Автоматический регулятор напряжения и параллельная работа генераторов. Понижение напряжения (Voltage Droop)

Генераторные установки часто работают в параллельном режиме для повышения топливной эффективности и увеличения надежности электроснабжения. При параллельном подключении генераторов достигается экономия топлива за счет включения только необходимого количества генераторов для удовлетворения текущей нагрузки. Работа каждого генератора вблизи его полной мощности обеспечивает эффективное потребление топлива.

Автоматический регулятор напряжения и параллельная работа генераторов. Понижение напряжения

Также повышается надежность энергосистемы, поскольку при работе одних генераторов другие могут использоваться в качестве резервных. Кроме того, системы защиты обнаруживают неисправности и изолируют поврежденный участок, сохраняя электропитание остальной части системы. Если один генератор выходит из строя или начинает работать некорректно, его можно отключить, а оставшиеся генераторы возьмут на себя его нагрузку.

Благодаря преимуществам параллельной работы установка нескольких генераторов стала стандартом для резервного и основного электроснабжения.

При параллельной работе генераторов необходимо уделять особое внимание двум основным системам управления генераторной установки: регулятору напряжения и регулятору частоты вращения. В данной статье акцент сделан на регуляторе напряжения.

Параллельная работа и регулятор напряжения

Чтобы проиллюстрировать влияние регулятора напряжения на работу генераторной системы, рассмотрим пример с двумя батареями и нагрузкой. В сценарии, показанном на Рисунке 1, если у двух батарей одинаковое напряжение (в режиме холостого хода), то нагрузка будет делиться поровну, и каждая батарея будет обеспечивать свою часть. Однако если напряжения не совпадают идеально, нагрузка распределится неравномерно, что сведет на нет преимущества использования двух батарей.

Рисунок 1: Равное напряжение (параллельное соединение батарей)

Дополнительно стоит отметить, что распределение нагрузки очень чувствительно к разбалансировке напряжения. На Рисунке 2 батарея B2 с выходным напряжением 102 Вольта определяет напряжение на нагрузке, вызывая больший ток нагрузки. Батарея B1 с более низким напряжением начинает заряжаться от B2 током 5 ампер. Этот зарядный ток явно не пропорционален разности напряжений и приводит к тому, что ток нагрузки на B2 превышает 6 ампер.

Рисунок 2: Неравное напряжение (параллельное соединение батарей)

На Рисунке 3, когда напряжение батареи B1 на 2 Вольта выше, чем у B2, B1 берет на себя как питание нагрузки, так и зарядку B2. В результате суммарный ток нагрузки составляет 6 ампер, при этом B1 обеспечивает как ток нагрузки, так и зарядный ток для B2.

Рисунок 3: Неравное напряжение (параллельное соединение батарей)

Показанное на диаграммах напряжение — это напряжение холостого хода. После параллельного соединения батарей их клеммные напряжения выравниваются.

Два генератора, работающие в параллель для питания общей нагрузки, функционируют аналогично.

Если у обоих генераторов одинаковое напряжение холостого хода, нагрузка будет делиться поровну (Рисунок 4). Однако даже небольшая разница в напряжении может привести к неравномерному распределению нагрузки (Рисунок 5) или, в крайних случаях, к циркулирующим токам (Рисунок 6).

Рисунок 4: Равное напряжение (параллельные генераторы)

Рисунок 5: Неравномерное напряжение (параллельные генераторы)

Рисунок 6: Неравномерное напряжение (параллельные генераторы)

На практике точно согласовать напряжения невозможно. Поэтому необходимо использовать методы, упрощающие совместную работу генераторов.

Так как циркулирующие токи и неравномерное распределение нагрузки возникают из-за различий в напряжении, регулятор напряжения (AVR) играет ключевую роль в устранении этих проблем. Это достигается с помощью компенсационных цепей параллельной работы, таких как реактивная компенсация понижения (droop compensation) или реактивная перекрестная компенсация, которые будут подробно рассмотрены в последующих статьях.

Реактивная компенсация понижения, самая простая и широко используемая методика, работает на основе зависимости, показанной на Рисунке 7.

Рисунок 7: Кривые реактивного понижения напряжения

Регулятор, предназначенный для точного управления напряжением, включает дополнительную цепь, получающую токовый сигнал с выхода генератора. Этот сигнал объединяется с сигналом напряжения, образуя результирующее напряжение, пропорциональное реактивной нагрузке.

Например, если напряжение падает с 480 В до 458 В при увеличении реактивной нагрузки от нуля до номинальной, понижение составит -4,3%. При параллельной работе двух генераторов с одинаковыми характеристиками droop и правильно установленными уставками напряжения, любое смещение нагрузки будет вызывать корректировку уставок — в результате система вернется к балансу. Благодаря этой компенсации напряжение на шинах естественно снижается с ростом реактивной нагрузки.

Рисунок 8: AVR с понижением напряжения

Включение этой характеристики в регуляторы каждого генератора, работающего в параллель, обеспечивает простое и эффективное распределение нагрузки.

Перед замыканием автоматов на параллельную работу двух генераторов необходимо согласовать их напряжения, чтобы избежать токовых рывков при замыкании.

Рисунок 9: Равное напряжение (параллельные генераторы)

Когда напряжения сбалансированы и общая нагрузка составляет 100 ампер, каждый генератор подает свою долю тока. Если напряжение генератора G2 увеличивается, возрастает и его ток, что вызывает понижение напряжения — эффект droop. В то же время генератор G1 снижает свой ток, и его цепь droop увеличивает напряжение. Эта динамика создает саморегулируемый механизм балансировки нагрузки, обеспечивающий равномерное распределение нагрузки при параллельной работе нескольких генераторов.

Параллельная работа генераторов HYUNDAI (PMS TERASAKI GAC21) (видео)

Замена AVR Siemens (видео)

Статьи про автоматический регулятор напряжения и параллельную работу генераторов:

1. Автоматический регулятор напряжения и параллельная работа генераторов. Понижение напряжения (Voltage Droop)
2. Автоматический регулятор напряжения. Активная мощность, Реактивная мощность, Полная мощность. кВт, кВАр, кВА
3. Функция регулятора напряжения и параллельная работа генераторов
4. Блок трансформатора тока – переключатель "Unit – Parallel". Работа генераторов разной мощности в параллели
5. Проверка и устранение неисправностей цепи реактивной компенсации регулятора напряжения (AVR) в изолированной шине переменного тока
6. ACB Trouble. Генератор не садится на шины
7. Что такое Voltage Droop автоматического регулятора напряжения? Настройка AVR с droop
8. Регулирование активной и реактивной нагрузки параллельно работающих генераторов
9. Почему у параллельно работающих генераторов разные токи нагрузки (при равных напряжених и нагрузках)?
10. Как регулировать реактивную нагрузку (мощность) на параллельно работающих генераторах?