Влияние форсировки возбуждения на статическую устойчивость.

Применение регуляторов напряжения существенно увеличивает максимум характеристики

мощности генераторов. Регуляторы, восстанавливая напряжение, могут значительно увеличить

статическую устойчивость генераторов и нагрузки в послеаварийных режимах, при отключении

отдельных связей и при потере генераторной мощности.

На рис.2.27 показаны характеристики мощности электропередачи, построенные при

E_q = const и U_r = const. Идеальный предел мощности характеристики при E_q = const в этом случае

равен 1,33. Внутренний предел мощности [который может быть достигнут с помощью достаточно

несовершенных регуляторов, имеющих зону нечувствительности] определяется по характеристике

U_r = const при = 90°; он равен 2,0. Это в 1,5 раза превышает идеальный предел.

Рис.2.27 Влияние регуляторов напряжения на предел передаваемой мощности.

Регуляторы, не имеющие зоны нечувствительности, позволяют в еще большей степени повысить предел мощности. Регуляторы пропорциональ­ного типа для работы в схемах генераторов электрических систем должны иметь статическую регулировочную характеристику. Это приводит к тому, что регулятор полностью не восстанавливает напряжение генератора при изменениях его режима, а допускает некоторое остающееся его изменение, тем большее, чем больше коэффициент статизма регулятора. По существу регулятор с такой характеристикой сохраняет значение некоторой фиктивной эдс за небольшой частью индуктивного сопротивления генератора. Это приводит к некоторому понижению характеристики мощности генератора по сравнению с характеристикой при U_r = const. При некотором — достаточно большом — статизме регулятора могут быть достигнуты условия, соответ­ствующие E'_q = const. Однако значение амплитуды характеристики мощности при E'_q = const может оказаться даже меньше, чем значение внутреннего предела мощности (рис.2.27), что указывает на необходимость уменьшения статизма регулятора. С другой стороны, при чрезвычайно малом статизме возникает опасность неустойчивости и самораскачивания системы регулиро­вания. Применение в схеме регулятора противоколебательных устройств в виде гибких обратных связей позволяет значительно понизить коэффициент статизма с тем, чтобы характеристика мощности генератора (пунктирная характеристика при U_r = var на рис.2.27) в достаточной мере приблизи­лась к характеристике при U_r = const. Тем не менее предельный угол _кр, обеспечиваемый в этих условиях рассматриваемым регулятором напряжения пропорционального типа, не выходит за пределы, соответствующие характеристике при E'_q = const. На рис. 2.27 пределу мощности при регуляторе пропорционального типа соответствует точка .

Применение в схемах регулятора элементов, реагирующих на производные параметров режима системы (напряжения, тока, абсолютного угла генератора), позволяет осуществить стабилизацию режима при еще меньших коэффициентах статизма и обеспечить устойчивость режима при углах, отвечающих максимуму харак­теристики при U_T = const. Как уже отмечалось, благодаря этим свойствам регуля­торов, получивших название регуляторов сильного действия, оказалось возможным существенно расширить область значений углов , при которых возможна устойчи­вая работа генераторов. Вследствие малых значений коэффициента статизма предель­ные значения мощности при этом определяются по максимуму характеристики, построенной при U_r = const.

Рис.2.28 Изменение тока генератора при изменении угла.

К числу систем автоматического регулирования возбуждения генераторов
относятся устройства, получившие название устройств компаундирования
синхронных генераторов. В схемах компаундирования используется то обстоя­тельство, что с увеличением угла всегда возрастает ток статора. Вынуж­денная эдс генераторов с устройствами компаундирования изменяется пропорционально току статора, а, следовательно, возрастает с увеличением угла . При этом эдс холостого хода компаундированного генератора
следует закону E_q = E_q0 + kI,

где к — так называемый коэффициент компаундирования. Электродвижущая сила E_q0 определяет эдс холостого хода и напряжение генератора при токе статора, равном нулю. Удобно выбрать E_q0 равной номинальному напряжению гене­ратора U_Гном, а к выбрать, исходя из соотношения

E_qH⁼ Up. ном + _НOM,

где _ном — номинальный ток статора;

E_qH — значение эдс при полной нагрузке, т.е. при U_HOM и cos _H0M.

При таком выборе параметров осуществляется так называемое нормаль­ное компаундирование, которое помимо увеличения статической устойчивости решает в некоторой мере и задачу автоматического регулирования напря­жения генератора. В двух крайних режимах — при хх и полной нагрузке — обеспечивается поддержание номинального напряжения генератора. Правда, в промежуточных режимах постоянство напряжения при настройке системы регулирования не имеет места, так как эдс гене­ратора изменяется в зависимости от абсолютного значения тока статора, тогда как падение напряжения в генераторе зависит не только от него, но и от фазы тока.

Для поддержания напряжения генераторов в схемы компаундирования вводятся устройства коррекции, характеризующиеся большой постоянной времени. Эти устройства создают дополнительное изменение тока возбуж­дения генератора сверх того, которое определяется схемой собственно ком­паундирования.

Рассмотрим влияние компаундирования на характеристику мощности генераторов. Для схемы на рис.2.28 справедлива обычная зависимость

,

где x_d = x_dГ + x_BH.

Эдс компаундированного генератора следует за изменением угла .
При нормальном компаундировании имеем E_q=U_ГНОМ + kI,

или (полагая, U_ГН0M=U, где U — напряжение приемника )

E_q = U + kI.

Рис.2.29 Векторная диаграмма синхронного генератора.

Из рис.2.29 нетрудно получить:

Определим искомую зависимость мощности компаун­дированного генератора от угла :

На рис. 2.30 показана характеристика мощности компаундированного гене­ратора, работающего на шины бесконечной мощности. Максимум характе­ристики достигается при угле _кр, значительно большем 90°. Возможность устойчивой работы генератора в области углов , превышающих 90°, не вызывает никаких сомнений ввиду отсутствия у компаундирующего устрой­ства зоны нечувствительности.

Амплитуда характеристики мощности компаундированного генератора возрастает тем в большей степени, чем больше коэффициент компаундирования к. Однако имеются и другие соображения, ограничивающие значение к. При чрезмерно высоких значениях к система регулирования становится неустойчивой и возникает самораскачивание, по­добно тому как это имеет место при малом коэффициенте статизма регу­ляторов напряжения пропорционального типа.

Рис.2.30 Характеристика мощности при компаундировании.