Выработка реактивной мощности на электростанциях

Полная мощность, вырабатываемая генератором, включает активную и реактивную составляющие.

Синхронные генераторы на электростанциях вместе с другими источниками реактивной мощности регулируют баланс реактивной мощности в современных электрических сетях. При этом изменение реактивной мощности синхронных генераторов достигается соответствующим изменением тока возбуждения. В номинальном режиме генератор вырабатывает номинальные значения активной и реактивной мощностей при cosj_НОМ. Уменьшая ток возбуждения, можно снизить реактивную мощность, выдаваемую генератором. При снижении активной мощности в сравнении с номинальным значением возможна выдача увеличенной реактивной мощности сверх номинальной.

Рис. 4.6. Распределение активной мощности между электростанциями:

а – схема замещения; б – векторная диаграмма при Q _Г < Q _НОМ

Такое увеличение может быть допущено в пределах, ограничиваемых номинальными токами статора и ротора.

Условия ограничения по выдаваемой реактивной мощности можно определить с помощью векторных диаграмм (рис. 4.6, б). В схему замещения генератора входят неизменное продольное синхронное реактивное сопротивление x_d и ЭДС E _q , находящаяся за ним (рис. 4.6, а).

Комплексная ЭДС E _q определяется как сумма векторов U _Г и I _НОМ jx_d:

где I _НОМ jx_d:– вектор падения напряжения в сопротивлении x_d.

На векторной диаграмме из точки О проведена дуга окружности радиусом E_q, которая определяет допустимые значения тока возбуждения или ЭДС E_q по условиям нагрева ротора машины. Для удобства сопоставления параметров режима, предельных по условиям нагрева как статора, так и ротора, из точки А проведена окружность радиусом I _НОМ x_d, при этом ОВ = E_q º i _B, ОА = U_Г.

В треугольнике АВС

CA ~ I ²_НОМ ~ Q ₂, BC ~ I ¢_НОМ ~ P ₂,

Q ₂ = I _НОМ x_d sinj_НОМ, P ₂ = I _НОМ x_d cosj_НОМ,

где I _НОМ = AB / x_d.

Рассмотрим работу генератора при j₁>j_НОМ, т.е. при соsj₁<cosj_НОМ. Допустимый для генератора режим соответствует E_q1 = E_{q НОМ} (например, вектор OB ₁). В этом случае реактивная составляющая тока статора I ₁² будет больше I ²_НОМ. Следовательно, генератор может выдать реактивную мощность

Q ₁ = U _НОМ I ₁² > Q _НОМ .

Однако превышение реактивной мощности над Q _НОМ будет относительно небольшим из-за ограничений по току ротора.

Из рис. 4.6 видно, что активная составляющая тока статора при j₁>j_НОМ меньше номинальной. Это следует из того, что B ₁ C ₁< ВС, т.е. I ₁¢ меньше I ¢_НОМ, следовательно, генератор может выдать активную мощность

P ₁ = U _НОМ I ₁¢ < P _НОМ.

Работа генераторов при j₁<j_НОМ или соsj₁>cosj_НОМ соответствует выработке большей, чем номинальная, активной мощности и меньшей реактивной. На рис. 4.7 отдельно изображены векторные диаграммы генератора при j<j_НОМ и j=j_НОМ. Легко убедиться из рис. 4.7, что при j<j_НОМ P ₂> P _НОМ и Q ₂ < Q _НОМ .

Работа генератора при большей, чем номинальная, активной мощности связана с перегрузкой турбины и не всегда допустима.

Возможность увеличения реактивной мощности за счет уменьшения активной допустимо использовать в случае избытка активной мощности, т. е. в режиме минимума активной нагрузки. В этом случае некоторая часть генераторов, несущих активную нагрузку, может переводиться на работу с пониженным коэффициентом мощности.

Резерв реактивной мощности и возможность перегрузок по реактивной мощности очень важны при аварийном снижении напряжения.

Все генераторы оборудованы АРВ (см. § 4.6), которые при снижении напряжения на зажимах генератора автоматически увеличивают ток возбуждения и выработку реактивной мощности. Однако для увеличения выработки реактивной мощности нужно иметь в нормальном режиме резерв по току ротора при j>j_НОМ и по току статора при j<j_НОМ.

Анализ режима генератора, приведенный выше, показывает, что увеличить вырабатываемую им реактивную мощность можно лишь за счет уменьшения активной. Увеличение Q _Г в режиме наибольших нагрузок за счет уменьшения P _Г  экономически нецелесообразно. Эффективнее вместо снижения P _Г применять для выработки реактивной мощности компенсирующие устройства. Поэтому, как правило, в сетях для покрытия потребности в реактивной мощности применяют компенсирующие устройства.