اصول و تحلیل تجربی تنظیمکنندههای ولتاژ در سیستمهای برق
I. تجزیه و تحلیل اصل تنظیمکنندههای ولتاژ سیستم برق
قبل از تجزیه و تحلیل اصل تنظیمکنندههای ولتاژ سیستم برق، لازم است که تنظیمکننده برانگیزش را تجزیه و تحلیل کرده و نتایج را از طریق مقایسه به دست آوریم. در کاربرد عملی، تنظیمکننده برانگیزش از انحراف ولتاژ به عنوان مقدار بازخورد برای تنظیم استفاده میکند، بنابراین ولتاژ انتهایی مولد را در محدوده استاندارد نگه میدارد. اما این نوع تنظیمکننده ولتاژ، به خصوص در حالت خطا در شبکه، نیاز به مقدار زیادی قدرت واکنشی برای بهبود پایداری ولتاژ شبکه و تضمین کیفیت سیستم برق دارد. چون هدف اصلی تنظیمکننده برانگیزش کنترل ولتاژ انتهایی مولد است، دشوار است که پایداری ولتاژ شبکه را تضمین کند.
در این صورت، تنظیمکننده ولتاژ باید بهبود یابد. مطالعات مربوطه نشان میدهد که با معرفی ولتاژ سیستم، ترانسفورماتور اصلی مولد و تنظیمکننده برانگیزش به طور مشترک کنترل انتهای مولد را انجام میدهند و ترانسفورماتور بالارسان مولد بر اساس روش جبرانی کنترل میشود در حالی که قدرت واکنشی مولد افزایش مییابد، بنابراین پایداری سیستم برق بهبود مییابد. اصل تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق این است که با معرفی ولتاژ متناسب با ولتاژ برانگیزش، مولد را کنترل میکند. وقتی سرعت مولد AC افزایش مییابد، تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق جریان برانگیزش و شار مغناطیسی را کاهش میدهد تا ولتاژ را پایدار کند، بنابراین عملکرد ایمن و پایدار شبکه را تضمین میکند.
در کاربرد عملی، تنظیمکننده ولتاژ سیستم ولتاژ شامل اجزایی مانند بوس ولتاژ بالا، نقطه تنظیم ولتاژ انتهایی مولد، ضریب تقویت، جبران فاز، محدودیت خروجی و کنترل روشن و خاموش است. زمان روشن یا خاموش شدن تنظیمکننده ولتاژ سیستم ولتاژ تأثیر کمی بر تنظیمکننده و قدرت مولد دارد. تحت شرایط معادل، تنظیمکننده ولتاژ سیستم ولتاژ میتواند مقاومت و واکنش ترانسفورماتور اصلی را تا حدی در حین عملکرد کاهش دهد؛ میزان کاهش با نسبت نقطه تنظیم ولتاژ انتهایی مولد متفاوت است، اما به طور کلی، تأثیر کمی بر ضریب شیب و ضریب شیب قدرت دارد.
با این حال، برای جلوگیری از رقابت قدرت واکنشی هنگامی که تنظیمکننده ولتاژ یک سیستم برق دو مولد به طور فعال خاموش میشود، نیاز است که مولدهای موازی انتهایی بر اساس نرخ شیب اصلاح شده تنظیم شوند، در حالی که به واکنش و مقاومت ترانسفورماتور اصلی نیز توجه شود. هنگامی که واکنش و مقاومت ترانسفورماتور اصلی تنظیمکننده ولتاژ سیستم ولتاژ کاهش مییابد، معمولاً واکنش و مقاومت ترانسفورماتور اصلی انتهایی صفر است. اگر واحد بر اساس نرخ شیب عمل میکند، باید تلاش کرد تا مقدار پایداری سیستم برق و حمایت سیستم برانگیزش از ولتاژ شبکه افزایش یابد. با این حال، تضمین پایداری سیستم برق به این روش همچنان چالشهایی دارد.
II. تجزیه و تحلیل آزمایشهای تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق
در عملکرد واقعی تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق، به ویژه وقتی یک واحد به یک سیستم بانک بینهایت از طریق خط دوطرفه متصل میشود، ممکن است که در مدار کهربایی کوتاهمداری رخ دهد. هنگامی که کوتاهمداری رخ میدهد، ولتاژ انتهایی و قدرت الکترومغناطیسی کاهش مییابد. با توجه به قدرت محرک اصلی که تنظیم نشده است، روتور تمایل به شتاب گرفتن دارد و حتی ممکن است قدرت واکنشی نیز کاهش یابد، بنابراین پایداری ولتاژ سیستم برق زیر سؤال میرود.
سیستمهای برانگیزشی سنتی نمیتوانند ولتاژ را به طور موثر کنترل کنند. در مقابل، کنترل سمت ولتاژ بالا به دلیل ارتباط نزدیک بین بوس ولتاژ بالا و سیستم، میتواند باعث کاهش سریع ولتاژ در مرحله اولیه خرابی شود و پاسخ آن حساستر است. پس از خرابی کوتاهمداری، ولتاژ انتهایی مولد و ولتاژ سمت بالای ترانسفورماتور اصلی سریعتر از تنظیمکننده برانگیزش افزایش مییابد، ولتاژ را در مدت کوتاهی پایدار میکند و بنابراین پایداری بانک ولتاژ تضمین میشود.
برای اینکه تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق بهتر عمل کند، سیستم آن باید به طور مناسب محاسبه شود. در طول محاسبه، تأثیر حالت کنترل برانگیزش بر زمان حذف بحرانی بر اساس سیستمهای ساده و سیستمهای واقعی تجزیه و تحلیل میشود. هنگام محاسبه سیستم یک مولد-بانک بینهایت، ساختار بانک بینهایت، مدل پویای مولد، واکنش ترانسفورماتور و واکنش تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق دوطرفه (اصول و تجزیه و تحلیل آزمایشی، چنگ چانگچوان، شرکت تجهیزات برق گوانگژو باییون) باید مشخص شود. بر این اساس، خرابی کوتاهمداری سیستم برق تجزیه و 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، میتوان از ساختار شبکه یک شرکت توزیع برق به عنوان شبکه محاسبه استفاده کرد و مولد عملیاتی یک نیروگاه را تجزیه و تحلیل کرد. بر این اساس، خرابی کوتاهمداری سیستم برق تجزیه و تحلیل میشود. نتایج نشان میدهند که وقتی زمان حذف بحرانی در مقدار استاندارد است، تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق به طور موثری در شرایط خرابی پاسخ نمیدهد.
برای تجزیه و تحلیل بهتر تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق، یک واحد را به طور مستقیم از طریق یک خط به سیستم شبکه متصل کنید، کلید سمت بالای ترانسفورماتور اصلی مولد را ببندید (مطمئن شوید که کلید 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 گام ولتاژ بدون بار مولد تجزیه و تحلیل کنید. نتایج نشان میدهند که اگر ضریب تقویت خیلی بزرگ باشد، سیستم برق با مشکلات پایداری بدون بار مواجه میشود. برای حل بهتر این مشکل، توصیه میشود از روش کنترل بوس ولتاژ بالا در آزمون بدون بار استفاده شود.
تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق میتواند نیز در همان بانک تجزیه و تحلیل شود. در تجزیه و تحلیل آزمایشی، باید تأکید بر حل مشکل توزیع قدرت واکنشی بین مولدهای موازی باشد. در عمل، باید ولتاژ یکسان سیستم برق تنظیم شود تا شیب مثبت یکسانی به دست آید. در عملکرد واقعی یک نیروگاه، از محاسبات شبیهسازی برای ترکیب تنظیمکننده برانگیزش اصلی با تنظیمکننده ولتاژ سیستم برق استفاده شد و آنها به طور مشترک به حل کمبود قدرت واکنشی سیستم برق پرداختند. نتایج نشان میدهند که در عملکرد واحد، رقابت قدرتی وجود نداشت و توزیع قدرت واکنشی نسبتاً منطقی بود.
III. نتیجهگیری
با پیشرفت مداوم فناوری اطلاعات، مشکلات کیفیت توان دینامیکی به یکی از مسائل کلیدی 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 شرایط، نیاز به دستگاههای جبرانی برای حل مشکلات ولتاژ وجود دارد. ترکیب رگولاتور ولتاژ سیستم برق و رگولاتور تحریک تا حدودی نیازهای عملی را برآورده میکند. با این حال، برای کاربرد بهتر رگولاتور ولتاژ سیستم برق در شبکه، اصول کاری و نتایج آزمون آن باید تحلیل شوند.
با پیشرفت زمان، مشکلات جدیدی در شبکه برق ظاهر خواهد شد. برای حل بهتر این مشکلات، نیاز به تحلیل بیشتر اصول کاری رگولاتور ولتاژ سیستم برق است.
