2.4 Автоматичне регулювання реактивної потужності синхронних компенсаторів

2.4.1 Особливості регулювання

Синхронний компенсатор є як генератором, так і споживачем реактивної потужності. Напруга на шинах підстанції, приведене до сторони вищої напруги трансформатора Т за наявності синхронного компенсатора GC (див. рис. 2.1), що генерує або споживає реактивну потужність , практично дорівнює:

або без урахування поперечної складової спаду напруги на опорах R і X лінії ( ) і трансформатора Т

(2.19)

Змінюючи значення реактивної потужності і режим роботи GC, можна як підвищувати, так і знижувати напругу на шинах підстанції. Режим роботи синхронного компенсатора визначається його збудженням. Відповідно до ідеальної U-зворотної характеристики (рис. 2.8, а) при номінальному збудженні синхронний компенсатор генерує реактивну потужність

а в режимі холостого ходу при потужність ; за відсутності збудження синхронний компенсатор споживає реактивну потужність

. (2.20)

Повне використовування компенсатора в режимі споживання реактивної потужності досягається або при граничному негативному збудженні , або при відсутності збудження і , тобто розташуванні ротора по поперечній осі, при яких

. (2.21)

Граничний режим споживання реактивної потужності визначається умовою стійкості роботи синхронного компенсатора (СК) - збереженням синхронізму.

Рисунок 2.8 - Характеристики синхронного компенсатора: а - ідеальна U-подібна характеристика; б- залежність обертаючих моментів від положення ротора; в- залежності споживаної реактивної потужності від кута δ

Синхронізуючий обертаючий момент СК створюється синхронним М_об,с, і реактивним ( обумовлений явнополюсностю ) М_об,р моментами

(2.22)

Зокрема, за відсутності збудження СК утримується в синхронізмі лише за рахунок реактивного моменту. При негативному збудженні синхронний момент протидіє реактивному і погіршує стійкість роботи СК. Негативне збудження зменшує X_d, знижуючи ефект явнополюсності.

Граничне значення негативної ЕРС - Е_q,гр можна визначити, прирівнюючи нулю похідну синхронізуючого моменту, за кутом δ. З врахуванням (2.22)

При δ = 0

(2.23)

При від'ємному збудженні найбільша споживана реактивна потужність —Q_С,К,ГР теоретично досягається в граничному режимі при δ=0. Практично у зв'язку з наявністю втрат активної потужності (на вентиляцію, тертя) потужність —Q_С,К,ГР досягається при куті δ≈π/4 (рис. 2.8,в).

В граничному режимі СК випадає з синхронізму. Згідно (2.22) і графікам на рис. 2.8,б при і при δ > π/4 синхронізуючий момент від'ємний. Навіть за відсутності від'ємного збудження кут δ > π/4 збільшується, оскільки реактивний момент зменшується. При δ = π/2 опір статора рівний X_q і споживана потужність досягає найбільшого значення (2.21) за відсутності збудження . Але такий режим найбільш нестійкий і можливий тільки в умовах штучної стійкості.

Таким чином, можливі два способи забезпечення споживання синхронним компенсатором максимальної реактивної потужності: режим з від'ємним збудженням і кутом δ≈0 ; режим з нульовим збудженням при δ≈π/2.

Обидва способи здійснюються в умовах штучної стійкості роботи СК. Перший спосіб використовується при тиристорному збудженні СК і регулюванні збудження по похідних кута δ. Другий спосіб знайшов застосування при електромашинному збудженні і швидкодійному знакозмінному регулюванні збудження по відхиленню кута Δδ. Перший спосіб володіє тією перевагою, що СК практично постійно готовий до видачі максимально можливої реактивної потужності в режимі форсування збудження при к. з. в енергосистемі. При другому способі виходить затримка генерації максимально можливої реактивної потужності, обумовлена часом зменшення кута δ від π/2 до нуля.