Параллельная работа (синхронизация) дизель-генераторов
В соответствии с ГОСТ генераторы должны обеспечивать длительную устойчивую параллельную работу между генераторами одной серии и генераторами разных серий при предельном соотношении мощностей от 1:3 до 3:1.
- установкой одинакового статизма по реактивному току (по статическим характеристикам);
- с уравнительными соединениями по переменному току;
- с уравнительными соединениями по постоянному току.
По первым двум вариантам параллельная работа может осуществляться между генераторами со статическим возбуждением и бесщеточными генераторами. По третьему варианту — только между генераторами со статическим возбуждением.
Наиболее распространенным является второй вариант параллельной работы, обеспечивающий высокую точность поддержания напряжения, хорошую равномерность распределения реактивных нагрузок, высокую степень устойчивости, гальваническую развязку по цепям ротора и системы возбуждения.
Параллельная работа по статическим характеристикам рассматривается как резервный вариант, осуществляемый в тех случаях, когда по каким-либо причинам неосуществим второй вариант, либо в тех случаях, когда предусмотрена лишь кратковременная параллельная работа на время перевода нагрузок с одного генератора на другой и параметры регулирования при параллельной работе по этой причине не оговариваются.
При параллельной работе по статическим характеристикам на генераторах устанавливают одинаковый статизм по реактивному току (обычно 
= 3%).
Это обеспечивает устойчивость и удовлетворительное распределение реактивных нагрузок, однако точность поддержания напряжения оказывается невысокой.
Параллельная работа по третьему варианту осуществляется путем соединения обмоток возбуждения параллельно работающих генераторов и возможна лишь между генераторами одной серии, имеющих одинаковое напряжение возбуждения, либо в тех случаях, когда напряжения возбуждения расходятся не более чем на (10—15%).
В этом варианте имеет место гальваническая связь между обмотками возбуждения и цепями систем возбуждения всех параллельно работающих генераторов, поэтому неисправность в цепи одного из генераторов может вызывать повреждения в любой из параллельно работающих машин.
Требования к параллельной работе генераторов
1. Параллельная работа должна быть устойчивой;
2. Неравномерность распределения реактивных нагрузок при параллельной работе с уравнительными соединениями в установившемся тепловом состоянии генераторов не должна превышать +10% номинальной реактивной мощности генератора меньшей мощности при изменении суммарной нагрузки от 20 до 100% и при условии, что неравномерность распределения активных нагрузок не превышает +10% номинальной активной мощности генератора меньшей мощности.
3. Неравномерность распределения реактивных нагрузок при параллельной работе по статическим характеристикам в установившемся тепловом состоянии генераторов не должна превышать +10% от номинальной реактивной мощности меньшего генератора при изменении суммарной нагрузки от (75 до 100)% и при неравномерности распределения активных нагрузок по п2. При этом при изменении суммарной нагрузки от (20 до 75)% реактивная нагрузка на генераторах должна распределяться таким образом, чтобы токи возбуждения генераторов не превышали номинальных значений.
Стандарты не оговаривают распределение реактивных нагрузок в неустановившемся тепловом состоянии генераторов или в варианте параллельной работы холодных и нагретых машин.
В этих случаях неравномерность распределения реактивных нагрузок может заметно превышать оговоренную в пп. 2, 3, что не следует рассматривать, как признак неудовлетворительной параллельной работы дизельных электростанций, так как с прогревом холодных машин реактивные нагрузки на генераторах выравниваются.
Отметим, что при параллельной работе по статическим характеристикам при изменении суммарной нагрузки от (20 до 100)% и условиях, оговоренных в п 3., как правило неравномерность распределения реактивных нагрузок удается ограничить нормой 15%.
Поэтому, на практике оптимальным следует признать такой вариант настройки, при котором при нагрузках 20—75% указанная неравномерность не превышает 15%, а при нагрузках 75—100 % — 10%.
Отметим также, что при оптимальной настройке параллельной работы повышенная неравномерность распределения активных нагрузок не приводит, как показывает опыт, к существенному перекосу реактивных нагрузок.
Так, при проведении проверки параллельной работы двух одинаковых генераторов, активные нагрузки между генераторами были распределены в отношении 7:3, при этом при коэффициенте мощности суммарной нагрузки 0,8 коэффициенты мощности генераторов равнялись соответственно 0,83 и 0,78.
Распределение реактивных нагрузок
- величиной реактивной нагрузки на общих шинах;
- степенью несовпадения внешних характеристик генераторов.
Первый фактор определяет значение реактивных нагрузок на генераторах при идеальном ее распределении. Второй вызывает перераспределение реактивных нагрузок между генераторами, т. е. обуславливает степень неравномерности ее распределения. В соответствии с ГОСТ 14965 неравномерность распределения реактивных нагрузок определяется по формуле:
Устойчивость параллельной работы дизель-генераторов
1. Возникновение устойчивых незатухающих колебаний при сохранении электрической связи между генераторами;
В наибольшей степени к автоколебаниям склонны генераторы с косвенным компаундированием. Наиболее устойчивы бесщеточные генераторы с тиристорным возбуждением.
Большой запас устойчивости и в диодных бесщеточных генераторах, хотя на практике в последнем случае автоколебания наблюдались. В целом, чем выше форсировочная способность системы возбуждения, тем менее генератор склонен к автоколебаниям.
Статическая устойчивость в большой степени зависит от совместимости приводного двигателя (дизеля) и генератора. На практике наблюдались случаи, когда генератор при работе с синхронным приводом (автономной или параллельной) устойчив, но при работе с дизелем на генераторе возникали незатухающие колебания, обусловленные взаимным раскачиванием генератора и дизеля.
Развал параллельной работы из-за потери статической устойчивости происходит в случае появления неисправностей в схеме, например при обрыве уравнительных соединений.
В момент потери устойчивости начинается форсировка возбуждения на одном генераторе и развозбуждение другого.
Так как в динамике процесс сопровождается не только увеличением разности ЭДС между генераторами, но и снижением индуктивных сопротивлений до значений близких к сверхпереходным, то уравнительный ток между генераторами в течение 1
3 сек нарастает до значений, соответствующих токовой уставке срабатывания секционного автомата (
), последний срабатывает и параллельная работа разваливается.
В практике испытаний и эксплуатации генераторов приходится сталкиваться также и с динамической неустойчивостью параллельной работы. Такие случаи наблюдались при параллельной работе по статическим характеристикам в случае, если генератор статически неустойчив при емкостных нагрузках.
При этом исходный режим параллельной работы устойчив, т. к. оба генератора несут смешанную активно-индуктивную нагрузку, однако, при набросе нагрузки, кратковременный переход одного из генераторов в емкостной квадрант, приводит к развалу параллельной работы.
Следует отметить, что рассматриваемый случай при низких активных нагрузках (
) может оказаться и статически неустойчивым, т. к. с изменением теплового состояния генераторов их статические характеристики могут «разъехаться» что переведет один из генераторов в емкостной режим и параллельная работа развалится.
В этих случаях динамическая (и статическая) неустойчивость параллельной работы заставляет отказаться от работы по статическим характеристикам и перейти на работу с уравнителями по постоянному току (если работа с уравнителями по переменному току по каким-то причинам неосуществима).
2.2 Обратимость синхронного генератора
Синхронные машины применяются также в качестве электрического двигателя, особенно в установках большой мощности, свыше 50 кВт.
Рис.5. Двигательный режим работы синхронной машины.
Для работы синхронной машины в режиме двигателя обмотку статора подключают к трёхфазной сети, а обмотку ротора к источнику постоянного тока. В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля машины с постоянным током обмотки возбуждения, возникает вращающий момент М, который увлекает его со скоростью магнитного поля.
2.3 Условия включения синхронного генератора в сеть
Для включения генератора в сеть необходимо: одинаковое чередование фаз в сети и генераторе; равенство напряжения сети и ЭДС генератора; равенство частот ЭДС генератора и напряжения сети; включать генератор в тот момент, когда ЭДС генератора в каждой фазе направлена встречно напряжению сети.
Невыполнение этих условий ведёт к тому, что в момент включения генератора в сеть возникают токи, которые могут оказаться большими и вывести генератор из строя. Иногда на валу крупных машин ставят небольшой генератор, постоянного тока или переменного тока с выпрямлением, т.н. «возбудитель», который питает электромагниты. При угле нагрузки более 90 электрических градусов машина выпадает из синхронизма — останавливается, если вал перегружен тормозным моментом, либо уходит на повышенные обороты, если машина работает в режиме генератора и недогружена электрической нагрузкой.
Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют косинус фи с ёмкостного на индуктивный. Перевозбуждённые СД на холостом ходу применяют в качестве компенсаторов реактивной мощности. Синхронные двигатели в промышленности обычно применяют при единичных мощностях свыше 300 кВт, воздуходувки, водоперекачивающие и нефтеперекачивающие насосы, к примеру, типа СТД, при меньших мощностях обычно применяется более простой, и надежный, асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором. В синхронных машинах частота вращения ротора равна частоте вращения магнитного поля статора и, следовательно, определяется частотой тока сети и числом пар полюсов, то есть n = 60f/p и f = pn/60. Как и всякая электрическая машина, синхронная машина обратима, то есть может работать как генератором, так и двигателем. Электрическая энергия вырабатывается синхронными генераторами, первичными двигателями которых являются либо гидравлические, либо паровые турбины, либо двигатели внутреннего сгорания. Обычно обмотки возбуждения получают энергию от возбудителя, который представляет собой генератор постоянного тока. Возбудитель находится на одном валу с рабочей машиной, и мощность его составляет малую величину, порядка 1 — 5% мощности синхронной машины, возбуждаемой им. При небольшой мощности часто используются схемы питания обмоток возбуждения синхронных машин от сети переменного тока через полупроводниковые выпрямители. Простейшим генератором может быть виток из провода 1 и 2, вращающийся в магнитном поле. Магнитное поле возбуждается током обмотки возбуждения, помещенной на полюсах статора N — S. При вращении витка проводники 1 и 2 пересекают магнитное поле, созданное между полюсами N — S, вследствие чего в витке будет индуктироваться ЭДС. Концы витка соединены с кольцами 3, вращающимися вместе с витком. Если на кольцах поместить неподвижные щетки и соединить их с приемником электрической энергии, то по замкнутой цепи, состоящей из витка, колец, щеток и приемника энергии, пойдет электрический ток под действием ЭДС. Полученная в таком простейшем генераторе ЭДС будет непрерывно изменяться в зависимости от положения витка в магнитном поле. Когда проводники 1 и 2 находятся под осями полюсов, см. изо, то при вращении витка они пересекают в единицу времени наибольшее число линий магнитного поля. Следовательно, в данный момент индуктируемая в витке ЭДС будет иметь наибольшее значение.
Изохронная синхронизация — Isochronous timing
Последовательность событий изохронна если события происходят регулярно, или через равные временные интервалы. Термин изохронный используется в нескольких технических контекстах, но обычно относится к основному субъекту, поддерживающему постоянный период или интервал (обратный частоте ), несмотря на различия в других измеримых факторах в той же системе. Изохронная синхронизация — это характеристика повторяющегося события, тогда как синхронная синхронизация относится к взаимосвязи между двумя или более событиями.
Расчет режимов автономной энергосистемы
Вопрос немного не по релейному профилю, но надеюсь на то, что специалисты тут есть.
Есть сеть с малой генерацией. Имеется связь с энергосистемой через ПС 110/10 кВ (сеть 10 кВ питает сеть 6 кВ через Т 10/6).
В сети 6 кВ существует ГТЭС, также строится (или уже есть, я толком не знаю) ВЭЦ (временный энергоцентр) с ГПУ.
Есть техзадание, и в нем сказано
"- определение режимов работы при параллельной работе ВЭЦ и ГТЭС в автономной системе (ГТЭС — в статическом режиме, ВЭЦ — в изохронном режиме). "
1) Какой объем работ входит в состав "определения режимов работы". Обычный расчет балансов и режимов, как в сети 110 и выше?
2) Какие особенности расчета существуют в автономной системе, что значит "статический и изохронный режим" применительно к самим расчетам?
Я понимаю таким образом.
В расчетах балансов и режимов есть узлы разных типов:
-нагрузочный P,Q=const
-генераторы на электростанциях делаются с узлами типа P,U = const
-и есть один балансирующий узел (где задано напряжение по модулю и по фазе).
. вроде еще есть какие-то, я режимы последний раз вживую считал в универе.
Так вот, узлами каких типов надо задавать эти самые ГТЭС и ВЭЦ? Где будет балансирующий узел и где узлы других типов?
Изохронный режим, как я понял, это когда все генераторы обвязаны одним контроллером и тот газует всеми двигателями разом. Нужно ли для такого режима вводить какой-то доп. хитрый тип узлов?
У меня есть предположения, но лучше будет, если я услышу мнение специалиста без учета моего собственного.
3) Нагрузка обычно задается P,Q узлами. как я понимаю, нагрузка это тупо сопротивление, P,Q=const это значит, что сопротивление меняется в зависимости от приложенного напряжения, и этим, как я читал, учитывают РПН. Но здесь какая-то убогая сеть с КТП 6/0,4 кВ, какой там РПН. Означает ли это, что нагрузку надо будет задавать тупо сопротивлением?
4) Нужны ли расчеты динамической устойчивости в такой системе (и если нужны, то для чего)?
5) В каких программах это лучше считать? Т.е. я знаю, что есть растр (которого у меня нет, но есть в другом отделе), также режимы можно забабахать в матлабе, можно вроде в ELPLEK. но опять же, хотелось бы услышать мнение специалиста.
2 Ответ от Бармалеич 2018-10-12 14:51:48
- Бармалеич
- Пользователь
- Неактивен
- Откуда: Москва
- Зарегистрирован: 2012-06-05
- Сообщений: 174
- Репутация : [ 0 | 0 ]
Re: Расчет режимов автономной энергосистемы
Не на все вопросы, но постараюсь:
Какой объем работ входит в состав "определения режимов работы". Обычный расчет балансов и режимов, как в сети 110 и выше?
2) Какие особенности расчета существуют в автономной системе, что значит "статический и изохронный режим" применительно к самим расчетам?
Как вы видите у вас один генераторов работает со статизмом по частоте, другой — астатически. Я бы тут считал установившиеся режимы, а также устойчивость переходного режима при:
1) отделении от сети 110,
2) КЗ в сети 6 кВ, включая самозапуски, если есть двигательная нагрузка;
3) ну и сброс нагрузки, особенно если есть условия для этого (например большой потребитель или много нагрузки на одной секции, а схема такая, что КЗ на секции приводит к потере нагрузки.
Но опыта малой генерации у меня мало.
Изохронный режим, как я понял, это когда все генераторы обвязаны одним контроллером и тот газует всеми двигателями разом
Мне кажется — необязательно так. Если я правильно понял контекст применения слова изохронный, то это тоже, что и астатический. Значит это обычный астатический регулятор, обеспечивающий поддержание частоты.
Нужны ли расчеты динамической устойчивости в такой системе (и если нужны, то для чего)?
Мое мнение — нужно. И не только ее, но и сброс-наброс нагрузки.
Программа нужна та, которая моделирует работу АРВ, регуляторов скорости. Мы используем PowerFactory, можно Дакар, Евростаг, Рустаб (он в составе растр 3 идет сейчас).
3 Ответ от retriever 2018-10-12 16:53:04
- retriever
- Пользователь
- На форуме
- Зарегистрирован: 2012-11-26
- Сообщений: 3,022
- Репутация : [ 13 | 0 ]
Re: Расчет режимов автономной энергосистемы
Я очень боюсь, что вопрос устойчивости при КЗ в сети 6 кВ закончится автоматом 0.4 кВ с выдержкой 0.4 с и уставкой в 1.5 номинала, который отвалит при КЗ неселективно все генераторы разом.
Меня больше интересует именно вопрос, как правильно задать всю эту малую генерацию в программе. И почему.
Статическое/астатическое регулирование имеет какое-то отношение к балансирующему узлу? Или же балансирующий узел можно задать любой, главное, чтобы он был один?
Отличаются ли принципиально результаты расчета в произвольной сети, если задать разные балансирующие узлы?
4 Ответ от ПАУтина 2018-10-14 04:05:56
- ПАУтина
- Пользователь
- Неактивен
- Зарегистрирован: 2013-12-27
- Сообщений: 2,972
- Репутация : [ 4 | 0 ]
Re: Расчет режимов автономной энергосистемы
"- определение режимов работы при параллельной работе ВЭЦ и ГТЭС в автономной системе (ГТЭС — в статическом режиме, ВЭЦ — в изохронном режиме). "
Что имеется ввиду в "изохронном режиме"?
Это режим когда агрегаты работают с постоянно заданной мощностью при сопровождении значений частоты и напряжения выводах равным значениям энергосистемы? Это основной режим работы станции?
5 Ответ от retriever 2018-10-14 13:52:18
- retriever
- Пользователь
- На форуме
- Зарегистрирован: 2012-11-26
- Сообщений: 3,022
- Репутация : [ 13 | 0 ]
Re: Расчет режимов автономной энергосистемы
Что имеется ввиду в "изохронном режиме"?
Это режим когда агрегаты работают с постоянно заданной мощностью при сопровождении значений частоты и напряжения выводах равным значениям энергосистемы? Это основной режим работы станции?
Честно говоря, я сам не понял, что имеется в виду.
Полагаю (это чисто мое мнение, основанное на поиске в интернете значения слова "изохронный"), что на ВЭЦ все генераторы (их там много) обвязаны по сети, и единый контроллер газует всеми ГПУ, чтобы они работали как один большой генератор, и держали частоту 50 Гц. А существующая ГТЭС (если я правильно понимаю значение слова "статический") не пытается сделать строго 50 Гц, а имеет какую-то характеристику, типа насколько сильно газовать турбиной при какой величине отклонения частоты.
Странно только, что новая станция, да еще и временная — и вдруг работает как частотозадающая.
Детали алгоритма регулирования частоты я не знаю.
А про балансирующий (базовый и балансирующий — это одно и то же, да?) узел можете что-то сказать? Пока что я не влезал в детали теории, но точно помню, как режимщики затруднялись с расчетом этой малой генерации: мы, говорят, "базовый узел в энергосистеме задали, а когда стали автономный режим рассматривать, базовый узел оказался отделенным от остальной сети".
У меня 2 теории: первая гласит, что базовый узел можно ставить любой, но один,
вторая гласит, что за базовый надо брать станцию, где стоит астатический регулятор (в нашем случае ВЭЦ, получается).
какая из них правильная?