Principles and Experimental Analysis of Voltage Regulators in Power Systems Principios y Análisis Experimental de Reguladores de Voltaje en Sistemas Eléctricos

I. Análisis del Principio de los Reguladores de Voltaje del Sistema Eléctrico

Antes de analizar el principio de los reguladores de voltaje del sistema eléctrico, es necesario analizar el regulador de excitación y sacar conclusiones a través de la comparación. En la aplicación práctica, el regulador de excitación utiliza la desviación de voltaje como cantidad de retroalimentación para el ajuste, manteniendo así el voltaje en el terminal del generador dentro del rango estándar. Sin embargo, este tipo de regulador de voltaje, especialmente durante las fallas de red, requiere una gran cantidad de potencia reactiva para mejorar la estabilidad del voltaje de la red y garantizar la calidad del sistema eléctrico. Dado que el objetivo principal del regulador de excitación es controlar el voltaje en el terminal del generador, es difícil asegurar la estabilidad del voltaje de la red.

En este caso, el regulador de voltaje debe ser mejorado. Los estudios relevantes muestran que al introducir el voltaje del sistema, el transformador principal del generador y el regulador de excitación controlarán conjuntamente el terminal del generador, y el transformador elevador del generador será controlado según el método de compensación mientras se aumenta la potencia reactiva del generador, mejorando así la estabilidad del sistema eléctrico. El principio del regulador de voltaje del sistema eléctrico es controlar el generador introduciendo el voltaje correspondiente junto con el voltaje de excitación. Cuando la velocidad del generador de corriente alterna aumenta, el regulador de voltaje del sistema eléctrico reducirá la corriente de excitación y el flujo magnético para estabilizar el voltaje, garantizando así la operación segura y estable de la red eléctrica.

En la aplicación práctica, el regulador de voltaje del sistema consta de componentes como el bus de alta tensión, el punto de ajuste del voltaje en el terminal del generador, el factor de amplificación, la compensación de fase, el límite de salida y el control de encendido y apagado. El momento en que se enciende o apaga el regulador de voltaje del sistema tiene poco impacto en el regulador y en la potencia del generador. Bajo condiciones equivalentes, el regulador de voltaje del sistema puede reducir la resistencia y la reactancia del transformador principal en cierta medida durante la operación; el grado de reducción varía con la proporción del punto de ajuste del voltaje en el terminal del generador, pero en general, tiene poco impacto en el coeficiente de caída y el coeficiente de caída de potencia.

Sin embargo, para prevenir la competencia de potencia reactiva cuando el regulador de voltaje de un sistema de dos generadores se apaga activamente, los generadores paralelos en el terminal deben ajustarse según la tasa de caída corregida, prestando también atención a la reactancia y resistencia del transformador principal. Cuando la reactancia y la resistencia del transformador principal del regulador de voltaje del sistema disminuyen, la reactancia y resistencia del transformador principal en el terminal suelen ser cero. Si la unidad opera según la tasa de caída, se debe hacer un esfuerzo para aumentar el valor de estabilidad del sistema eléctrico y el soporte del sistema de excitación para el voltaje de la red. Sin embargo, garantizar la estabilidad del sistema eléctrico de esta manera aún plantea ciertos desafíos.

II. Análisis de los Experimentos del Regulador de Voltaje del Sistema Eléctrico

En la operación real del regulador de voltaje del sistema eléctrico, especialmente cuando una unidad individual se conecta a un sistema de bus infinito a través de una línea doble, es probable que ocurran cortocircuitos en el circuito. Una vez que ocurre un cortocircuito, el voltaje en el terminal y la potencia electromagnética disminuirán. Junto con la potencia del motor primario no ajustada, el rotor tiende a acelerarse, y la potencia reactiva puede incluso agotarse, lo que socava la estabilidad del voltaje del sistema eléctrico.

Los sistemas de excitación tradicionales no pueden controlar el voltaje efectivamente. En contraste, el control del lado de alta tensión del voltaje en el terminal, debido a la conexión cercana entre el bus de alta tensión y el sistema, tiende a causar una caída rápida del voltaje en la etapa inicial de la falla, haciendo que su respuesta sea más sensible. Después de una falla de cortocircuito, el voltaje en el terminal del generador y el voltaje del lado de alta del transformador principal suben más rápido que con el regulador de excitación, estabilizando el voltaje en un corto período de tiempo y, por lo tanto, asegurando la estabilidad del bus de voltaje.

Para permitir que el regulador de voltaje del sistema eléctrico funcione mejor, su sistema debe calcularse en consecuencia. Durante el cálculo, se analiza el impacto del modo de control de excitación en el tiempo crítico de limpieza basado en sistemas simples y sistemas reales. Al calcular el sistema de una máquina-bus infinito, se deben aclarar la estructura del bus infinito, el modelo dinámico del generador, la impedancia del transformador y la impedancia del regulador de voltaje del sistema de dos transformadores de potencia (Principios y Análisis Experimental, Zheng Changquan, Compañía de Equipos Eléctricos Baiyun de Guangzhou). Sobre esta base, se analiza el cortocircuito del sistema eléctrico, y se obtienen los resultados correspondientes a través de cálculos de simulación. Los resultados muestran que el regulador de excitación y el regulador de voltaje del sistema eléctrico tienen poca correlación con el tiempo crítico de limpieza.

Al calcular el sistema real, se puede utilizar la estructura de red de una determinada empresa de red eléctrica como red de cálculo, y se analiza el generador en operación de una determinada planta de energía. Sobre esta base, se analiza la falla de cortocircuito del sistema eléctrico. Los resultados muestran que cuando el tiempo crítico de limpieza está en el valor estándar, el regulador de voltaje del sistema eléctrico no responde eficazmente bajo la falla.

Para analizar mejor el regulador de voltaje del sistema eléctrico, se conecta la unidad individual directamente al sistema de red a través de una sola línea, se cierra el interruptor del lado de alta del transformador principal del generador (asegurándose de que el interruptor de la línea esté abierto), se seleccionan diferentes factores de amplificación basados en esta configuración, y se analiza el sistema de control de excitación utilizando el método de simulación de cálculo de la respuesta al paso del voltaje sin carga del generador. Los resultados muestran que si el factor de amplificación es demasiado grande, el sistema eléctrico experimentará problemas de estabilidad sin carga. Para resolver mejor este problema, es aconsejable utilizar el método de control de bus de alta tensión durante la prueba sin carga.

El regulador de voltaje del sistema eléctrico también se puede analizar en el mismo bus. En el análisis experimental, se debe poner énfasis en resolver el problema de distribución de potencia reactiva entre los generadores paralelos. En la práctica, se debe ajustar el mismo voltaje del sistema eléctrico para lograr la misma caída positiva. En la operación real de una planta de energía, se utilizaron cálculos de simulación para combinar el regulador de excitación original con el regulador de voltaje del sistema eléctrico, y juntos abordaron el déficit de potencia reactiva del sistema eléctrico. Los resultados muestran que no hubo competencia de potencia durante la operación de la unidad, y la distribución de potencia reactiva fue relativamente razonable.

III. Conclusión

Con el desarrollo continuo de la tecnología de la información, los problemas dinámicos de calidad de energía se han convertido en un enfoque para la operación segura y ordenada de las redes eléctricas. Depender únicamente del regulador de excitación original no puede lograr el objetivo de una operación segura y ordenada de la red. En este caso, se necesitan dispositivos de compensación para resolver los problemas de voltaje. La combinación del regulador de voltaje del sistema de potencia y el regulador de excitación cumple con las necesidades prácticas hasta cierto punto. Sin embargo, para aplicar mejor el regulador de voltaje del sistema de potencia en la red eléctrica, es necesario analizar su principio y los resultados de las pruebas.

A medida que avanza la época, surgirán nuevos problemas en la red eléctrica. Para resolver mejor estos problemas, se requiere un análisis más profundo del principio del regulador de voltaje del sistema de potencia.