TLL Media | Инженеринг ревю | IndustryInfoBG | South-East European INDUSTRIAL Market | Български Технически Каталог | Енерджи Инфо БГ | ТД ИНСТАЛАЦИИ | Екология & Инфраструктура
 
 
 
TLL Media Българското специализирано техническо списание за енергетика
НАЧАЛО     ENGLISH
Търси
TLL Media
TLL Media
ИздателствотоЗа изданиетоАрхивАбонамент РекламаКонтактиПредстоящо
TLL Media
 

ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА

Енерджи ревю » Сп. Енерджи ревю - брой 2, 2018,
Особености при паралелна работа на генератори

Приложенията, при които няколко генераторни устройства са свързани паралелно, са доста разпространени днес – или за доставяне на електрическа енергия за съоръжение в островен режим, или свързани паралелно с електрическата мрежа генератори с безкрайна топология на шината.

Генераторите в режим на готовност често се свързват паралелно, за да подсигуряват критични приложения - като болници или центрове за данни, в случай на неизправност на електрическата мрежа. В други ситуации те са използвани за директно периодично аварийно подпомагане на електроразпределителната мрежа.

Освен това е възможен и сценарий, при който комуналните доставки дори не са на разположение и паралелните групи осигуряват единствения източник на надеждна енергия за конкретен обект.

Броят на конфигурациите е огромен. Независимо от приложението паралелното свързване е основна концепция при генерирането на електроенергия и неизменно въвежда специфични предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени.

Съвместимост на размера на генератора
Не всички инсталации разполагат с еднакви генераторни устройства. Аварийна система с генераторни агрегати, които имат съвпадащи номинални мощности (kW), може да поддържа по-високо първоначално приоритетно натоварване, отколкото система, която има генераторни агрегати с различни номинални мощности.

Например аварийна система с две 1000-киловатови генераторни устройства може да обслужва първоначално приоритетно натоварване с мощност от 1000 kW. Система, съставена от генераторно устройство с мощност 1500 kW и генераторно устройство с мощност 500 kW, но притежаваща същата обща мощност, трябва да бъде ограничена до първоначално натоварване от 500 kW.

Това е така, защото ако първото генераторно устройство, намиращо се по-близо до шината, е машината с мощност 500 kW, то всяко натоварване, по-голямо от 500 kW, може да доведе до претоварване.

От гледна точка на подсигуряване на натоварването при използване на разнородни машини е желателно то да се намалява на достатъчно големи стъпки, за да се облекчи 500-киловатовия агрегат, в случай че при 1000-киловатовия възникне проблем и той не е наличен. Най-общо, управляема система е тази, при която най-малкото генераторно устройство е с капацитет не по-малко от 30% от капацитета на най-голямото генераторно устройство, поставено в системата.

Генераторните устройства трябва да имат средство за определяне на това кое от тях ще контактува първо с шината при пускане без външно захранване (първоначално стартиране).

Някои производители не са в състояние да предоставят оборудване, което със сигурност ще се справи със ситуацията в рамките на 10 секунди. Обикновено по-старите, по-големи машини са по-бавни от по-малките си аналози. Така че в ситуации, при които се изисква спешно натоварване в рамките на 10 или 15 секунди, конфигурацията на системата трябва да предотврати по-малките машини да се включат първи към шината или пък да гарантира, че най-малката машина в системата винаги може да обслужи първоначалното натоварване.

Генераторните устройства могат да се управляват или чрез система за сграден мениджмънт (BMS), или чрез външна система за мониторинг като например такава за улесняване изпълнението на договореностите за предоставяни услуги или външна система за управление на енергията (PMS). За да може това да се осъществи, е нужно информацията за управлението и състоянието да е съвместима.

Синхронизация на генератори
За да се свържат два генератора паралелно, те първо трябва да бъдат синхронизирани. Синхронизацията означава, че формата на сигнала на изходното напрежение на единия генератор трябва да съответства на формата на изходния сигнал на другия по напрежение, честота и фазов ъгъл.

Фазовият ъгъл на двата изходни сигнала създава разлика в потенциала между двата източника. Разликата в потенциала трябва да бъде колкото е възможно по-малка, в практични граници преди затварянето на прекъсвача за паралелно свързване.
Изключително важно е в момента на затваряне на прекъсвача за паралелен ток преходният токов импулс, на който се подлага задействаният генератор, да не надвишава 50% от номиналния ток на генераторите.

Постигането на това критично изискване ще ограничи упражняваните нива на изравняващи синхронизиращи въртящи моменти, които възникват в цялата генераторна система.

Съществуват две форми на синхронизация: синхронизиране на честотната разлика и активна синхронизация по фаза. При използване на честотната разлика синхронизирането означава постигане на съответствие между напрежението на входящия генератор и напрежението на шината, а честотата на входящия генератор се регулира до фиксирана разлика с честотата на шината. Различните честоти позволяват моментни отклонения в минималния фазов ъгъл и следователно разлика в потенциалите между източниците.

Когато са синхронизирани, разликата във фазовия ъгъл и следователно напрежението в синхронизиращия прекъсвач е близо до нула. Когато източниците не са синхронизирани, фазовата разлика е голяма и поради това напрежението в синхронизиращия прекъсвач е голямо. Ако се направи опит за затваряне на прекъсвача в това състояние, ниските импеданси във веригата означават, че протичат много големи и потенциално увреждащи токове. При прилагане на синхронизация на честотната разлика ще има редуващи се моменти на фазиране (синхронизъм) и дефазиране.

При метода за активна синхронизация по фаза (фазово съвпадение) първоначално има голяма разлика във фазовия ъгъл между кривите на тока, но след това разликата намалява и се поддържа. Това осигурява продължителен период на синхронизъм.
Тази специфична конфигурация на синхронизатора чрез управление на напрежението, честотата и фазовия ъгъл прави този режим на работа възможен.

Синхронизаторът анализира изходното напрежение на генератора и прави корекции на оборотите на двигателя (чрез регулатора) и управлява автоматичния стабилизатор на напрежение (AVR), за да регулира амплитудата на напрежението и фазовия ъгъл с цел постигане на продължителен синхронизъм. Синхронизаторът става активен, когато паралелната шина е захранена и генераторът работи. Повечето паралелни системи днес използват синхронизиране по фаза (активно синхронизиране).

При всяка от описаните по-горе системи има ограничения за параметрите на диапазона, в който може да се извърши затваряне. Ако този прозорец е неправилно зададен, генераторното устройство ще бъде изложено на “грубо синхронизиране” – явление, при което има силно напрежение в контактите на синхронизиращия прекъсвач, което е увреждащо както за алтернатора, така и за двигателя.

За да се избегне дълготрайно прогресивно повреждане на оборудването, се препоръчва в най-лошия случай преходният ток да бъде ограничен до 50% от тока на пълно натоварване на алтернатора.

За да се постигне преходно ниво на тока, по-малко от 50% в момента на затваряне на синхронизиращия прекъсвач, е необходимо да се намали степента на несъвпадение на напрежението и да се гарантира, че честотната разлика е под 0,1 Hz/s и че затварянето на прекъсвача се осъществява в границите на допустимото изравняване на фазовия ъгъл. Предполага се, че в идеалния случай трябва да се зададат следните параметри: честота в рамките на 0,1 Hz; скорост на изменение на честотата 0,1 Hz/s; напреженията трябва да съответстват в рамките на <1%; максимален фазов ъгъл <10%.

Когато се прави синхронизиране по честотна разлика, скоростта на двигателя винаги трябва да бъде по-висока от честотата на комуналния ток, така че мощността да тече от генератора към мрежата, когато се свържат паралелно.

Във всички случаи входящото генераторно напрежение трябва да бъде настроено равно на или по-високо от напрежението на шината, за да се осигури експорт на фактор на мощността при закъснение (kVAr) от генератора. Генераторно напрежение, което е по-ниско от напрежението на шината, ще намали силата на магнитното поле и може да доведе до нестабилност на генератора при паралелна работа.

Избор на генератор, който първи да се присъедини към паралелната шина
Съществуват две различни системи за първоначално стартиране на генераторни устройства – с произволен достъп и паралелно свързване към “мъртва” (неактивна) шина. При паралелните системи с произволен достъп всички генераторни устройства получават едновременно команда за старт и независимо едно от друго достигат стойностите на своите номинални напрежения и скорост, при които са готови да се свържат с паралелната шина.

Генераторните устройства няма да са в синхрон едно с друго, така че регулаторите на генераторите трябва да имат някакъв вид арбитражна схема, позволяваща само един генератор да се свърже към неактивната шина. Поставянето на сензор на неактивната шина предотвратява дефазирано включване, след като вече един генератор спечели арбитража.

При системата за паралелно свързване с неактивна шина всички генераторни устройства започват работа едновременно с изключени паралелни прекъсвачи и възбудителни вериги. Това позволява генераторните устройства да бъдат свързани паралелно, без да са синхронизирани, защото не се генерира напрежение.

След като двигателите достигнат предварително зададена скорост, управленията на генератора се включват и увеличават нивата на възбуждане. Това води до натрупване на напрежение в шината и принуждава генераторите да се синхронизират един с друг. Има вариант на този метод, при който генераторните устройства започват работа с отворени паралелни прекъсвачи и ги затварят след това, когато стартерът на двигателя се изключи.

Друг термин, описващ същия алгоритъм, е възбудително паралелно свързване. Все пак стационарен алтернатор, свързан към шината, на практика действа като късо съединение, което потенциално компрометира цялата система. За изключване на алтернатора е необходимо средство за неговото локализиране.

Всяка от системите има своите предимства и недостатъци. Тъй като при паралелното свързване към неактивна шина няма нужда от арбитраж или синхронизиране на множество генераторни устройства, то този начин на паралелно свързване може да доведе до шина, сравнително бързо постигаща номиналните скорост и напрежение. Освен това то осигурява възможност за магнетизиране на система, която има няколко трансформатора с големи товарни токове и намалява стресовото натоварване на алтернатора от големи трансформатори по време на стартиране.

Тази система обаче се счита за по-малко стабилен метод за паралелно свързване, тъй като всеки генератор представлява самостоятелна точка за потенциално възникване на неизправност. Грешка в управлението или възбуждането на дадено генераторно устройство може да компрометира цялата система, ако няма датчик, който да установи дали дадено устройство стартира трудно или е повредено и да го извади от употреба, като го обяви за неизправно и отвори прекъсвача му.

Повечето от паралелно свързаните генераторни агрегати, които са в експлоатация днес, използват произволен достъп за синхронизиране и свързване към паралелна шина. Най-големият плюс в полза на произволния достъп е надеждността на системата и способността последователно да осигурява аварийно захранване. Дори ако едно генераторно устройство е неизправно или е бавно при достигане на нужната скорост, останалите генератори по никакъв начин не са засегнати и електрическата система не е компрометирана по никакъв начин.

Съвместими двигатели
Действителната мощност (kW), осигурена от генераторно устройство, работещо паралелно с други, е пряка функция на действителната мощност на двигателя. Съвместимите двигатели споделят товара почти равномерно при всички нива на натоварване, докато работят при равновесни нива на товар и при преходни условия на натоварване.

Ако несъвместими двигатели са свързани паралелно, то могат да възникнат проблеми със споделянето на товара, особено при прилагане или отхвърляне на натоварване на големи стъпки. Когато дадени натоварвания се приложат към генераторно устройство, особено с големи стъпки, честотата пада, докато регулаторът на двигателя успее да подаде повече гориво в двигателя, за да се върне обратно към номиналната си скорост (честота).

Стойностите на спадането на скоростта и времето за възстановяването й са функция на: инерцията на въртящите се компоненти; колко бързо управляващите системи и системите за всмукване на въздух могат да увеличат дебита на горивото в двигателя.
Активното разпределение на натоварването при преходни условия зависи от динамичната реакция на паралелно свързаните двигатели.

По-малките двигатели са склонни да реагират по-бързо поради по-леките си компоненти, особено газотурбинните нагнетатели, и в случай на прилагане на натоварване с голяма стъпка върху система с неефективни генераторни устройства може да възникне степен на дисбаланс между тях.

Това не е пагубно и може бързо да бъде преодоляно от управляващата система и системата за разпределение на товара. Генераторните устройства не могат да бъдат сериозно претоварени, тъй като максималното натоварване, което може да бъде осигурено от произволен генератор, е мощността при спиране на горивото (fuel stop power).

Трябва да се има предвид, че при по-ниски нива на изменение в натоварването преходните стойности на напрежението и честотата са по-ниски и времето за възстановяване ще бъде по-кратко. По този начин чрез добавяне и премахване на натоварване с по-малки стъпки може да се преодолеят различните преходни характеристики на отделните машини.

По принцип, съвместими двигатели са тези, които притежават подобна способност за споделяне на товари и сходни преходни характеристики, достатъчни да посрещнат нуждите от натоварване. Трябва да се внимава, когато се обмисля паралелно свързване на генераторни устройства с различни системи за управление, тъй като предположенията за сходство може да не са валидни.

Фактори, влияещи за разпределяне на натоварването
Когато едно генераторно устройство работи в паралелна конфигурация, изходните стойности на напрежение и честота на генераторните агрегати са еднакви, когато са свързани към една и съща шина. Следователно, системите за управление на генераторните устройства не могат просто да следят напрежението и честотата на шината като отправна точка за поддържане на еднакви равнища на изхода, както правят, когато се експлоатират изолирано едно от друго.

Ако например едно генераторно устройство работи с по-високо ниво на възбуждане от другите устройства, реактивният товар няма да се разпределя равномерно – това ще се докаже от генераторите, работещи при различни фактори на мощността и натоварващи токове.

По същия начин, ако генераторното устройство е регулирано с различни настройки на скоростта от останалите, въпреки че неговата честота ще бъде същата, то няма да разпределя правилно натоварването с другите генераторни устройства в системата. Всеки генератор в системата винаги има две активни системи за управление: система за управление на възбуждането, регулираща напрежението, и система за управление на горивото, регулираща оборотите на двигателя.

Реалното споделяне на мощността (изразено в kW или товар при коефициент на мощността единица) зависи от настройките на скоростта и контрола на дебита на горивото между генераторните устройства, базиран на процентното натоварване в kW.

Реактивната мощност (изразена като kVAr или нулев коефициент на мощността) се определя главно от настройката на напрежението и управлението на възбудителната система, което зависи от процента на kVAr натоварването между генераторните устройства.



Етикети:   генератори   паралелна работа   синхронизация  

« Назад
BPVA
Екология и Инфраструктура
 
TLL Media
WebDesignBG            © 2018 TLL Media        Начало   |   Политика за поверителност и защита на личните данни   |   Права за ползване   |   XML    
TLL Media
TLL Media