Робота вітроелектричних установок на енергосистему

Размещено на http://www.allbest.ru/

Робота вітроелектричних установок на енергосистему

Вітроустановки з синхронним генератором

При розгляданні процесів в СГ при роботі з мережею первинне значення мають питання вмикання на паралельну роботу і регулювання його активної і реактивної потужностей. При цьому, як правило, передбачається, що потужність мережі більша потужності генератора, а напруга  й частота  мережі постійні. При ввімкнені СГ на паралельну роботу домагаються виконання чотирьох умов, що називаються умовами точної синхронізації:

- діюче значення фазних ЕРС генератора  мають дорівнювати діючим значенням фазних напруг мережі ;

- частота ЕРС генератора  повинна дорівнювати частоті мережі , тобто ;

- ЕРС включеного генератора  і напруга мережі  повинні мати зсув по фазі на 180°;

- генератор і мережа повинні мати однаковий порядок передування фаз.

При дотриманні цих умов генератори включаються в мережу практично без кидків струму. Невиконання умов синхронізації призводить до наступних наслідків:

а) якщо,  а третя умова виконується, то обмоткою статора у момент вмикання буде йти вирівнювальний струм, що обумовлено величиною ; за характером цей струм є реактивним, генератор не приймає навантаження, однак за величиною він може статі значним й спричинить перегрів обмоток;

б) якщо , то в колі генератора виникає ЕРС, що постійно змінюється за величиною , яка називається биттям напруги; при цьому величина зрівняльного струму і його фаза по відношенню  і  постійно змінюються, що викликає як нагрів обмоток, так і знакозмінні механічні поштовхи на валу генератора:

в) якщо вектори  і  обертаються синхронно, але не знаходяться в протифазі, то зрівнювальний струм матиме активну складову і у момент включення виникне значний механічний поштовх, здатний викликати ушкодження генератора і його приводного двигуна;

г) якщо порушено чергування фаз генератора і мережі, то паралельна робота неможлива і включення генератора на мережу може викликати тяжку аварію внаслідок великих зрівняльних струмів і знакозмінних механічних поштовхів.

Заходи з виконання перерахованих умов при включенні СГ на паралельну роботу називають синхронізацією. Практично при синхронізації спочатку встановлюють номінальну частоту обертання СГ, що забезпечує приблизну рівність частот  і , а потім, регулюючи струм збудження генератора, домагаються рівності . Фазовий зсув між  і , а також порядок чергування фаз перевіряють синхроноскопами, проте найчастіше синхронізація здійснюється за допомогою автоматичних приладів без участі обслуговуючого персоналу.

Регулювання реактивної потужності СГ, працюючого паралельно з мережею, можливо зміною струму збудження . Після виконання умов синхронізації і включення на паралельну роботу струм в обмотці статора СГ дорівнює нулю, оскільки 

 (рис. 7.5, а).

У цих умовах машина працює в режимі ідеального холостого ходу, не віддає потужності в мережу і не споживає її з мережі. Потужність на збудження поступає від збуджувача.

При роботі СГ на мережу великої потужності його напруга  залишається незмінною і рівною напрузі мережі , що обумовлює постійність результуючого магнітного потоку генератора.

При збільшенні струму збудження (перезбудження генератора)  і між мережею та статором СГ з'явиться зрівнювальний струм

 (7.10)

Рисунок 7.5 - Регулювання реактивної потужності синхронного генератора підключеного до мережі при холостому ходіі

Цей струм відстає від векторів  і  на кут , оскільки опір кола якоря  є індуктивним (рис. 7.5, б), створює розмагнічуючу реакцію якоря і результуючий магнітний потік СГ залишається незмінним. По відношенню до мережі даний зрівнювальний струм є ємнісним (що випереджає вектор  на кут ). Припустимо, що перезбуджений генератор для потужної мережі є ємнісним навантаженням, тобто віддає в мережу реактивну потужність. Подальше збільшення струму збудження  приведе до збільшення струму якоря, але зрушення фаз, показане на рисунку 7.6, б, не зміниться, а коефіцієнт потужності генератора залишиться рівним нулю  при .

При зменшенні струму збудження (недозбудження генератора) , вектор  змінює фазу (рис. 7.5, в) і співпадає за напрямом з вектором напруги мережі . Зрівняльний струм, відстаючи від вектору  на кут , по відношенню до генератора тепер виявляється чисто ємнісним, а по відношенню до мережі - чисто індуктивним. У генераторі він створює реакцію якоря, що намагнічує, підтримує результуючий магнітний потік. В цьому випадку недозбуджений генератор споживає з мережі реактивну потужність, необхідну йому для підмагнічування, і виконує для мережі роль індуктивного навантаження. Відмітимо, що реактивний зрівнювальний струм не створює моменту, що обертає або гальмівного, тому активна потужність СГ при зміні струму збудження не виробляється і не споживається з мережі.

Процеси регулювання активної і реактивної потужностей СГ показані на векторних діаграмах рис. 7.6 і 7.7. Для того, щоб генератор, включений на паралельну роботу з мережею, віддавав активну потужність, необхідно збільшити момент його приводного двигуна, що обертає. Під дією цього моменту вісь полюсів ротора випереджає вісь полюсів магнітного поля статора, що обертається, на кут , в результаті вектор ЕРС  (рис 7.6) зрушується по відношенню до вектору  на той же кут  у бік випередження, у струмі статора  з'явиться активна складова, яка показує, що генератор віддає в мережу деяку активну потужність. Одночасно з цим генератор розвиває електромагнітний момент, який урівноважує збільшений момент приводного двигуна, що обертає.

При подальшому збільшенні обертального моменту приводного двигуна і при незмінному струмі збудження  вектор ЕРС ., не змінюючись за величиною, буде повертатися по колу проти годинникової стрілки (у бік випередження ), кут , величина  і струм  зростатимуть, збільшуватиметься вироблювана потужність. Одночасно з цим буде трохи збільшуватися і реактивна потужність, споживана генератором з мережі, тому для забезпечення необхідного режиму роботи СГ з мережею необхідно регулювати і струм збудження.

Рисунок 7.7 - Регулювання реактивної потужності синхронного генератора при паралельній роботі з мережею під навантаженням

Рисунок 7.6 - Регулювання активної потужності синхронного генератора при паралельній роботі з мережею

Потужність, що розвивається синхронного генератора, а отже, і електромагнітний момент тим більший, чим більше кут , тобто чим більший обертальний момент розвиває приводний двигун (у генератора). При зміні струму збудження під навантаженням мають місце ті ж явища, що і при холостому ході - змінюється лише реактивна потужність. Так, синхронний генератор в режимі, показаному на рис. 7.6, споживає з мережі підмагнічуючий реактивний струм , тобто споживає реактивну потужність. Якщо дещо збільшити струм збудження, можна домогтися режиму при якому  (рис. 7.7, а). Такий режим називають режимом повного або нормального збудження. вітроустановка синхронний генератор мережа

Подальше збільшення струму збудження приведе до появи випереджального реактивного струму  (рис. 7.7, б) і генератор стане джерелом реактивної потужності.

Робота синхронного генератора з мережею стійка, якщо позитивному (негативному) збільшенню кута  відповідає позитивне (негативне) прирощення потужності , тобто

 (7.10)

Межа відношення

 (7.11)

називається синхронізуючою потужністю, яка позначається .

Фізично синхронізуюча потужність визначає силу, яка утримує машину в синхронізмі з мережею, пружний електромагнітний зв'язок ротора з обертовим магнітним полем. Такий зв'язок може бути уподібнений дії пружних пружин, що пов'язують поле генератора і обертовий ротор. Якщо з якихось причин кутперевищить 90°, магнітний зв'язок порушиться, ротор випаде з синхронізму, що відповідатиме розриву пружин.

За аналогією з синхронізуючою потужністю величина

 (7.12)

називається синхронізуючим моментом.

Під синхронізуючим моментом слід розуміти обертання, з якими ротор при його відхиленні від положення рівноваги прагне повернутися до цього положення.

Синхронізуюча потужність  і синхронізуючий момент  позитивні для стійкої зони кутової характеристики і негативні для нестійкої зони. Тому критерій статичної стійкості можна записати не тільки у вигляді нерівності (7.10), але й у формі

 або  (7.13)

Синхронізуючі потужність і момент обумовлені взаємодією паралельно працюючих генераторів. Тому ясно, що для автономно працюючого генератора ці поняття не прийнятні.

Вітроустановки з асинхронним генератором

Якщо ротор AM, підключений до мережі, за допомогою додаткового приводного двигуна привести в обертання в напрямку обертання поля статора зі швидкістю , то ЕРС в роторі змінить свій напрямок на протилежний порівняно з руховим режимом. Внаслідок цього змінить свій напрямок і струм ротора  (його активна складова ), отже, змінить напрямок і струм статора , а це означає, що зміниться напрям перетворення енергії і AM стане віддавати активну потужність в мережу, тобто працювати в режимі генератора - перетворювати механічну енергію, що підводиться до валу в електричну.

Напрямок електромагнітного моменту  також змінюється на протилежний - він стає гальмівним і врівноважує обертальний момент приводного двигуна (вітродвигуна).

Реактивна складова струму статора

 (7.14)

і реактивна потужність Q при переході AM з рушійного в генераторний режим зберігають свої знаки. Це означає, що асинхронний генератор споживає з мережі реактивну потужність і індуктивний струм. Тому асинхронний генератор може працювати тільки на мережу, яка має джерела реактивної потужності.

На характеристиках АГ, що працюють в ВЕУ, істотно позначається режим управління вітроколесом. Наприклад, із застосуванням відцентрового регулятора швидкості що впливає на систему гідроп- риводу лопатей, виявляються помітні хитання регулятора, що ускладнює паралельну роботу ВЕУ з мережею. ВЕУ з АГ великої одиничної потужності переважно використовувати в режимі змінної частоти обертання, яка залежить від швидкості вітру, що дозволяє в значній мірі підвищити коефіцієнт використання енергії вітру і, відповідно, вироблення електроенергії.

Размещено на Allbest.ru