Системы управления синхронных компенсаторов

Назначение:

Основная задача синхронного компенсатора (СК) – обеспечение оптимального уровня напряжения в энергосистеме, содержащей значительные по длине линии электропередач обладающие большой емкостью, повышение устойчивости линии при аварийных процессах и компенсация реактивной мощности при ее избытке или дефиците в линии.

С целью повышения надежности, система управления синхронного компенсатора выполнена двухканальной – т.е. имеется 100% резерв по системе управления. Преобразователь тиристорный получает питание от шин собственных нужд через согласующий отдельно стоящий трехфазный трансформатор RT.

Система управления с автоматическим регулятором обеспечивает:

• Режим опробования систем регулирования;

• Режим пуска и нормальный режим работы компенсатора;

• Устойчивую работу и эффективное демпфирование качаний компенсатора;

• Изменение уставки напряжения статора компенсатора в диапазоне от 80% до 110% номин. значения со скоростью 0,5% в секунду;

• Форсирование возбуждения с настраиваемой уставкой релейной форсировки при снижении напряжения статора от 10% и более по отношению к заданной статической характеристике;

• Ограничение тока возбудителя положительного возбуждения до заданного значения, но не более 2.0 о. е;

• Ограничение тока возбуждения по времязависимой характеристике в соотв. с данными по перегрузке тока ротора компенсатора;

• Устойчивое регулирование тока возб. компенсатора при резкопеременных нагрузках вплоть до отдельных набросов нагрузки;

• В режиме ручного управления обеспечивается регулирование тока возбуждения

• Регулирование по реактивной мощности Q в диапазоне -20% до +110% его номинального значения с точностью ±3%;

• Регулирование по току возбуждения в диапазоне от 0 до 100% его номинального значения, с точностью ±1%;

• Автоматический переход на ручное управление при отказе основного регулятора;

• Гашение поля обмотки возбуждения путём перевода тиристорного преобразователя в инверторный режим после отключения выключателя компенсатора;

• Гашение поля при отключении компенсатора под действием защит – путём отключения питания тиристорного преобразователя;

Системы управления нереверсивного синхронного компенсатора (СК-РЭМ)

Описание:

Преобразователь тиристорный получает питание от шин собственных нужд через согласующий отдельно стоящий трехфазный трансформатор RT.

С хема СУ нереверсивного синхронного компенсатора.

СК - компенсатор

Е - возбудитель

TV1, TV2 - трансформатор напряжения

TA - трансформатор тока

RT - преобразовательный трансформатор

АРВ - автоматический регулятор возбуждения.

Системы управления реверсивного синхронного компенсатора (СКР-РЭМ)

Описание:

Отличительной особенностью реверсивной системы является наличие двух возбудителей: положительного возбуждения, питающего основную обмотку ротора СК, и отрицательного возбуждения, питающего дополнительную обмотку ротора СК. Силовыми элементами системы управления являются согласующий трансформатор и два тиристорных преобразователя ТП1 и ТП2. Преобразователи питают соответственно возбудители ВБД и ВБДО.

С хема СУ реверсивного синхронного компенсатора.

СК - компенсатор

ВБД - возбудитель положительного возбуждения

ВБДО - возбудитель отрицательного возбуждения

TV1, TV2 - трансформатор напряжения

TA - трансформатор тока RT - преобразовательный трансформатор

АРВ - автоматический регулятор возбуждения

 

Структурная схема системы возбуждения реверсивного синхронного компенсатора

Наименование параметра	Значение	Значение
	СК-РЭМ	СКР-РЭМ
Номинальный ток обмотки возбуждения положительного возбудителя, А	80	80
Номинальное напряжение обмотки возбуждения положительного возбудителя, В	48	40
Номинальный ток обмотки возбуждения отрицательного возбудителя, А	40	-
Номинальное напряжение обмотки возбуждения отрицательного возбудителя, В	20	-
Кратность форсировки по току возбуждения осн. обмотки возбудителя о.е., не менее	2	2
Длительность форсировки не более, с	50	50
Количество каналов регулирования	2	2

Теоретические основы регулирования СК

Для дальнейшего анализа СК, необходимо познакомится непосредственно с его теоретической частью. А именно с основами регулирования обмоток СК и их зависимостью от угла δ.

Синхронный компенсатор (СК) — традиционный генератор реактивной мощности, используется в современных энергосистемах и как ее управляемый потребитель.

Режим генерирования (выдачи) или потребления определяется возбуждением СК. В соответствии с U-образной его характеристикой (рис. 1,а) при номинальном режиме возбуждении синхронный компенсатор выдает реактивную мощность:

Qск.ном= (1.1)

-при отсутствии возбуждения (JВ=0) — потребляет реактивную мощность

|- Qск.ном|= ≈ 0.5 Qск.ном . (1.2)

Наибольшая возможная загрузка СК потребляемой реактивной мощностью достигается

-при граничном отрицательном токе возбуждения — Iв.гр.

-при отсутствии возбуждения (IВ = 0) и внутреннем угле компенсатора δ=π/2, т.е. при расположении ротора по поперечной оси.

При этом получаем следующее уравнение:

|- Qск.гр|= ≈ 0.75 Qск.ном . (1.3)

Основная рабочая задача СК в сохранение синхронизма, а так как наибольшая возможная загрузка СК потребление реактивной мощьности достигается в граничном режиме, то и сам граничный режим потребления реактивной мощности будет определятся условием устойчивости работы СК и обусловлен синхронизирующим вращающим моментом создаваемым синхронным электромагнитным Мс и реактивным Мр моментами (обусловленным явнополюсностью) [4].

Mc = sinδ

Mp= ∙ sin2δ . (1.4)

В частности, при отсутствии возбуждения СК удерживается в синхронизме только за счет реактивного момента Мр.

П ри отрицательном возбуждении синхронный момент Мс противодействует реактивному и ухудшает устойчивость работы СК: отрицательное возбуждение уменьшает Xd, снижая эффект явнополюсности [1].

Рис.1. Характеристики синхронного компенсатора: а — идеальная U-образная характеристика; б — зависимость вращающих моментов от положения ротора; в— зависимости потребляемой реактивной мощности от угла

Теперь рассмотрим граничное значение, отрицательной Едгр .Для этого прировняем к нулю синхронизирующий момент с учетом угла δ и формулой (1.4) производной по этому углу.

Получим следующее выражение:

(Mc + Mp) ≈ cosδ + ∙ cos2δ = 0 . (1.5)

При δ = 0

-Eqгр= Uш = Uш . (1.6)

Из данной выведенной формулы следует, что при отрицательном возбуждении наибольшая потребляемая реактивная мощность —Qск.гр теоретически достигается в граничном режиме при δ = 0. Практически, в связи с наличием потерь активной мощности (на вентиляцию, трение) мощность — Qск.гр достигается при угле δ " π/10 (рис. 1,в).

В граничном режиме СК выпадает из синхронизма. Согласно (1.4) и рис. 1,б при δ = π/4 моменты равны

|- Mc.гр|= Mp.max , (1.7)

а при δ > π/4 синхронизирующий момент отрицательный.

Даже при отсутствии отрицательного возбуждения угол δ > π/4 увеличивается, поскольку реактивный момент уменьшается. При δ=π/2, т.е. при положении ротора по поперечной оси, сопротивление статора равно Xq, и потребляемая мощность достигает наибольшего значения (1.3) при отсутствии возбуждения (JВ=0). На такой режим возможен только в условиях искусственной устойчивости СК [3].