ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ

TOC o «1-3» h z СИНХРОНИЗАЦИЯ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИИ *

•Применение на генераторах ВЭС точной синхрониза - ] ции весьма затруднительно и фактически не имеет ме­ста. I

Успешное включение синхронного генератора в сеть

По методу точной синхронизации предполагает, что под - |

Ключаемая машина после включения не выпадает из син - j

Хронизма, и толчок тока, возникающий при включении, ^

Не превосходит допустимого значения. Условие сохране - J

Ния устойчивости предопределяет предельные значения |

Скольжений, 'которые могут быть допущены в момент |

Включения (здесь скольжение определяется разностью в момент включения угловых скоростей, работающего и приключаемого генераторов). Условие предельного толчка тока приводит к определенной величине угла 6, до­пустимого в .момент включения (угол 5 является углом сдвига вектора е. д. с. за синхронным реактивным со­противлением относительно вектора наїпріяжения).

На рис. 4-4 приведены диаграммы! предельных сюоль-

Жепий s= ---- , найденные, исходя из условия устой­те

Чивой синхронизации ВЭС D-18, и таїм же нанесена зона допустимых углов включения, полученная по условию допустимого толчка тока при включении (заштрихован­ная площадка). Из рис. 4-4 видно, что даже при отсут­ствии избыточного момента область успешной синхро­низации, ограниченная двумя указанными выше семей­ствами кривьих, определяет малые величины допустимых скольжений и углов включения. Появление на валу ге­нератора избыточной мощности Р (обозначенной в долях от номинальной) заметно суживает область успешной синхронизации. Между тем вследствие практически не­прерывной пульсации скорости ветра неизбежно наличие на валу генераторов ВЭС избыточного момента той или иной величины.

Из рис 4-4'также следует, что допустимые по усло­вию устойчивости величины скольжений обратно про­порциональны величине механической ПОСТОЯННОЙ инер-

Ции Тг= —-, увеличение которой, характерное для /ин

Ветроагрегатов, суживает область успешной синхрониза­ции.

Метод самосинхронизации по сравнению с точной син­хронизацией позволяет расширить пределы допустимых скольжений при включении генератора в сеть, а также не требует проверки фазы включения. На этих основа­ниях, а также имея в виду простоту операции включе­ния и надежность ее осуществления, самосинхрониза­ция является практически единственным способом син­хронизации генераторов ВЭС.

Обычно при самосинхронизации принимается, что дей­ствующее значение периодической составляющей тока

Переходного процесса при включении должно удовлетво­рять условию

И-

3,5, (4-2)

Xd + хс

Где Uс — напряжение сети; /

Xd — переходное реактивное сопротивление генера­тора;

О

— реактивное сопротивление Связи между гене­ратором и сетью.

Здесь и в дальнейшем тексте этого параграфа все ве­личины, если нет оговорки, даны в системе относитель­ных единиц.

Нахождение предельных значений скольжения и уско­рения при самосинхронизации требует рассмотрения движения ротора генератора при включении в сеть. Ме­тодика такого исследования достаточно сложна, являясь одним из специальных вопросов теории синхронных ма­шин. Для практических целей оценка начальных усло­вий, допустимых при самосинхронизации, может быть произведена на основе сопоставления электромагнит­ных и механических моментов, действующих на вал син­хронного генератора.

При отсутствии возбуждения вхождение в синхро­низм для явнополюсных генераторов определяется нали­чием реактивного момента синхронного генератора. При включении генератора с частотой вращения, меньшей частоты сети (скольжение генератора s<0), самосин­хронизация будет успешной при условии, что величина избыточного момента со стороны ветродвигателя будет не больше максимальной величины реактивного момен­та генератора:

Изб г макс 2 . xdx • С4-"4)

В случае, когда s>>0, избыточный механической мо­мент должен дополнительно удовлетворять условию

М <М k—~- Xd~Xd. $Td

Тязб ср-ас* 2 „ ' ■ , ,qT' » ' ^

Xdxd п

Где U — напряжение сети;

Xdи xq~ синхронное реактивное сопротивление генера­тора соответственно по продольной и попереч­ной осям;

Мср. ас — постоянная составляющая асинхронного мо­мента синхронного генератора при наличии скольжения ротора, называемая средним асин­хронным моментом;

K — коэффициент, учитывающий наличие периоди­ческих составляющих асинхронного момента

Синхронной машины, обусловливающих сниже­ние величины допустимого избыточного мо­мента и имеющий величину порядка fe = 0,8;

Td = Td - * ^ £—постоянная времени обмотки воз­буждения генератора (ротора) по продольной оси в переходном режиме (при короткозамкну - той обмотке статора), сек Td —постоянная времени обмотки ротора при холо­стом ходе (разомкнутой обмотке статора), сек.

По предельному избыточному моменту, определен­ному по (4-3) и (4-4), находится допустимое ускорение при включении генератора по методу самосинхронизации. Величина допустимого ускорения определяется из урав­нения движения системы ветродвигатель—генератор по формуле:

Где / — частота сети; Л1изб — избыточный механический момент;

Тг— механическая постоянная инерции агрегата, сек.

Так ка, к реактивный момент имеет период в 2 раза меньший периода синхронного момента, то в случае вхождения генератора в синхронизм за счет реактивного момента при последующей подаче возбуждения возмо­жен поворот ротора в пространстве на 180° (электриче­ских). При этом будут наблюдаться качания ротора и толчок тока.

Во избежание указанного обстоятельства рекомен­дуется производить возбуждение ротора непосредствен­но после подключения обмотки статора генератора к се­ти. Возникающий при этом синхронный момент в конеч­ном итоге и втягивает ротор генератора в синхронизм. Опасаться возникновения каких-либо толчков при пода­че возбуждения не следует, так как синхронный момент нарастает постепенно, согласно выражению

Где Ed — э. д. с. генератора за синхронной реактивно­стью по продольной оси;

8 — угол сдвига вектора э. д. с. Ed относительно вектора напряжения U.

Рекомендуемая при самосинхронизации форсировка возбуждения должна обеспечить напряжение возбудите­ля, равное 75—100%' его напряжения при номинальном режиме генератора. Тогда максимальный синхронный мо­мент по величине значительно больше реактивного, и величина допустимого избыточного момента может опре­деляться только из условия (4-4).

Следует отметить, что форсировка возбуждения при самосинхронизации оказывает благоприятное влияние на характер переходного процесса, сокращая длитель­ность и глубину /посадки напряжения, особенно когда мощность подключаемого генератора соизмерима с. мощ­ностью системы. Вместе с там при значительном увеличе­нии возбуждения возможно возникновение качаний, что снижает эффект, достигаемый 'благодаря форсировке возбуждения.

Важное значение по соо-браженияім прочности кон­струкции имеет наибольшая величина момента враще­ния, возникающего при самосинхронизации.

Приближенно у генератора, не имеющего успокои­тельных обмоток, этот момент, называемый ударным, со­ставляет:

Муа ~ 2----------- • (4-7)

Где в значения сопротивлении х и xd включено также сопротивление внешней сети.

Возникающий момент 'вращения частично восприни­мается креплениями активной стали и станины статора к фундаменту, частично передается на вал между генера - тором и его первичным двигателем.

Отношение величины момента, переданного валу, к величине всего момента ;в первом приближении равно отношению махового момента первичного двигателя к маховому моменту всего агрегата.

Поскольку у ветродвигателей момент инерции вра­щающихся частей во 'много раз превосходит момент инерции генератора, на вал ветродвигателя будет пере­даваться почти весь момент вращения, возникающий при самосинхронизации.

Обычно включение генератора ветроэлектростанции в сеть производится во время разгона агрегата. Харак­тер разгонных характеристик зависит от настройки ре­гулятора ветродвигателя, а также скорости ветра в пе­риод разгона. На рис. 4-5 представлены возможные раз­гонные характеристики ветроагрегатов при скорости ветра, постоянной в процессе пуска. Кривая 1 соответ­ствует настройке регулятора ветродвигателя на пони­женную скорость вращения со1<<а)н, кривая 2—на по­

Вышенную ю2>о)н и кривая 3 — на номинальную ско­рость вращения сон.

Наиболее простой и быстрой явилась бы самосин­хронизация при пуске ветроагрегата по нормальной раз­гонной характеристике 3, если ускорение при подходе к номинальной скорости вращения в" не выходит за пре­делы, допускаемые по условиям самосинхронизации. Однако для ветродвигателей с центробежно-аэродинами - ческим стабилизаторным регулированием ©тот способ пус­ка применен быть не может, так как в конструкции ре­гуляторов не предусмотрена возможность изменять на ходу предварительное натяжение пружины (уставку) ре­гулятора. В самом деле, в случае затяжки пружины ре­гулятора для поддержания скорости вращения, равной синхронной, ветродвигатель в момент синхронизации бу­дет работать на характеристике, соответствующей углу поворота стабилизаторов р, определяемому моментом по­терь холостого хода и скоростью ветра. В дальнейшем при синхронной работе центробежный регулятор не смо­жет проявить своего действия. Ручное же регулирование путем воздействия на муфту отводки, начиная с момен­та включения, будет возможно лишь в сторону уменьше­ния нагрузки. Таким образом, ветродвигатель будет ра­ботать по характеристикам, соответствующим углу р, фиксированному в момент синхронизации. Поскольку этот угол будет заведомо отличаться от нормального, соответствующего расчетным характеристикам, ветродви­гатель не сможет развить полной мощности, определяе­мой скоростями ветра.

При пуске по сниженной разгонной характеристике/ после достижения агрегатом скорости вращения сої тре­буется, увеличивая натяжение пружины регулятора, на­чиная с точки а', обеспечить медленное повышение ско­рости вращения до момента включения генератора в сеть (точка б'). Таким образом, и в этом случае не­обходимо иметь возможность менять на ходу предвари­тельное натяжение пружины (уставку) регулятора.

При настройке регулятора на скорость вращения вы­ше номинальной 2 ветродвигатель после синхронизации сможет развить номинальную мощность. Причем это справедливо и для двигателей с центробежно-аэродина - мичееким регулированием, так как теперь угол стабили­затора до и в пределах синхронной скорости вращения не меняется и может оставаться равным первоначально установленному нормальному углу. Однако при подходе к номинальной скорости вращения (точка в') практиче­ски при любой рабочей скорости ветра неизбежно нали­чие избыточного момента той или иной величины, исклю­чающего успешную самосинхронизацию. В связи с этим при пуске по повышенной разгонной характеристике, дав ветродвигателю разбежаться до числа оборотов начала регулирования со2, необходимо затем воздействовать на уставку регулятора (если это предусмотрено в его кон­струкции) или на муфту останова (у двигателей с цен - тробежно-аэродинамическим регулированием) и, начи­ная с точки а" медленно снижать скорость вращения вет­роагрегата до момента включения генератора в сеть (точка б').

Быстрым и надежным для ветродвигателей с центро - бежно-аэродинамическим регулированием является пуск ветродвигателя по сниженным аэродинамическим харак-

Теристикам (кривая 4), перенеся начало регулирования

На СКОРОСТЬ ВращеНИЯ ВЬГШе СИНХРОННОЙ ( С02><°н)> что

При параллельной работе позволит ветроагрегату раз­вить номинальную мощность.

Процесс пуска в целом* будет протекать следующим образом: применяемые на ветроэлектростанциях ветро­двигатели быстроходного типа обладают малым началь­ным пусковым моментом, поэтому они пускаются по наилучшей аэродинамической характеристике. Этим обеспечиваются требуемый начальный пусковой момент на ветроколесе и большая величина ускорения агрегата в начале разбега. После того как ветродвигатель в про­цессе разбега пройдет число оборотов, соответствующее минимальному моменту его моментной характеристики (точка г рис. 4-5), воздействием на муфту останова вет­родвигатель переводится на соответствующие сниженные аэродинамические характеристики в зависимости от на­блюдаемой скорости ветра и медленно подводится. к но­минальной скорости вращения с последующим включе­нием (точка б). После осуществления самосинхронизации система регулирования ветродвигателя переводится в со­стояние, обеспечивающее возможность режима нормаль­ной параллельной работы.