Работа синхронного генератора параллельно с сетью большой  

      мощности

Обычно на электростанциях параллельно работают несколько генераторов. Отдельные электрические станции объединены в мощные энергосистемы, куда входят сотни генераторов и огромное количество потребителей. Автоматические регуляторы поддерживают неизменными напряжение и частоту в системе

Для включения генератора на параллельную работу с общей сетью необходимо выполнить три условия: фазные ЭДС генератора должны быть равны фазным напряжениям сети, частота ЭДС генератора и сети должны быть равными при одинаковом чередовании фаз. Если условия синхронизации не будут соблюдены, то в цепи возникают большие уравнительные токи, что может привести к аварийному режиму. Схема подключения СГ к сети показана на рис. 3.12.

Рис 3.12 Схема подключения синхронного генератора к трёхфазной сети

При параллельной работе синхронного генератора с сетью большой мощности напряжение на зажимах генератора задаётся сетью , но относительно тока они направлены в противоположные стороны .

Если синхронный генератор работает без нагрузки ( , режим холостого хода), то следует отметить три режима холостого хода при различных токах возбуждения. Ток возбуждения, при котором  (рис. 3.13а). В соответствии со вторым законом Кирхгофа , где . Откуда .

Рис 3.13 Векторные диаграммы СГ в режиме холостого хода:

а) при E₀ = U_c ; б) при E₀ > U_c ; в) E₀ < U_c

Ток возбуждения, при котором  (рис. 3.13б). Появившаяся разность напряжений  вызывает ток в статоре, который отстаёт от  на . Можно сказать, что генератор вырабатывает для сети реактивную индуктивную мощность, в которой нуждается сеть, поскольку обычно сеть питает асинхронные двигатели, которые потребляют из сети реактивную индуктивную мощность. Относительно напряжения сети ток, вырабатываемый генератором, является опережающим. Это означает, что перевозбуждённый синхронный генератор для сети представляет собой чисто ёмкостную нагрузку. При этом суммарная реактивная мощность, которую должна вырабатывать сеть для питания и асинхронных двигателей, и синхронного генератора  уменьшается. Здесь  - реактивная индуктивная мощность асинхронных двигателей,  - реактивная ёмкостная мощность синхронного генератора. В результате этого увеличивается коэффициент мощности всей энергосистемы.

Ток возбуждения, при котором  (рис. 3.13в). В этом режиме направление тока статора меняется на противоположное. Это означает, что недовозбуждённый синхронный генератор для сети представляет собой чисто индуктивную нагрузку (ток отстаёт от напряжения сети на 90°). При этом к реактивной индуктивной мощности, потребляемой асинхронными двигателями добавляется реактивная индуктивная мощность синхронной машины, что ведёт к снижению коэффициента мощности всей энергосистемы.

Синхронная машина будет работать в режиме генератора, если фазный сдвиг между током и напряжением статора изменяется в пределах от нуля до . Это будет иметь место, если вектор  будет опережать вектор напряжения . Практически такой режим можно осуществить, если увеличить момент приводного двигателя (турбины). При этом ротор и вместе с ним ЭДС Е_с повернутся относительно результирующего поля (и относительно напряжения U) по направлению вращения ротора на какой-либо угол . Иначе говоря, чтобы синхронная машина отдавала энергию в сеть, т.е. работала в режиме генератора, необходимо к ней подвести механическую энергию приводного двигателя. В этом случае между напряжением сети U_c и током статора будет тупой угол, что свидетельствует о том, что сеть является не источником, а приёмником электроэнергии.

Построим векторные диаграммы напряжений, когда активная мощность, отдаваемая генератором в сеть постоянная, а будем изменять характер нагрузки. При активной нагрузке  (рис. 3.14а) активно-индуктивной  (рис. 3.14б) и активно-емкостной нагрузке  (рис. 3.14в).

Если активная мощность во всех трёх случаях постоянна, то в соответствии с формулой активной мощности , или .

Векторные диаграммы напряжений построены в соответствии с уравнением электрического состояния генератора:

Для того, чтобы генератор вырабатывал только активную мощность       ( ), вектор тока должен быть направлен вдоль вектора напряжения U. При заданной активной мощности необходимо создать вращающий момент турбины, при котором вектор ЭДС E₀ будет опережать вектор напряжения U на угол , и создать такой ток возбуждения, при котором вектор  будет опережать вектор тока на 90° (рис. 3.14а).

Рис 3.14.  Векторная диаграмма фазы синхронного генератора при постоянной мощности и различных фазных сдвигах: а) ; б) ; в) .

Если недовозбудить генератор ( ) при сохранении той же активной мощности, угол  и ток статора увеличиваются, а ток будет опережать вектор U на угол  (рис. 3.14в). Перпендикулярная составляющая этого тока относительно сети будет отставать от напряжения сети. Это означает, что генератор будет потреблять из сети реактивную индуктивную мощность подобно асинхронным двигателям, что приводит к уменьшению коэффициента мощности всей энергосистемы.

Напротив, если перевозбудить синхронный генератор ( ) и сохранить прежднюю активную мощность, то угол  несколько уменьшится, а ток увеличится и будет отставать от напряжения  U (рис.3.14б). При этом генератор вырабатывает не только активную мощность, но и реактивную индуктивную мощность, разгружая сеть от генерации этой мощности. При этом коэффициент мощности энергосистемы повышается.

Таким образом, синхронная машина, включённая параллельно с сетью, будет работать в режиме генератора, если вектор  будет опережать вектор напряжения  на угол . Для этого необходимо создать момент приводного двигателя (турбины), направленный в сторону вращения ротора. При этом характер вырабатываемой реактивной энергии будет зависеть от величины ЭДС , то есть от величины тока возбуждения.     

При перевозбуждении вырабатывается реактивная индуктивная энергия, при недовозбуждении – реактивная емкостная энергия.