8. Автоматическое регулирование напряжения и реактивной мощности на электрических станциях. Особенности блочных схем.

Из принципов действия рассмотренных АРВ следует, что все применяемые в настоящее время системы автоматического регулирования возбуждения, кроме основного канала регулирования по отклонению регулируемого параметра ( , где: – текущее значение напряжения на выводах генератора, – задаваемая уставка) содержат, как правило, канал регулирования по главному возмущению, которым является ток нагрузки генератора, главным образом его размагничивающая реактивная составляющая. Поэтому аналитическое выражение базовых частей закона регулирования имеет вид

,

где – реактивный ток генератора, – статизм регулирования.

В зависимости от значения и знака возможные изображенные на рисунке характеристики АРВ. Очевидно, что изменяя можно получить семейство такого рода характеристик. При АРВ реализует регулирование вне зависимости от тока нагрузки генератора, и если при этом обеспечивается , соответственно , то осуществляется автоматическое регулирование согласно характеристике 3. При и положительном реализуется регулирование по статической характеристике вида 1, а при отрицательном – по характеристике вида 2. АРВ генераторов, работающих на сборные шины электростанции настраиваются обычно на статическую характеристику с , которой соответствует уменьшение на при изменении тока от до .Из вышеизложенного следует, что регулирование напряжения на шинах электростанции и распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами возможно путем соответствующих настроек АРВ генераторов: , и управления ими. При этом учитывается, что в блочных схемах аналогом является также сопротивление блочных трансформаторов. При астатической настройке АРВ одного из параллельно работающих генераторов вся реактивная нагрузка воспринимается этим генератором. Если астатическую характеристику имеют АРВ нескольких параллельно работающих генераторов, то распределение реактивной нагрузки между ними теоретически становится неопределенным и необходимы дополнительные специальные устройства принудительного ее распределения. В связи с этим астатически могут настраиваться АРВ блочных генераторов, где статизм и соответственно распределение реактивной нагрузки обеспечивается за счет коэффициентов статизма, определяемых блочных трансформаторов. При необходимости частичной компенсации падений напряжений на , АРВ настраиваются на соответствующие статические характеристики с отрицательным .

9. Средства автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в электрических сетях.

Отклонение напряжения от номинального является одним из основных показателей качества электроэнергии. Допустимые отклонения напряжения в среднем составляют ±5%. При наличии регулируемых под нагрузкой трансформаторов (трансформаторов с РПН) между питающими и распределительными сетями поддержание напряжения у потребителя на нормальном уровне обеспечивается комплексом средств, установленных в распределительных сетях. Задача же регулирования напряжения в питающих сетях – обеспечить экономичный режим по условию минимума потерь активной мощности. При отсутствии в распределительных сетях достаточного количества трансформаторов с РПН для регулирования напряжения в этих сетях в определенных пределах могут привлекаться средства регулирования основных питающих сетей. Применяются следующие способы регулирования напряжения в распределительных сетях:

- встречное регулирование напряжения на шинах электростанций (регулирование с отрицательным статизмом по величине определяющих нагрузок);

- регулирование коэффициентов трансформации трансформаторов и автотрансформаторов с РПН, вольтодобавочных агрегатов;

- регулирование мощности компенсирующих устройств, включенных в точке, где регулируется напряжение (синхронные компенсаторы и двигатели, управляемые батареи статических конденсаторов);

- изменение реактивности управляемых реакторов;

- применение статистических источников реактивной мощности, обеспечивающих плавное регулирование реактивной мощности со значительно большей скоростью, чем синхронные компенсаторы. Автоматическое регулирование напряжения трансформаторами с РПН осуществляется изменением коэффициента трансформации путем переключения ответвлений обмоток, т.е. ступенчато. Ступень регулирования отечественных трансформаторов . На трансформаторах с РПН устанавливаются автоматические регуляторы напряжения. Эти регуляторы имеют зону нечувствительности и выдержку времени. Зона нечувствительности выбирается так, чтобы после переключения ответвлений трансформатора на одну ступень изменение регулируемого напряжения было меньше величины : _, где . В противном случае напряжение после переключения может выйти за противоположную границу зоны нечувствительности и произойдет излишнее действие регулятора в обратном направлении.

В ыдержка времени необходима для предотвращения переключений при кратковременных выходах напряжения из зоны нечувствительности регулятора. Наряду с регуляторами, имеющими независимую выдержку времени, используются АРН с ограниченно зависимой временнóй характеристикой. При отклонениях напряжения выходные реле регулятора посылают в привод переключателя ответвлений сигналы «выше» (Р1) и «ниже» (Р2) с выдержкой времени, создаваемой органом выдержки времени ОВВ. При аварийных снижениях напряжения на (20–30)% сигнал «выше» блокируется.

Усилитель с релейной характеристикой У1 реагирует на значение при ; У2 – на значение при . В пределах , определяющего зону нечувствительности регулятора, У1 и У2 не действуют. Устройство токовой компенсации УТК осуществляет имитацию падения напряжения в распределительной сети от центра питания, где установлен регулятор, до точки, в которой нужно поддерживать напряжение. Активное и индуктивное сопротивления сети могут имитироваться различными по характеру сопротивлениями, например только активными, а необходимые фазы составляющих падения напряжения получают подбором соответствующих фаз тока. Автоматическое изменение емкости батарей конденсаторов осуществляется устройствами, подобными рассмотренному, т.е. устройствами дискретного действия с определенной зоной нечувствительности. Трехфазная конденсаторная батарея емкостью в фазе является источником реактивной мощности . Батарея состоит из секций, каждая из которых включается своим выключателем. При увеличении реактивной нагрузки подстанции напряжение на ее шинах снижается. При снижении напряжения до , соответствующего нижней границе зоны нечувствительности, регулятор включает очередную секцию конденсаторов, что приводит к повышению напряжения на . При повышении напряжения до , соответствующего верхней границе зоны нечувствительности, регулятор отключает очередную секцию, что приводит к снижению напряжения на . Пределы колебания напряжения зависят от мощности каждой секции конденсаторов. Снижая мощность секции и соответственно увеличивая число секций, можно уменьшить пределы колебания напряжения. Регулирование может осуществляться в зависимости от напряжения на входе регулятора, как уже рассмотрено, или в зависимости от значения и знака реактивной мощности, проходящей по питающей линии, а также от комбинированного воздействия указанных величин. Регулирование возбуждения синхронного компенсатора. Синхронный компенсатор работает в режиме выдачи или потребления реактивной мощности в зависимости от значения тока возбуждения. Изменяя ток возбуждения синхронного компенсатора, можно изменять величину и знак потери напряжения в питающей линии, регулируя тем самым напряжение на приемной подстанции в необходимых пределах. Обычно СК регулируют напряжение на шинах приемной подстанции по астатической характеристике. Система совместного регулирования напряжения и перетоков реактивной мощности. Регулятор напряжения и реактивной мощности, так называемый UQ-регулятор (UQ-Р), обеспечивает регулирование напряжения на шинах подстанций и загрузку трансформаторов реактивной мощностью в заданных пределах для обеспечения высокого к. п. д. работы линий электропередачи. Он воздействует на изменение коэффициента трансформации трансформаторов с РПН, мощности источников реактивной мощности (поперечно включенных конденсаторов и реакторов) и возбуждения генераторов одной из основных электростанций, связанных с данной подстанцией. Желаемые уровни параметров режима и подаются на UQ-Р с центрального вычислительного устройства, применяемого одновременно для автоматического распределения активных нагрузок. Т.о., вычислительное устройство координирует работу местных устройств регулирования напряжения и реактивной мощности.

10. Автоматические регуляторы частоты вращения турбин: принципы построения и действия гидромеханического, гидродинамического и электрогидравлического регуляторов с жесткой и гибкой отрицательной обратной связью.

Р егулятор частоты вращения является первичным регулятором турбины и автоматически изменяет движущий момент турбины, воздействуя через регулирующий орган на впуск энергоносителя (пара, газа, воды). В качестве регулирующего органа тепловой турбины применяются регулирующие клапаны, а гидротурбины – направляющий аппарат. В современных энергосистемах первичный регулятор турбины является одним из основных элементов общей системы регулирования режима по частоте и активной мощности. Помимо регулирования частоты АРЧВ участвует в автоматическом перераспределении активных нагрузок между агрегатами.

АРЧВ содержит: измерительное устройство 1 – датчик отклонения частоты вращения агрегата от заданного значения, отклонения частоты напряжения, ускорения или других параметров регулирования; 2 - усилительно-преобразовательное устройство; 3-гидравлический исполнительный механизм (ГИМ), воздействующий через регулирующий орган турбины на изменение впуска энергоносителя; 4 - устройство коррекции– жесткая (4') и гибкая (4'') обратные связи; 5 - задающее устройство – механизм изменения частоты вращения – МИЧВ, числа оборотов – МИЧО, механизм регулирования оборотов – МРО, механизм управления турбиной – МУТ). В зависимости от состава технических средств регуляторы частоты вращения принято разделять на три вида: - гидромеханические, - гидродинамические, - электрогидравлические.

Гидравлические усилительные и исполнительные элементы содержат в своем составе собственно гидравлический сервомотор и устройство управления, которое в данном случае принято называть золотником. На практике применяется несколько типов золотников. Для примера ниже рассмотрен гидравлический сервомотор, управляемый отсечным золотником (рис. 4.4). К буксе золотника подводится масло под давлением Рн. В нейтральном исходном положении поршни золотника перекрывают (отсекают) каналы, соединяющие буксу золотника с верхней и нижней полостями гидравлического двигателя. Полости над поршнем и под поршнем гидравлического двигателя заполнены маслом, которое является практически несжимаемым и поэтому положение поршня жестко зафиксировано. При смещении поршней золотника, например вниз, нижняя полость цилиндра двигателя соединяется с линией давления (давление PН), а верхняя с линией слива (давление РС). Поршень двигателя при этом будет перемещаться вверх до тех пор, пока поршни золотника снова не займут нейтральное положение или, пока поршень двигателя не дойдет до своего крайнего положения.

Характеристики регулятора частоты вращения при различных значениях s

При жесткой отрицательной обратной связи сервомотор является инерционным звеном первого порядка. Если отключить жесткую обратную связь ( ), то , однако регулирование будет неустойчивым, так как поршень золотника будет занимать нейтральное положение при отсутствии баланса мощностей турбины и нагрузки. Для смещения характеристики регулирования частоты вращения (зависимости от активной нагрузки) вдоль оси служит механизм изменения частоты вращения МИЧВ, который, воздействуют на поршень золотника, перемещая его вниз. Увеличение впуска энергоносителя приведет к увеличению частоты вращения при работе генератора на изолированную нагрузку. Для астатического регулирования частоты (характеристика вида I) применяют вместо жесткой 4' гибкую обратную связь 4'', состоящую из гидравлического демпфера (цилиндр, заполненный маслом, с поршнем; верхняя и нижняя полости цилиндра сообщаются через трубку с малым регулируемым отверстием) и пружины, образующих так называемое изодромное устройство. После изменения нагрузки турбины изодромное устройство в начале процесса регулирования ведет себя как жесткая обратная связь (поршень не может быстро переместиться в цилиндре демпфера), чем предотвращается перерегулирование. Затем под действием пружины, стремящейся вернуться в первоначальное недеформированное состояние, поршень постепенно перемещается, вытесняя масло из одной полости демпфера в другую. Процесс регулирования закончится тогда, когда поршень золотника и поршень демпфера займут первоначальное положение. Последнее свидетельствует о том, что частота вращения турбины вернулась к первоначальному значению. Гибкая обратная связь 4'' может применяться вместе с жесткой 4' обратной связью для улучшения качества процесса регулирования.

Электрогидравлический регулятор частоты вращения. Важным элементом электрогидравлических регуляторов является устройство связи между электрической и гидравлической частями регулятора – электрогидравлический преобразователь (ЭГП). ЭГП должен преобразовать электрические сигналы в пропорциональное этим сигналам перемещение, например, золотника гидравлического двигателя. В отличие от гидромеханических регуляторов, измерительное и задающее устройства, органы обратной связи и предварительный усилитель выполнены на электрических элементах. Это упрощает гидромеханическую схему и позволяет просто вводить в схему регулирования дополнительное воздействие по ускорению агрегата и сигналы от внешних устройств, например от устройства распределения активной мощности, от частотного корректора и др. Электрогидравлические преобразователи в настоящее время используются также для введения необходимых сигналов в системах группового управления мощностью на электростанциях, а также для импульсной разгрузки паровых турбин с целью сохранения динамической устойчивости.

Формирование закона управления осуществляется частью, которая на схеме обозначена АР. Совместное использование имеющихся в этой части элементов позволяет обеспечить любой закон регулирования. При определенном положении ключей блока АР он может являтся нейтральным звеном и обеспечивает астатическое регулирование частоты. При замкнутом ключе К1 интегрирующий усилитель ЭИУ охватывается жесткой обратной связью и при этом в целом обеспечивается статический закон регулирования частоты. Особенностью регулятора ЭГР-2И является наличие независимых входов для изменения уставки по частоте (ωз) и управления для изменения активной мощности агрегата. Сигнал для задания мощности Pгз подается непосредственно на ЭГП, минуя элементы формирования алгоритма регулирования частоты, что повышает быстродействие канала управления по мощности.