Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Основы ветроэнергетики

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.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее