2tom321

9. URZĄDZENIA DO KOMPENSACJI MOCY BIERNEJ 644

Rys. 9.3. Przykładowe przebiegi prądu i napięcia wzbudzenia podczas forsowania o współczynniku k_v = 2 Q_z — zadana moc bierna. Q_s - moc bierna silnika synchronicznego,

Uj względna wartość napięcia wzbudzenia

9.2.3. Dobór silnika synchronicznego i wzbudnicy tyrystorowej

Możliwość wykorzystania silnika w podwójnej roli zarówno napędu, jak i kompensatora mocy biernej powinna być przewidziana już na etapie projektowania przy doborze silnika synchronicznego i układu zasilania uzwojenia wzbudzenia.

Właściwy dobór silnika synchronicznego polega na wyznaczeniu jego mocy znamionowej S_v na podstawie zastępczej (średniej kwadratowej) mocy czynnej P,„- oraz mocy biernej 0, wynikającej z potrzeb kompensacji. Wówczas znamionowa moc silnika winna spełniać zależność

S_K > y/Pl, + Qi (9.62)

Metoda powyższa jest nieprzydatna w warunkach zmiennych obciążeń biernych <2z;, które wymagają skompensowania w kolejnych latach eksploatacji (/ = 1,2,...). Zmiana wartości Q_ZJ może wynikać, między innymi, z naturalnego wzrostu poboru energii, a także z modernizacji układów przetwarzania energii wskutek zwiększenia poboru energii biernej przy stałym lub mniejszym zużyciu energii czynnej.

Zmienność energii biernej wymagającej skompensowania w poszczególnych latach jest uwzględniona w metodzie opisanej w [9.22], [9.24]. Metoda ta polega na doborze silnika wg kryterium maksymalizacji zysku, dla którego podstawą jest wskaźnik ekonomicznej efektywności inwestycji F_f:. W każdym przypadku optymalna moc znamionowa silnika S_jV „_p, jest rozwiązaniem zadania

F_E(S_Noft) = maxF_E(S_N) (9.63)

Z rozwiązania tego zadania wynikają m.in. następujące wnioski:

optymalna moc znamionowa silnika praktycznie nie zależy od warunków ekonomicznych w danym roku (stopy dyskontowej, ceny energii biernej i czynnej itp.);

— o wyborze silnika decyduje przewidywany (założony) rozkład mocy biernej Q_xj wymagającej skompensowania w kolejnych latach eksploatacji; moc optymalna S_Nopt może być w praktyce obliczona na podstawie obciążenia P_mz oraz wartości średniej mocy biernej w założonym okresie (m lat) eksploatacji.

Przy wykorzystywaniu silnika do nadążnej kompensacji mocy biernej, uzwojenie wzbudzenia powinno być zasilane z przekształtnika tyrystorowego — pelnosterowancgo układu mostkowego. Dobór parametrów wzbudnicy tyrystorowej sprowadza się do wyznaczenia wymaganego współczynnika forsowania napięcia wzbudzenia k_v.

Najczęściej stosowaną metodą wyznaczania forsowania jest obliczanie wartości współczynnika k_v na podstawie wymaganej szybkości zmian mocy biernej dQ_z/dt. Z równania (9.61) otrzymuje się

kf > «V»(2 —'/«) +

1 -bo d Q,

Q_Son, a, ' dl

(9.64)

Powyższa metoda, jakkolwiek słuszna z technicznego punktu widzenia, prowadzi najczęściej do dużego przewymiarowania układu zasilania, zatem do dodatkowych, nieuzasadnionych kosztów inwestycyjnych.

Optymalną wartość współczynnika forsowania k_Uopl można wyznaczyć w sposób analogiczny jak przy doborze silnika, tj. maksymalizując wskaźnik ekonomicznej efektywności inwestycji F_E, czyli

^uo_Pt) = max F_E{k_v) (9.65)

Metoda ta (dla pojedynczego silnika i grupy silników) jest opisana szczegółowo w [9.22]. Obliczona tą metodą wartość optymalna

ku o_P, = 2 dla T₀> T'_d

ku „p, = 0,75 + 0,5-

T'_d

^{, +} x/^{1 +}i’⁵7T

dla T„ < Tj

(9.66)

gdzie T₀ — czas występowania obciążenia maksymalnego Q_So miu

9.2.4. Układy regulacji mocy biernej silników synchronicznych

Każdy silnik synchroniczny winien być wyposażony w indywidualny regulator RSS sterujący prądem wzbudzenia maszyny w sposób zapewniający równoczesną realizację funkcji napędowych i kompensacyjnych. Strukturę regulatora RSS przedstawiono na rys. 9.4.

W proporcjonalnym regulatorze RPWmaksymalne sygnały wyjściowe odpowiadają przyjętemu forsowaniu napięcia w obu kierunkach, tj. przy pracy prostownikowej i falownikowej.

W dowolnej chwili, zadawany prąd wzbudzenia /. przyjmuje wartość większą z dwóch sterow^rań: v_Q i v_P. Sterowanie v_Q decyduje o wartości prądu wzbudzenia ze względu na zadaną moc bierną Q_z; sterowanie v_p jest proporcjonalne do minimalnego prądu wzbudzenia I_fmi„ wynikającego z aktualnego obciążenia czynnego. Nastawy regulatora RSG (odcięcie i nachylenie charakterystyki) wynikają z aproksymacji zależności (9.53) i (9.54). W przypadku występowania sprzecznych celów sterowania, tzn. wymagających dowzbudzania silnika ze względu na moment obciążenia i odwzbudzania z powodu zadanej wartości Q_z, układ U HśS zabezpiecza synchroniczną pracę maszyny z mocą bierną Q_s, przy której występuje min (Q_z—Q_s)-

Na rysunku 9.5 przedstawiono strukturę regulacji mocy biernej wszystkimi silnikami synchronicznymi, zainstalowanymi w zakładowej sieci rozdzielczej.

Każdy silnik synchroniczny jest wyposażony w indywidualny regulator RSS o strukturze przedstawionej na rys. 9.4; każdej rozdzielni jest przyporządkowany oddzielny regulator RWE. Regulatory węzłów energetycznych są wzajemnie powiązane w sposób

2tom321

2tom321

9.2.3. Dobór silnika synchronicznego i wzbudnicy tyrystorowej

QSon, a, ' dl

, + x/1 + i’57T

9.2.4. Układy regulacji mocy biernej silników synchronicznych

Q_Son, a, ' dl

^{, +} x/^{1 +}i’⁵7T