Zasady i analiza eksperymentalna regulatorów napięcia w systemach energetycznych

I. Analiza zasady działania regulatorów napięcia systemu elektrycznego

Przed analizą zasady działania regulatorów napięcia systemu elektrycznego konieczne jest przeanalizowanie regulatora wzbudzenia i wyciągnięcie wniosków poprzez porównanie. W praktyce regulator wzbudzenia używa odchylenia napięcia jako wartości zwrotno-korygującej, co pozwala utrzymać napięcie na końcówce generatora w standardowym zakresie. Jednak tego typu regulator napięcia, zwłaszcza podczas awarii sieci, wymaga dużej ilości mocy reaktywnej, aby poprawić stabilność napięcia w sieci i zapewnić jakość systemu energetycznego. Ponieważ głównym celem regulatora wzbudzenia jest kontrola napięcia na końcówce generatora, trudno jest zapewnić stabilność napięcia w sieci.

W takim przypadku regulatory napięcia powinny zostać ulepszone. Badania pokazują, że poprzez wprowadzenie napięcia systemowego, główny transformator generatora i regulator wzbudzenia będą wspólnie kontrolować końcówkę generatora, a transformator wzmacniający generator będzie kontrolowany na podstawie metody kompensacji, jednocześnie zwiększając moc reaktywną generatora, co poprawia stabilność systemu energetycznego. Zasada działania regulatora napięcia systemu elektrycznego polega na sterowaniu generatorem poprzez wprowadzenie odpowiedniego napięcia razem z napięciem wzbudzenia. Gdy prędkość generatora przemiennego wzrasta, regulatory napięcia systemu elektrycznego redukują prąd wzbudzenia i strumień magnetyczny, aby ustabilizować napięcie, zapewniając bezpieczne i stabilne działanie sieci elektrycznej.

W praktyce regulator napięcia systemu składa się z elementów takich jak magistrala wysokiego napięcia, wartość ustawiona napięcia na końcówce generatora, współczynnik wzmocnienia, korekcja fazowa, ograniczenie wyjściowe oraz sterowanie włączaniem i wyłączaniem. Moment włączenia lub wyłączenia regulacji napięcia systemu ma niewielki wpływ na regulator i moc generatora. W równoważnych warunkach, regulatory napięcia systemu mogą do pewnego stopnia obniżyć opór i reaktancję głównego transformatora podczas pracy; stopień obniżenia zależy od proporcji wartości ustawionej napięcia na końcówce generatora, ale ogólnie rzecz biorąc, ma niewielki wpływ na współczynnik spadku napięcia i współczynnik spadku mocy.

Jednakże, aby zapobiec konkurencji mocy reaktywnej, gdy regulator napięcia systemu z dwoma generatorami jest aktywnie wyłączony, generatorom równoległym na końcówce należy ustawić poprawiony współczynnik spadku, przy czym należy również zwrócić uwagę na reaktancję i opór głównego transformatora. Gdy reaktancja i opór głównego transformatora regulacji napięcia systemu maleją, reaktancja i opór głównego transformatora na końcówce są zwykle równe zero. Jeśli jednostka działa według współczynnika spadku, należy dążyć do zwiększenia wartości stabilności systemu energetycznego i wsparcia systemu wzbudzenia dla napięcia sieci. Niemniej jednak zapewnienie stabilności systemu energetycznym w ten sposób nadal stanowi pewne wyzwanie.

II. Analiza eksperymentów z regulatorami napięcia systemu elektrycznego

W rzeczywistej operacji regulatora napięcia systemu elektrycznego, szczególnie gdy pojedyncza jednostka jest podłączona do nieskończonej magistrali przez linię dwutorową, możliwe są krótkie zwarcia w obwodzie. Po wystąpieniu zwarcia, napięcie końcowe i moc elektromagnetyczna maleją. W połączeniu z nieustawioną mocą napędową, rotor skłonny jest do przyspieszenia, a moc reaktywna może nawet być wyczerpana, co podważa stabilność napięcia systemu elektrycznego.

Tradycyjne systemy wzbudzenia nie potrafią efektywnie kontrolować napięcia. W porównaniu z tym, kontrola napięcia ze strony wysokiego napięcia, ze względu na bliskie połączenie między magistralą wysokiego napięcia a systemem, powoduje szybkie spadanie napięcia w początkowej fazie awarii, co sprawia, że jego reakcja jest bardziej wrażliwa. Po wystąpieniu uszkodzenia zwarcia, napięcie końcowe generatora i napięcie wysokiej strony głównego transformatora wzrastają szybciej niż w przypadku regulatora wzbudzenia, stabilizując napięcie w krótkim czasie, co zapewnia stabilność magistrali napięcia.

Aby umożliwić lepsze działanie regulatora napięcia systemu, jego system powinien być odpowiednio obliczany. Podczas obliczeń analizowany jest wpływ trybu kontroli wzbudzenia na krytyczny czas usuwania, bazując na prostych systemach i rzeczywistych systemach. Podczas obliczeń systemu jednostki-nieskończona magistrala, należy określić strukturę nieskończonej magistrali, dynamiczny model generatora, impedancję transformatora i impedancję systemu regulacji napięcia z dwutorowym transformatorem (Zasady i Analiza Eksperymentalna, Zheng Changquan, Guangzhou Baiyun Electric Equipment Co., Ltd.). Na tej podstawie analizowane jest zwarcie w systemie energetycznym, a odpowiadające wyniki otrzymywane są poprzez symulacje obliczeniowe. Wyniki pokazują, że regulator wzbudzenia i regulator napięcia systemu mają niewielkie powiązanie z krytycznym czasem usuwania.

Podczas obliczeń rzeczywistego systemu można użyć struktury sieci pewnej firmy energetycznej jako sieci obliczeniowej, a następnie przeanalizować działający generator pewnej elektrowni. Na tej podstawie analizowane jest zwarcie w systemie energetycznym. Wyniki pokazują, że gdy krytyczny czas usuwania jest na standardowej wartości, regulatory napięcia systemu nie reagują skutecznie podczas uszkodzenia.

Aby lepiej przeanalizować regulatory napięcia systemu, pojedynczą jednostkę można bezpośrednio podłączyć do systemu sieciowego poprzez pojedynczą linię, zamknąć przełącznik wysokiego napięcia głównego transformatora generatora (upewniając się, że przełącznik linii jest otwarty), wybrać różne współczynniki wzmocnienia na podstawie takiej konfiguracji, a następnie przeanalizować system kontroli wzbudzenia za pomocą metody symulacji reakcji na krok napięcia generatora bez obciążenia. Wyniki pokazują, że jeśli współczynnik wzmocnienia jest zbyt duży, system energetyczny może mieć problemy ze stabilnością bez obciążenia. Aby lepiej rozwiązać ten problem, zaleca się użycie funkcji kontroli magistrali wysokiego napięcia podczas testu bez obciążenia.

Regulatory napięcia systemu mogą również być analizowane na tej samej magistrali. W analizie eksperymentalnej należy położyć nacisk na rozwiązanie problemu dystrybucji mocy reaktywnej między generatorami równoległymi. W praktyce to samo napięcie systemu powinno być dostosowane do osiągnięcia tego samego dodatniego spadku. W rzeczywistej operacji elektrowni, symulacje obliczeniowe były używane do połączenia oryginalnego regulatora wzbudzenia z regulatorem napięcia systemu, które wspólnie rozwiązywały deficyt mocy reaktywnej w systemie. Wyniki pokazały, że podczas działania jednostek nie było konkurencji mocy, a dystrybucja mocy reaktywnej była stosunkowo rozsądna.

III. Wnioski

Wraz z ciągłym rozwojem technologii informacyjnej, dynamiczne problemy jakości energii stały się punktem centralnym dla bezpiecznej i uporządkowanej pracy sieci elektrycznych. Reliance tylko na oryginalny regulator wzbudzenia nie może osiągnąć celu bezpiecznej i uporządkowanej pracy sieci. W takim przypadku potrzebne są urządzenia kompensujące, aby rozwiązać problemy z napięciem. Połączenie regulatora napięcia systemu energetycznego z regulatorem wzbudzenia do pewnego stopnia spełnia praktyczne potrzeby. Jednak, aby lepiej zastosować regulator napięcia systemu energetycznego w sieci, jego zasady i wyniki testów muszą zostać przeanalizowane.

Z biegiem czasu, w sieci elektroenergetycznej pojawią się nowe problemy. Aby lepiej rozwiązać te problemy, wymagana jest dalsza analiza zasad działania regulatora napięcia systemu energetycznego.