Спосіб регулювання напруги синхронного генератора

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використане при розробці систем регулювання напруги синхронних генераторів (СГ) в автономних, наприклад суднових електроенергетичних системах (ЭС). Основним режимом використання СГ в автономних електроенергетичних системах є режим рівнобіжної роботи, що має кращі показники по економічності, надійності і якості напруги [І]. Однак для його реалізації необхідно вирішити проблему пропорційного розподілу реактивної потужності між СГ. В даний час сучасний регулятор напруги СГ має зону нечутливості по напрузі і різні нелінійності елементів, зовнішня характеристика U = f (І) СГ є не прямої, а зоною, обмеженої двома граничними прямими [2], проблема пропорційного розподілу реактивної потужності між СГ вирішується за допомогою зрівняльних з'єднань і додаткових пристроїв розподілу реактивної потужності. Наявність зрівняльних з'єднань між СГ ускладнюють схему, знижують надійність і економічні показники електроенергетичної системи в цілому. Як аналог прийнятий відомий спосіб пропорційного розподілу реактивної потужності між СГ без зрівняльних з'єднань за рахунок статизма зовнішніх характеристик СГ від 3% до 5% UH. Але в сучасних ЭС це неприйнятне через постійно зростаючі вимоги по якості електроенергії. Крім цього регулювання напруги при реалізації цього способу повинне здійснюватися по відхиленню напруги і, отже, недоліки сучасних регуляторів напруги СГ, зв'язані з зоною нечутливості вимірювального елемента, повинні бути переборені, що зробити досить складно. Як прототип прийнятий спосіб регулювання напруги СГ, що містить вимір тимчасових інтервалів кожного такту п ульсацій миттєвої випрямленої напруги синхронного генератора по лінії порівняння з заданою опорною напругою і подачею по цим тимчасовим інтервалам на обмотку збудження імпульсів напруги живлення , запропонований у [3]. Однак у зв'язку з розкидом параметрів елементної бази регуляторів і зміною цих параметрів у процесі експлуатації СГ у різних умовах, пропорційного розподілу реактивної потужності між СГ без зрівняльних з'єднань цей спосіб не забезпечує. Отже, необхідно розробити метод компенсації нерівності параметрів елементної бази регуляторів усіх СГ, включених паралельно, і забезпечити пропорційний розподіл реактивного навантаження між СГ без зрівняльних з'єднань. В основу винаходу поставлена задача створення нового способу регулювання напруги СГ, що забезпечує розподіл реактивної потужності без зрівняльних зв'язків між СГ, шляхом виміру cos j синхронного генератора і коректування стельового значення напруги живлення обмотки збудження по величині cos j на заздалегідь розраховану величину. Якщо cos j СГ більше спеціфікаційного значення для електроенергетичної системи, то стельове значення напруги живлення обмотки збудження збільшують, якщо cos j СГ менше спеціфікаційного значення, то стельове значення напруги живлення обмотки збудження зменшують. Приймемо, що число тактів випрямлення у всі х СГ працюючих у ЭЭС дорівнює 6 (m = 6). Це легко реалізується на практиці застосуванням трифазного випрямлювача напруги зібраного за схемою Ларіонова. При цьому період подачі імпульсів напруги на обмотки збудження всіх СГ буде дорівнює 3,33 мс. Подача напруги на обмотки збудження всіх паралельно працюючих СГ виробляється миттєвих по пульсаціях випрямленої напруги єдиного для всіх СГ EC з рівним періодом подачі імпульсів (фіг. 1). Такі регулятори не мають зон нечутливості по напрузі [3], ширина подачі імпульсів при зниженні напруги в EC зросте у всіх паралельно працюючих СГ. Отже, зростуть і струми збудження у всіх паралельно працюючих СГ (фіг. 2). Тому розподіл реактивної потужності між паралельно працюючими СГ відбудеться автоматично без зрівняльних з'єднань і додаткових пристроїв. Однак, на практиці неможливо домогтися рівності параметрів регуляторів напруги СГ через розкид характеристик елементної бази самих регуляторів, їхній зміні в процесі експлуатації й інших причин. На фіг. 1 і фіг. 2 представлені тимчасові діаграми роботи регуляторів напруги дво х паралельно працюючих СГ для варіанта холостого ходу і роботи під навантаженням. Параметри регуляторі прийняті не рівними, що має місце в реальних умовах експлуатації. На діаграмах позначені: Uп - напруга пульсацій випрямленої напруги системи; Uоп1, Uоп2 - задані опорні напруги регуляторів СГ1 і СГ2, відповідно; Ufm1, Ufm2 - стельові значення напруги живлення обмоток збудження СГ1 і СГ2, відповідно; Ти - період подачі імпульсів напруги на обмотки збудження, однаковий для обох регуляторів; τ i1, τ i2 - ширина імпульсів, подаваємих на обмотки збудження СП і СГ2, відповідно; if1, if2 - струми збудження СГ1 і СГ2, відповідно; D U - відхилення напруги системи від напруги холостого ходу. Тому, при нерівності параметрів регуляторів напруги, можливо непропорційний розподіл реактивної потужності між паралельно працюючими СГ. Розрахунок на математичній моделі режим рівнобіжної роботи двох СГ на загальне навантаження з параметрами Ін =1, cos j н = 0,8 при нерівності параметрів регуляторів напруги з наступними значеннями Ufm1 = 13,55 о.е. Ufm2 = 13,45 о.е. UОП1 = 1,655 о.е. UОП2 = 1,645 о.е. дає наступні результати розподілу реактивної потужності між СГ1 і СГ2 без зрівняльних з'єднань значення cos j СГ1 і СГ2: Q1= 0,32 о.е. Q2= 0,28 о.е. cos φ1 = 0,75 cos φ2= 0,85 Нерівномірність розподілу Vq розраховується по формулі: Q1 - Q 2 ´ 100% Q1 + Q2 і складає 6,6 % QH . Розрахунок цього режиму зі збільшенням Ufm2 до 13,65 о.е. який досягається підвищенням рівня збудження збудника СГ2 дає рівний розподіл реактивної потужності між СГ. Q1 = 0.3 о.е.; cos φ1 = 0.8 Q2= 0.3 о.е.; cos φ2= 0.8 Таким чином, при нерівності параметрів регуляторів, що можливо в практиці експлуатації СІ коректуючи стельові значення напруги живлення обмотки збудження одного зі СГ по cos j можливо одержати пропорційний розподіл реактивної потужності між паралельно працюючими СГ без зрівняльних з'єднань. Причому, при значенні cos j СГ вище спеціфікаційного, необхідно Ufm збільшува ти на заздалегідь розраховану величину, а при значенні cos j СГ нижче спецификационного необхідно знижувати значення U fm на таку ж величину. Отримані результати теоретично можна пояснити в такий спосіб. При регулюванні напруги С способом суп утнього ефекту в регуляторів немає зони нечутливості по напрузі, немає нелінійностей, що мають місце в сучасних регуляторах, що виникають при вимірі, посиленні, перетворенні передачі керуючого сигналу. Тому зовнішня характеристика СГ у цьому випадку являє собою лінію а не смугу, як в існуючих СГ [2] і розподіл реактивної потужності між паралельно працюючими С визначається тільки нахилом зовнішніх характеристик (фіг. 3). На фіг. 3 позначені: СГ1- зовнішня характеристика СГ1; СГ2- зовнішня характеристика СГ2; Q1- реактивна потужність, що віддається СГ1 у систему; Q2 - реактивна потужність, що віддається СГ2 у систему; U - напруга в системі при заданому навантаженні. Для компенсації можливої нерівності параметрів регуляторів і пропорційного розподілу реактивної потужності між паралельно працюючими СГ у пропонованому способі регулювання напруги СГ, необхідно змінити нахил однієї з характеристик, зображеної на фіг. 3. Це можна здійснити збільшуючи стельове значення напруги, наприклад, СГ2 на відносно невелику величину порівнянні з обраним значенням. У нашому прикладі ця зміна дорівнює 0.2 о.е. Реалізація пропонованого способу регулювання напруги СГ здійснюється виміром cosφ СГ і коректування стельового значення напруги живлення обмотки збудження СГ при регулюванні напруги С способом [3] у всі х режимах роботи СГ. Реальними параметрами способу є : 1. Кількість тактів випрямлення трифазної напруги СГ, і отже, частота подачі імпульсів на обмотку збудження всіх СГ системи. При розрахунках на ЕОМ і реалізації способу регулювання в лабораторії кафедри корабельної енергетики при СВМИ ім. П.С. Нахімова був обраний випрямлювач за схемою Ларіонова з 6-ю тактами випрямлення . Період подачі імпульсів на обмотку збудження в цьому випадку був дорівнює Ти =3.33 мс. 2. Стельове значення напруги живлення обмотки збудження Ufm було обрано оптимальним за умовами мінімальної статичної помилки регулювання δ < 0.5 %UH .Напруга збудження у відносних одиницях у режимі холостого ходу прийнята Ufm= 13.5 о.е. 3. Опорна напруга Uоп залежить від типу обраного стабілітрона. Однак, за допомогою опору уставки напруги СГ, Uоп доводиться до значення, що відповідає величині Ufm , а також ширині імпульсу ti при холостому ході СГ. 4. Коректування стельового значення напруги збудження при обраній величині Ufm = 13.5 о.е. складає ± 0.1 о.е. При cosφ = 0.7 U fm = 13.4о.е., а при cosφ = 0.9 U fm = 13.6 о.е. Джерела інформації: 1. А.П. Баранов Суднові автоматизовані електроенергетичні системи. Москва, «Транспорт», 1988 р. 2. Л.П. Веретенников Дослідження процесів у суднових електроенергетичних системах. Теорія і методи. Ленінград, «Суднобудування», 1975 р. 3. Деклараційний патент на винахід № 38469 А від 15.05.2001р. Vq =