, чтобы установить параметры того или иного режима, необходимо поставить во взаимное соответствие характеристики генераторов и турбин.

Для каждого установившегося режима мощность турбины может считаться заданной величиной, поэтому характеристика мощности турбины Р_т= Р₀ имеет вид прямой линии, параллельной оси абсцисс. В установившемся режиме работы мощность, развиваемая турбинами, должна быть равна активной мощности, отдаваемой генераторами в систему. Поэтому пересечение соответствующих характеристик Р_ти Р_г будет определять тот угол δ = δ_о, который отвечает передаче заданной мощности. Угол δ_о позволяет найти также соответствующие рассматриваемому режиму значения реактивных мощностей в начале и конце электропередачи.

Угловые характеристики мощности для явнополюсной синхронной машины при условии будут строиться в соответствии со следующим выражением

.

Такая характеристика мощности имеет вид, как на рис.2.16.

Рис. 2.16. Угловая характеристика мощности простейшей ЭЭС

с явнополюсным генератором при

В данном случае угловая характеристика уже не является чисто синусоидальной зависимостью, а представляет собой сложную зависимость, определяемую как сумма синусоиды основной частоты (первой гармоники) и синусоиды второй гармоники. Причем максимум угловой характеристики мощности для явнополюсной синхронной машины несколько больше, чем для неявнополюсной синхронной машины при тех же самых параметрах генератора, и наступает при меньших углах, чем у соответствующей характеристики для неявнополюсной машины.

В генераторах, ток возбуждения которых не регулируется, при любых медленных изменениях нагрузки остается постоянной, остальные параметры режима, которые характеризуют работу генератора – , , , , при изменении нагрузки будут изменяться соответствующим образом (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Характеристики режима электропередачи

при постоянстве тока возбуждения СМ

Как видно из рис. 2.17, напряжение на шинах генератора U_Г и переходная ЭДС , которая определяется результирующим потокосцеплением, сцепленным с обмоткой возбуждения, падают.

Угловые характеристики мощности для явнополюсных и неявнополюсных синхронных машин, которые оснащены АРВПД, строятся исходя из условия E'_q = const в соответствии со следующими выражениями:

для неявнополюсных синхронных машин

;

для явнополюсных синхронных машин

.

Эти угловые характеристики имеют вид, как на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Угловая характеристика мощности при

Другие параметры режима будут изменяться как на рис. 2.19. В данном случае, когда в генераторе ток возбуждения регулируется таким образом, что , которая определяется результирующим потокосцеплением, остается постоянной, предельная мощность примерно на 30 – 60 % выше, чем для нерегулируемой машины.

Рис. 2.19. Характеристики режима при постоянстве результирующего

потокосцепления обмотки возбуждения и

В том случае, когда генератор оснащен АРВСД, угловые характеристики строятся по следующим формулам:

для НЯСГ

;

для ЯСГ

.

Оснащенные АРВСД генераторы обеспечивают , предельная мощность в этом случае будет больше на 50 – 80 %, чем для нерегулируемой синхронной машины; другие параметры режима будут изменяться, как показано на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Характеристики режима при постоянстве напряжения генератора

Для поддержания неизменной = const или U_г = const необходимо увеличивать ток возбуждения с ростом нагрузки, при этом угловые характеристики мощности при регулировании тока возбуждения будут строиться в соответствии c выражением

, где .

Графически это показано на рис. 2.21.

Рис. 2.21. Угловые характеристики при регулировании тока возбуждения

Если одновременно с увеличением нагрузки увеличивается ток возбуждения так, чтобы обеспечивалось постоянство , то на угловой характеристике точка, соответствующая режиму работы, будет скользить не по кривой 1, а по кривой а, которая образована постепенным переходом рабочей точки с кривой 1 на 2, 3, 4, 5 при регулировании возбуждения. При наличии АРВСД обеспечивается , и в этом случае характерна кривая б.

Из всех возможных характеристик режимов передачи мощности в системе можно выделить две наиболее существенные:

a) статическую (когда , что имеет место при медленном изменении режима работы нерегулируемой СМ);

б) динамическую (которая получается при постоянстве Эта характеристика соответствует начальному моменту времени в первый момент переходного процесса (неизменное потокосцепление обмотки возбуждения). Характеристику, построенную при называют динамической условно, т. к. она может быть получена и при медленном статическом изменении режима для генераторов с АРВПД.

Все рассмотренные характеристики и соответствующие им пределы мощности определялись в предположении, что система, принимающая мощность, представлена шинами неизменного напряжения, U = const. Такое допущение является действительным тогда, когда мощность передающей станции во много (5–10 раз) меньше мощности приемной системы.

При соизмеримых мощностях станции и приемной системы напряжение на шинах приемной системы не будет постоянным, а с увеличением передаваемой по линии мощности будет снижаться. В связи с этим величина предела мощности также будет меньше.

Характеристики мощности при изменении напряжения приемной системы имеют вид, как на рис. 2.22.

Из рис. 2.22 видно, что под влиянием снижения напряжения на шинах приемной системы деформируется угловая характеристика мощности, и ход этой кривой зависит от свойств нагрузки на шинах приемной системы и, в первую очередь, от ее регулирующего эффекта.

Регулирующий эффект нагрузки – степень изменения активной и реак-

тивной мощности нагрузки при изменении напряжения и частоты на ее шинах. Математически регулирующий эффект активной и реактивной нагрузки по напряжению и частоте определяют как частную производную:

; ; ; .

Рис. 2.22. Влияние снижения напряжения приемной системы на характеристики мощности:

1 – при постоянстве напряжения приемной системы;

2 – при при большом регулирующем эффекте нагрузки;

3 – при при малом регулирующем эффекте нагрузки

Регулирующий эффект комплексной нагрузки при изменении напряжения (при линеаризации вблизи нормального напряжения), выраженный в относительных единицах, обычно составляет К_PU= 0,3–0,75, К_QU= 1,5–3,5.

Регулирующий эффект комплексной нагрузки при изменении частоты (при линеаризации характеристики в области нормальной частоты) составляет 1,5–3 для активной и от 1 до 5–6 для реактивной мощности.

Все установленные основные качественные особенности режима простейшей электроэнергетической системы остаются справедливыми для сложной сети связи генератора и приемной системы, т. е. для сложных электроэнергетических систем. При построении графиков мощности для сложных систем различают две составляющие мощности:

а) собственная мощность генератора не зависит от режима работы, и эта составляющая будет сдвигать характеристику мощности по оси ординат вверх или вниз по отношению к началу координат в зависимости от ее знака;

б) взаимная мощность характеризует возможность изменения мощности, которую станция выдает в систему.