Генерация реактивной мощности генераторами ЭС

Полная мощность, которая вырабатывается генератором, включает активную и реактивную составляющие:

.

Модуль полной мощности может быть найден через активную мощность и коэффициент мощности генератора:

.

Изменение реактивной мощности происходит при изменении тока возбуждения . В номинальном режиме при номинальном коэффициенте мощности генератор вырабатывает номинальные значения активной Р_ном и реактивной Q_ном мощностей. Генератор может увеличить выработку реактивной мощности сверх номинальной, но при снижении выработки активной мощности по отношению к номинальной. Такое увеличение допускается в пределах, которые ограничиваются номинальными значениями токов статора и ротора.

Условия ограничения по выработке реактивной мощности можно определить их векторной диаграммы. Схема замещения генератора для построения векторной диаграммы представлена на рис. 16.3. В нее генератор входит синхронным индуктивным сопротивлением x_d и ЭДС E_q.

Величина комплексной ЭДС равна сумме векторов U_г и падения напряжения в сопротивлении x_d:

E_q = U_г + j .

Построим ВД (рис. 16.4).

По действительной оси откладываем напряжение U_г. Получаем точку а. Под углом φ_ном откладываем ток I_ном. Раскладываем его на активную I_нома и реактивную I_номр составляющие. Из точки а откладываем вектор падения напряжения в сопротивлении x_d от реактивной составляющей номинального тока . Он совпадает по направлению с напряжением U_г. Получаем точку с. Из точки с откладываем вектор падения напряжения в сопротивлении x_d от активной составляющей номинального тока . Этот вектор перпендикулярен напряжению U_г. Получаем точку b. Вектор – это вектор полного падения напряжения от номинального тока в сопротивлении x_d: . Соединяем начало координат с точкой b. Вектор пропорционален ЭДС E_q и току возбуждения .

Из начала координат радиусом равным E_q проведем дугу. Она определяет допустимые значения тока возбуждения или ЭДС E_q по условиям нагрева ротора генератора. Из точки а радиусом проведем дугу. Она определяет допустимые параметры генератора по условиям нагрева статора.

Стороны треугольника abc пропорциональны следующим величинам:

.

Рассмотрим работу генератора при угле , то есть при (при пониженном косинусе). Построение векторной диаграммы выполняется аналогично. Получим треугольник Допустимый для генератора режим соответствует значению ЭДС E_q1. В этом случае имеем:

(отрезок ас₁> ас); (отрезок аb₁< аb).

Таким образом, генератор может выдавать реактивную мощность большую чем номинальная

но при снижении активной мощности по отношению к номинальной

Генератор при работе с повышенным косинусом ( и ) вырабатывает активную мощность большую, чем номинальная. При этом реактивная мощность становится меньше номинальной:

P₂ > P_ном и Q₂ < Q_ном.

Значение ЭДС E_q2 ограничивается нагревом статора.

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, то есть в режиме минимальной нагрузки. В этом случае часть генераторов может переводится на работу с пониженным коэффициентом мощности.

Резерв реактивной мощности и возможность перегрузок по реактивной мощности важны при аварийном снижении напряжения. Все генераторы имеют устройства АВР, которые при снижении напряжения на зажимах генераторов автоматически увеличивают ток возбуждения и выработку реактивной мощности.