Работа ветроэлектрических установок на энергосистему

Ветроустановки с синхронным генератором

При рассмотрении процессов в СГ при работе с сетью первостепенное значение имеют вопросы включения на параллельную работу и регулирования его активной и реактивной мощностей. При этом, как правило, предполагается, что мощность сети больше мощности генератора, а напряжение и частота сети постоянны. При включении СГ на параллельную работу добиваются выполнения четырех условий, называются условиями точной синхронизации:

- Действующее значение фазных ЭДС генератора должны равняться действующим значением фазных напряжений сети ;

- Частота ЭДС генератора должна равняться частоте сети , то есть ;

- ЭДС включенного генератора и напряжение сети должны иметь сдвиг по фазе на 180 °,

- Генератор и сеть должны иметь одинаковый порядок предшествующего фаз.

При соблюдении этих условий генераторы включаются в сеть практически без бросков тока. Невыполнение условий синхронизации приводит к следующим последствиям:

а) если а третье условие выполняется, то обмоткой статора в момент включения будет идти выравнивающий ток, что обусловлено величиной ; по характеру этот ток является реактивным, генератор не принимает нагрузку, однако по величине он может пола значительным и может привести к перегреву обмоток;

б) если , то в кругу генератора возникает ЭДС, постоянно меняется по величине , которая называется битьем напряжения; при этом величина уравнительного тока и его фаза по отношению и постоянно меняются, что вызывает как нагрев обмоток, так и знакопеременные механические толчки на валу генератора:

в) если векторы и вращаются синхронно, но не находятся в противофазе, то уравнительный ток будет активную составляющую и в момент включения возникнет значительный механический толчок, способный вызывать повреждения генератора и его приводного двигателя;

г) если возбуждено чередование фаз генератора и сети, то параллельная работа невозможна и включение генератора на сеть может вызвать тяжелую аварию вследствие больших уравнительных токов и знакопеременных механических толчков.

Мероприятия по выполнению перечисленных условий при включении СГ на параллельную работу называют синхронизацией. Практически при синхронизации сначала устанавливают номинальную частоту вращения СХ, обеспечивает примерное равенство частот и , а затем, регулируя ток возбуждения генератора, добиваются равенства . Фазовый сдвиг между и , а также порядок чередования фаз проверяют Синхроноскопы, однако чаще всего синхронизация осуществляется с помощью автоматических приборов без участия обслуживающего персонала.

Регулирование реактивной мощности СГ, работающего параллельно с сетью, возможно изменением тока возбуждения . После выполнения условий синхронизации и включения на параллельную работу ток в обмотке статора СГ равна нулю, поскольку (рис. 7.5, а).

В этих условиях машина работает в режиме идеального холостого хода, не отдает мощности в сеть и не потребляет ее из сети. Мощность на возбуждение поступает от возбудителя.

При работе СГ на сеть большой мощности его напряжение остается неизменной и равной напряжению сети , что обусловливает постоянство результирующего магнитного потока генератора.

При увеличении тока возбуждения (перевозбуждения генератора) и между сетью и статором СГ появится уравнительный ток

(7.10)

Регулирование реактивной мощности синхронного генератора подключенного к сети при холостом ходе

Рисунок 7.5 - Регулирование реактивной мощности синхронного генератора подключенного к сети при холостом ходе

Этот ток отстает от векторов и на угол , поскольку сопротивление цепи якоря является индуктивным (рис. 7.5, б), создает размагничивающей реакцию якоря и результирующий магнитный поток СГ остается неизменным. По отношению к сети данный уравнительный ток является емкостным (опережающий вектор на угол ). Предположим, что перевозбужденной генератор для мощной сети является емкостным нагрузкой, то есть отдает в сеть реактивную мощность. Дальнейшее увеличение тока возбуждения приведет к увеличению тока якоря, но сдвиги фаз, показано на рисунке 7.6, б, не изменится, а коэффициент мощности генератора останется равным нулю при .

При уменьшении тока возбуждения (недовозбуждения генератора) , вектор меняет фазу (рис. 7.5, в) и совпадает по направлению с вектором напряжения . Уравнительный ток, отставая от вектора на угол по отношению к генератору теперь оказывается чисто емкостным, а по отношению к сети - чисто индуктивным. В генераторе он создает реакцию якоря намагничивающей поддерживает результирующий магнитный поток. В этом случае недозбуджений генератор потребляет из сети реактивную мощность, необходимую ему для подмагничивания, и выполняет для сети роль индуктивной нагрузки. Отметим, что реактивный уравнительный ток не создает вращающего момента или тормозного, поэтому активная мощность СГ при изменении тока возбуждения не производится и не потребляется из сети.

Процессы регулирования активной и реактивной мощностей СГ показаны на векторных диаграммах рис. 7.6 7.7. Для того, чтобы генератор, включенный на параллельную работу с сетью, отдавал активную мощность, необходимо увеличить момент его приводного двигателя, вращающего момента. Под действием этого момента ось полюсов ротора опережает ось полюсов магнитного поля статора вращающегося на угол , в результате вектор ЭДС (рис 7.6) сдвигается по отношению к вектору на тот же угол в сторону опережения, в токе статора появится активная составляющая, которая показывает, что генератор отдает в сеть некоторую активную мощность. Одновременно с этим генератор развивает электромагнитный момент, уравновешивает увеличен момент приводного двигателя, вращающего момента.

При дальнейшем увеличении крутящего момента приводного двигателя и при неизменном токе возбуждения вектор ЭДС ., Не меняясь по величине, будет возвращаться по кругу против часовой стрелки (в сторону опережения ), угол , величина и ток будут расти, увеличиваться вырабатываемая мощность. Одновременно с этим будет немного увеличиваться и реактивная мощность, потребляемая генератором из сети, поэтому для обеспечения необходимого режима работы СГ с сетью необходимо регулировать и ток возбуждения.

Регулирование реактивной мощности синхронного генератора при параллельной работе с сетью под нагрузкой

Рисунок 7.7 - Регулировка реактивной мощности синхронного генератора при параллельной работе с сетью под нагрузкой

Регулирования активной мощности синхронного генератора при параллельной работе с сетью

Рисунок 7.6 - Регулирование активной мощности синхронного генератора при параллельной работе с сетью

Мощность, развиваемая синхронного генератора, а следовательно, и электромагнитный момент тем больше, чем больше угол , то есть чем больше крутящий момент развивает приводной двигатель (у генератора). При изменении тока возбуждения под нагрузкой имеют место те же явления, что и при холостом ходе - меняется только реактивная мощность. Так, синхронный генератор в режиме, показанном на рис. 7.6, потребляет из сети пидмагничуючий реактивный ток , то есть потребляет реактивную мощность. Если несколько увеличить ток возбуждения, можно добиться режима при котором (рис. 7.7, а). Такой режим называют режимом полного или нормального возбуждения.

Дальнейшее увеличение тока возбуждения приведет к появлению опережающего реактивного тока (рис. 7.7, б) и генератор станет источником реактивной мощности.

Работа синхронного генератора с сетью устойчива, если положительном (отрицательном) увеличению угла соответствует положительное (отрицательное) приращение мощности , то есть

(7.10)

предел отношения

(7.11)

называется синхронизируя мощностью, сказывается .

Физически синхронизирующая мощность определяет силу, которая удерживает машину в синхронизме с сетью, упругий электромагнитную связь ротора с вращающимся магнитным полем. Такая связь может быть уподоблен действия упругих пружин, связывающих поле генератора и вращающийся ротор. Если по каким-то причинам угол превысит 90 °, магнитный связь нарушится, ротор выпадет из синхронизма, соответствующий разрыва пружин.

По аналогии с синхронизируя мощностью величина

(7.12)

называется синхронизирующим моментом.

Во синхронизирующим моментом следует понимать вращения, с которыми ротор при его отклонении от положения равновесия стремится вернуться к этому положению.

Синхронизирующая мощность и синхронизирующий момент положительные для устойчивой зоны угловой характеристики и негативные для неустойчивой зоны. Поэтому критерий статической устойчивости можно записать не только в виде неравенства (7.10), но и в форме

или (7.13)

Синхронизирующие мощность и момент обусловлены взаимодействием параллельно работающих генераторов. Поэтому ясно, что для автономно работающего генератора эти понятия не приемлемы.

Ветроустановки с асинхронным генератором.

Если ротор AM, подключенный к сети, с помощью дополнительного приводного двигателя привести во вращение в направлении вращения поля статора со скоростью , то ЭДС в роторе изменит свое направление на противоположное по сравнению с двигательным режимом. В результате изменит свое направление и ток ротора (его активная составляющая ), следовательно, изменит направление и ток статора , а это значит, что изменится направление преобразования энергии и AM станет отдавать активную мощность в сеть, то есть работать в режиме генератора - превращать механическую энергию, подводимой к валу в электрическую.

Направление электромагнитного момента также меняется на противоположный - он становится тормозным и уравновешивает крутящий момент приводного двигателя (флаги).

Реактивная составляющая тока статора

(7.14)

и реактивная мощность Q при переходе AM с движущего в генераторный режим сохраняют свои знаки. Это означает, что асинхронный генератор потребляет из сети реактивную мощность и индуктивный ток. Поэтому асинхронный генератор может работать только на сеть, которая имеет источники реактивной мощности.

На характеристиках АГ, работающих в ВЭУ, существенно сказывается режим управления ветроколесом. Например, с применением центробежного регулятора скорости влияющим на систему гидроп- риводу лопастей, оказываются заметны колебания регулятора, что затрудняет параллельную работу ВЭУ с сетью. ВЭУ с АГ большой единичной мощности предпочтительно использовать в режиме переменной частоты вращения, которая зависит от скорости ветра, позволяет в значительной степени повысить коэффициент использования энергии ветра и, соответственно, выработки электроэнергии.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >