اصول و تجزیه و تحلیل تجربی تنظیمکنندههای ولتاژ در سیستمهای برق
I. تحلیل اصل تنظیمکنندههای ولتاژ سیستم برق
قبل از تحلیل اصل تنظیمکنندههای ولتاژ سیستم برق، لازم است که تنظیمکننده برانگیزش را تحلیل کرده و نتیجهگیری از طریق مقایسه انجام داد. در کاربرد عملی، تنظیمکننده برانگیزش از انحراف ولتاژ به عنوان مقدار بازخورد برای تنظیم استفاده میکند، بنابراین ولتاژ پایانهی ژنراتور را در محدوده استاندارد حفظ میکند. با این حال، این نوع تنظیمکننده ولتاژ، به ویژه در هنگام خرابی شبکه، نیاز به مقدار زیادی از قدرت واکنشی برای بهبود پایداری ولتاژ شبکه و تضمین کیفیت سیستم برق دارد. چون هدف اصلی تنظیمکننده برانگیزش کنترل ولتاژ پایانهی ژنراتور است، دشوار است که پایداری ولتاژ شبکه را تضمین کند.
در این صورت، تنظیمکننده ولتاژ باید بهبود یابد. مطالعات مربوط نشان میدهد که با معرفی ولتاژ سیستم، ترانسفورماتور اصلی ژنراتور و تنظیمکننده برانگیزش به طور مشترک پایانهی ژنراتور را کنترل میکنند و ترانسفورماتور بالا بردن ژنراتور بر اساس روش جبرانی کنترل میشود و در عین حال قدرت واکنشی ژنراتور افزایش مییابد، بنابراین پایداری سیستم برق بهبود مییابد. اصل تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق این است که با معرفی ولتاژ متناسب به همراه ولتاژ برانگیزش، ژنراتور را کنترل کند. هنگامی که سرعت ژنراتور AC افزایش مییابد، تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق جریان برانگیزش و فلوکس مغناطیسی را کاهش میدهد تا ولتاژ را پایدار کند و بدین طریق عملیات ایمن و پایدار شبکه برق را تضمین کند.
در کاربرد عملی، تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق از اجزایی مانند شین بالا ولتاژ، نقطه تنظیم ولتاژ پایانهی ژنراتور، ضریب تقویت، جبران فاز، محدودیت خروجی و کنترل روشن/خاموش تشکیل شده است. لحظهی روشن یا خاموش شدن تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق تأثیر کمی بر تنظیمکننده و قدرت ژنراتور دارد. تحت شرایط معادل، تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق میتواند مقاومت و واکنش ترانسفورماتور اصلی را در حین عملیات تا حدی کاهش دهد؛ میزان کاهش با نسبت نقطه تنظیم ولتاژ پایانهی ژنراتور متفاوت است، اما در کل، تأثیر کمی بر ضریب سقوط و ضریب سقوط قدرت دارد.
با این حال، برای جلوگیری از رقابت قدرت واکنشی هنگامی که تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق دو ژنراتوری به طور فعال خاموش میشود، نیاز است که ژنراتورهای موازی پایانه بر اساس نرخ سقوط اصلاح شده تنظیم شوند و همچنین به واکنش و مقاومت ترانسفورماتور اصلی توجه شود. هنگامی که واکنش و مقاومت ترانسفورماتور اصلی تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق کاهش مییابد، معمولاً واکنش و مقاومت ترانسفورماتور اصلی پایانه صفر است. اگر واحد بر اساس نرخ سقوط عمل میکند، باید تلاش شود تا مقدار پایداری سیستم برق و حمایت سیستم برانگیزش از ولتاژ شبکه افزایش یابد. با این حال، تأمین پایداری سیستم برق به این روش همچنان چالشهایی دارد.
II. تحلیل آزمایشهای تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق
در عملیات واقعی تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق، به ویژه زمانی که یک واحد منفرد از طریق خط دوطرفه به یک سیستم شین بینهایت متصل میشود، محتمل است که خرابی کوتاهمداری در مدار رخ دهد. هنگامی که خرابی کوتاهمداری رخ میدهد، ولتاژ پایانه و قدرت الکترومغناطیسی کاهش مییابد. با توجه به قدرت محرک اصلی که تنظیم نشده است، روتر تمایل به شتاب گرفتن دارد و حتی ممکن است قدرت واکنشی کاهش یابد، بنابراین پایداری ولتاژ سیستم برق را تضعیف میکند.
سیستمهای برانگیزش سنتی نمیتوانند ولتاژ را به طور موثر کنترل کنند. در مقابل، کنترل ولتاژ سمت بالا پایانه به دلیل ارتباط نزدیک بین شین بالا ولتاژ و سیستم، میتواند باعث سقوط سریع ولتاژ در مرحله اولیه خرابی شود و پاسخ آن حساستر است. پس از خرابی کوتاهمداری، ولتاژ پایانه ژنراتور و ولتاژ سمت بالا ترانسفورماتور اصلی سریعتر از تنظیمکننده برانگیزش افزایش مییابد و در مدت کوتاهی ولتاژ را پایدار میکند و بدین طریق پایداری شین ولتاژ تضمین میشود.
برای اینکه تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق بهتر عمل کند، سیستم آن باید به طور متناسب محاسبه شود. در حین محاسبه، تأثیر حالت کنترل برانگیزش بر زمان حذف بحرانی بر اساس سیستمهای ساده و واقعی تحلیل میشود. هنگام محاسبه سیستم یک ماشین-شین بینهایت، ساختار شین بینهایت، مدل دینامیکی ژنراتور، واکنش ترانسفورماتور و واکنش سیستم ترانسفورماتور دوطرفه تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق (اصول و تحلیل آزمایشی، چنگ چانگچوان، شرکت تجهیزات برق گوانگژو باییون) باید مشخص شود. بر این اساس، خرابی کوتاهمداری سیستم برق تحلیل میشود و نتایج مربوطه از طریق محاسبات شبیهسازی به دست میآید. نتایج نشان میدهند که تنظیمکننده برانگیزش و تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق تأثیر کمی بر زمان حذف بحرانی دارند.
هنگام محاسبه سیستم واقعی، ساختار شبکه یک شرکت خاص برق میتواند به عنوان شبکه محاسبهای استفاده شود و عملیات ژنراتور یک نیروگاه خاص تحلیل میشود. بر این اساس، خرابی کوتاهمداری سیستم برق تحلیل میشود. نتایج نشان میدهند که زمانی که زمان حذف بحرانی در مقدار استاندارد است، تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق در زمان خرابی به طور موثر پاسخ نمیدهد.
برای تحلیل بهتر تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق، واحد منفرد را مستقیماً از طریق یک خط به سیستم شبکه متصل کنید، مפסק سمت بالا ترانسفورماتور اصلی ژنراتور را ببندید (مطمئن شوید که مפסק خط باز است)، بر اساس این پیکربندی ضرایب تقویت مختلف را انتخاب کنید و سیستم کنترل برانگیزش را با استفاده از روش محاسبه شبیهسازی پاسخ گامی ولتاژ بدون بار ژنراتور تحلیل کنید. نتایج نشان میدهند که اگر ضریب تقویت بسیار زیاد باشد، سیستم برق مسائل پایداری بدون بار خواهد داشت. برای حل بهتر این مشکل، توصیه میشود از روش کنترل شین بالا ولتاژ در آزمایش بدون بار استفاده شود.
تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق میتواند نیز تحت یک شین مشابه تحلیل شود. در تحلیل آزمایشی، باید تأکید بر حل مشکل توزیع قدرت واکنشی بین ژنراتورهای موازی باشد. در عمل، باید ولتاژ یکسان سیستم برق تنظیم شود تا سقوط مثبت یکسانی به دست آید. در عملیات واقعی یک نیروگاه، از محاسبات شبیهسازی برای ترکیب تنظیمکننده برانگیزش اصلی با تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق استفاده شد و آنها به طور مشترک به کمبود قدرت واکنشی سیستم برق پرداختند. نتایج نشان میدهند که در حین عملیات واحد، رقابت قدرت وجود نداشت و توزیع قدرت واکنشی نسبتاً منطقی بود.
III. نتیجهگیری
با پیشرفت مداوم فناوری اطلاعات، مشکلات کیفیت توان دینامیکی به یکی از نقاط کانونی برای عملکرد ایمن و منظم شبکههای برق تبدیل شده است. تنها با استفاده از رگولاتور تحریک اولیه نمیتوان هدف عملکرد ایمن و منظم شبکه را به دست آورد. در این صورت، به دستگاههای جبران کننده نیاز است تا مشکلات ولتاژ را حل کنند. ترکیب رگولاتور ولتاژ سیستم برق و رگولاتور تحریک به اندازهای نیازهای عملی را برآورده میکند. با این حال، برای کاربرد بهتر رگولاتور ولتاژ سیستم برق در شبکه برق، اصول و نتایج آزمون آن باید تحلیل شود.
با پیش رفتن دوران، مشکلات جدیدی در شبکه برق ظاهر خواهد شد. برای حل بهتر این مشکلات، تحلیل بیشتر اصول رگولاتور ولتاژ سیستم برق لازم است.
