Принципы и экспериментальный анализ регуляторов напряжения в энергетических системах

I. Анализ принципа работы регуляторов напряжения энергосистемы

Прежде чем анализировать принцип работы регуляторов напряжения энергосистемы, необходимо проанализировать возбудитель и сделать выводы путем сравнения. В практическом применении возбудитель использует отклонение напряжения в качестве обратной связи для регулирования, что позволяет поддерживать напряжение на выводах генератора в пределах стандартного диапазона. Однако этот тип регулятора напряжения, особенно при авариях в сети, требует большого количества реактивной мощности для улучшения стабильности напряжения сети и обеспечения качества энергосистемы. Поскольку основная цель возбудителя - это контроль напряжения на выводах генератора, трудно обеспечить стабильность напряжения в сети.

В этом случае регулятор напряжения должен быть улучшен. Согласно соответствующим исследованиям, путем введения системного напряжения, главный трансформатор генератора и возбудитель будут совместно контролировать выводы генератора, а повышающий трансформатор генератора будет контролироваться на основе метода компенсации, увеличивая реактивную мощность генератора, тем самым улучшая стабильность энергосистемы. Принцип работы регулятора напряжения энергосистемы заключается в управлении генератором путем введения соответствующего напряжения вместе с возбуждающим напряжением. Когда скорость вращения асинхронного генератора увеличивается, регулятор напряжения энергосистемы уменьшает ток возбуждения и магнитный поток, чтобы стабилизировать напряжение, обеспечивая безопасную и стабильную работу энергосети.

На практике регулятор напряжения системы состоит из компонентов, таких как высоковольтная шина, задатчик напряжения на выводах генератора, коэффициент усиления, фазовая компенсация, ограничение выхода и управление включением/выключением. Момент включения или выключения регулятора напряжения энергосистемы имеет небольшое влияние на регулятор и мощность генератора. При равных условиях регулятор напряжения энергосистемы может в определенной степени уменьшить сопротивление и реактивное сопротивление главного трансформатора во время работы; степень уменьшения варьируется в зависимости от соотношения задатчика напряжения на выводах генератора, но в целом, это оказывает небольшое влияние на коэффициент падения напряжения и коэффициент падения мощности.

Однако, чтобы предотвратить конкуренцию за реактивную мощность, когда регулятор напряжения двухгенераторной энергосистемы активно выключается, параллельные генераторы на выводах должны быть настроены на основе скорректированного коэффициента падения, при этом также следует учитывать реактивное сопротивление и сопротивление главного трансформатора. Когда реактивное сопротивление и сопротивление главного трансформатора регулятора напряжения энергосистемы уменьшаются, реактивное сопротивление и сопротивление главного трансформатора на выводах обычно становятся равными нулю. Если устройство работает на основе коэффициента падения, следует стремиться к увеличению значения стабильности энергосистемы и поддержки сетевого напряжения возбудителем. Однако обеспечение стабильности энергосистемы таким образом по-прежнему представляет определенные вызовы.

II. Анализ экспериментов с регуляторами напряжения энергосистемы

При фактической работе регулятора напряжения энергосистемы, особенно когда одиночный агрегат подключен к бесконечной шине через двухцепевую линию, вероятны короткие замыкания в цепи. При возникновении короткого замыкания напряжение на выводах и электромагнитная мощность снижаются. В сочетании с неизменной мощностью первичного двигателя ротор начинает ускоряться, и реактивная мощность может даже исчерпаться, что подрывает стабильность напряжения энергосистемы.

Традиционные системы возбуждения не могут эффективно контролировать напряжение. В противоположность этому, контроль высокого напряжения на выводах, благодаря близкой связи между высоковольтной шиной и системой, приводит к быстрому падению напряжения на начальной стадии аварии, делая его реакцию более чувствительной. После короткого замыкания напряжение на выводах генератора и высоковольтная сторона главного трансформатора восстанавливаются быстрее, чем с помощью возбудителя, стабилизируя напряжение в короткий срок, что обеспечивает стабильность напряжения на шине.

Для того чтобы регулятор напряжения энергосистемы работал лучше, его система должна быть рассчитана соответственно. Во время расчета анализируется влияние режима управления возбуждением на критическое время расчистки на основе простых систем и реальных систем. При расчете одиночного агрегата, подключенного к бесконечной шине, необходимо уточнить структуру бесконечной шины, динамическую модель генератора, импеданс трансформатора и импеданс двухцепевой системы трансформатора регулятора напряжения энергосистемы (Принципы и экспериментальный анализ, Чжэн Чанцюань, Компания электрооборудования Байюнь, Гуанчжоу). На этой основе анализируется короткое замыкание в энергосистеме, и соответствующие результаты получены путем моделирования. Результаты показывают, что возбудитель и регулятор напряжения энергосистемы имеют небольшую связь с критическим временем расчистки.

При расчете реальной системы можно использовать структуру сети определенной энергокомпании в качестве расчетной сети, и анализировать работающий генератор определенной электростанции. На этой основе анализируется короткое замыкание в энергосистеме. Результаты показывают, что при критическом времени расчистки, равном стандартному значению, регулятор напряжения энергосистемы не отвечает эффективно при аварии.

Для лучшего анализа регулятора напряжения энергосистемы, одиночный агрегат можно подключить напрямую к сетевой системе через одну линию, закрыть высоковольтный выключатель главного трансформатора генератора (обеспечив, что линейный выключатель открыт), выбрать различные коэффициенты усиления на основе данной конфигурации и проанализировать систему управления возбуждением, используя метод моделирования шагового отклика холостого хода генератора. Результаты показывают, что если коэффициент усиления слишком велик, энергосистема столкнется с проблемами стабильности при холостом ходе. Для лучшего решения этой проблемы рекомендуется использовать метод управления высоковольтной шиной при тестировании на холостом ходу.

Регулятор напряжения энергосистемы также можно анализировать на одной и той же шине. В экспериментальном анализе следует уделять внимание решению проблемы распределения реактивной мощности между параллельными генераторами. На практике, одно и то же напряжение энергосистемы должно быть настроено на достижение одинакового положительного коэффициента падения. В реальной эксплуатации электростанции были использованы моделирования, чтобы объединить исходный возбудитель с регулятором напряжения энергосистемы, и они совместно решали дефицит реактивной мощности энергосистемы. Результаты показывают, что при работе агрегатов не было конкуренции за мощность, и распределение реактивной мощности было относительно разумным.

III. Заключение

С непрерывным развитием информационных технологий динамические вопросы качества электроэнергии стали фокусом для безопасной и упорядоченной работы электросетей. Опираясь только на оригинальный возбудитель, невозможно достичь цели безопасной и упорядоченной работы сети. В этом случае необходимы компенсационные устройства для решения проблем с напряжением. Комбинация регулятора напряжения системы электропередачи и возбудителя в определенной степени удовлетворяет практическим потребностям. Однако, чтобы лучше применять регулятор напряжения системы электропередачи в сети, необходимо анализировать его принципы и результаты тестирования.

По мере развития времен в электросети будут возникать новые проблемы. Для лучшего решения этих проблем требуется дальнейший анализ принципа работы регулятора напряжения системы электропередачи.