Enkele voorbeeldbladzijden uit deel 2
Hoofdstuk 15. Inleiding generatormodel. Bladzijde 15- 9 15.5. Hoofdlijn van de modelonwikkeling 15.5.1 P-model, vermogensmodel Het model van de mechanische werking wordt beknopt met het volgende blokschema weergeven:
fig. 15-10 P-Model, model van het vermogensdeel van de synchrone generator 15.5.2 V-model, spanningsmodel Het spanningsdeel van het model van de generator (inclusief, indien gewenst en van toepassing, step-uptransformator en koppellijn) kent twee varianten, bestaande uit de volgende combinaties van deelmodellen:
fig. 15-11 Opbouw van het V-model, model van het spanningsdeel van de synchrone generator, twee varianten. Duidelijk is dat de kern van het model in beide varianten hetzelfde is; het verschil bestaat slechts uit de wijze van bepaling van de Ia-componenten. Opmerking: de betiteling "V-model" (c.q.spanningsmodel) is gekozen om een korte term te hebben; vanzelfsprekend zijn er meer grootheden dan alleen spanning in het spel, zoals bekrachtiging, statorstroom, mmk, flux, rotatie.
Hoofdstuk 15. Inleiding generatormodel Bladzijde 15 - 10
In beknopte vorm wordt het V-model als volgt weergegeven:
fig. 15-12 V-model van de generator, twee varianten, in beknopte vorm Alternatieven: Het V-model kan ook gebaseerd worden op het Ug-model, met direct de generator d- en qklemspanning als uitgang. Het Vb-model kan ook gebaseerd worden op een "omgekeerd" Er - of Ug-model, met als ingang de d- en qspanningen en als uitgang de stromen Iq en Id. (Ia-model) Er zijn geen fundamentele verschillen of grote practische voor- of nadelen aan deze alternatieven verbonden. De genoemde variant-modellen worden in deel 3 besproken.
15.5.3. PV-model, het volledig generatormodel. Uit de combinatie van P- en V-model ontstaat het volledig generatormodel:
fig. 15-13 Opbouw van het PV-model van de generator, type a en type b
Hoofdstuk23. Regelaarinstelling voor generator in eilandbedrijf. Inleiding. Regelaarformule Bladzijde 23 - 1
23. Regelaarinstelling voor generator in eilandbedrijf Als opwekeenheid wordt de 600 MVA, 21 kV eenheid uit de voorbeeldconfiguratie gebruikt; deze bevat een stoomturbineaandrijving. Specificaties: zie Gegevens, na appendix deel 3. 23.1. Inleiding 23.1.1. Doel In dit hoofdstuk wordt nagegaan hoe in (de simulatie van) de configuratie een goede - en bij benadering de beste - instelling kan worden verkregen. Bij een simulatie is het geen probleem om veelvuldig instellingen uit te proberen, dit in tegenstelling tot instellen van een aandrijvinggeneratoreenheid in werkelijkheid. De simulatie maakt het mogelijk om een goed uitgangspunt voor het instellen van de werkelijkheid te verkrijgen en, wellicht van nog groter belang, inzicht in de invloeden van de verschillende regelaarparameters. 23.1.2. Werkwijze in het algemeen - Bepaling / keuze aangaande het gedrag van de belasting (par. 23.2.2). In het algemeen is de belasting spanning- en frekwentieafhankelijk. Op grond van het type belasting moet een keuze worden gedaan omtrent de mate van deze afhankeljkheid. - Bepaling / keuze van het meest kritische werkgebied (par. 23.2.3). Blijken zal dat de configuratie een qua demping verschillend gedrag vertoont, alnaargelang aard en grootte van de belasting en grootte van de verstoring. De instelling van de regeling moet ook voor het meest kritische gebied voldoen, met stabiliteit als absolute eis. Om het meest kritische werkgebied te bepalen wordt o.m.bij één proportionele instelling en één verstoring bij verschillende belastingen naar de responsie gekeken. Dit wordt herhaald voor enkele andere waarden van de verstoring. - Volgorde van instellen van de regelingen: 1) Spanningsregeling. Het is practisch hiermede te beginnen, omdat variaties in de blindvermogensbelasting het toerental niet beinvloeden; de instelling van de toerenregeling speelt hier dan geen rol, de toerenregeling mag, theoretisch, zelfs ontbreken. 2) Toerenregeling. Voor het instelling van de toerenregeling kan het beste gewerkt worden bij goed ingestelde spanningsregeling, vooral omdat dit de normale siutatie is. Bijkomende overwegingen zijn: zonder spanningsregeling hebben variaties in de vermogensbelasting invloed op de spanning; het systeem kan zelfs instabiel worden. Voorts zou, bij gegeven belasting, een variërende spanning inhouden dat de stroomsterkte omgekeerd evenredig verandert, waardoor de responsies op een moeilijk te doorziene wijze beinvloed zouden worden. - Methode van instellen: Een instelling wordt getest middels stappen in de belasting. Voor de spanningsregeling veelal stappen van + en - 100 Mvar, voor de toerenregeling stappen van + en - 20 MW. In principe wordt de instelling gemaakt voor het meest kritische gebied.
23.1.3. Volgorde bij het instellen van een regelaar: 1) Proportioneel: factor Kr van de regelaar (c.q.: de proportionele band) 2) Diffentiatie: τd van de regelaar, bij een aangenomen tamheid 3) Indien gewenst of nodig: integratie: τi van de regelaar. 23.1.4. Regelaarformule De toegepaste P(I)(D)-regelaars hebben volgende formule:
Kr = versterkingsfactor
τi = integratietijdconstante τd = differentiatietijdconstante a = tamheidsfactor van de differentiatie In plaats van de versterkingsfactor wordt vaak de grootheid 'proportionele band', Xp % , gebruikt. Kr = 100/Xp
Met Kr een bepaalde waarde, τi = ∞ en τd = 0 heeft men een P(Proportionele)-regelaar Met Kr een bepaalde waarde, τi = ∞ , τd een bepaalde waarde en a een waarde tussen 0 en 1 heeft men een PD-regelaar Met Kr een bepaalde waarde, τi een bepaalde waarde en τd = 0 heeft men een PI-regelaar Als alle parameters een bepaalde waarde hebben heeft men een PID-regelaar. In het gesimuleerde systeem is het uitgangsignaal van de regelaar beperkt. Spanningsregelaar: grenzen -8 en +12, waarmede gemiddeld voor op- en neerregelen een ongeveer gelijke ruimte beschikbaar is (3,3 bij de nominale toestand) Toerenregelaar: grenzen 0 en +20 (5 bij de nominale toestand). Betekenis van de getallen: men kan denken aan mA of V voor hardware-regelaars of aan een getal in een software-regelaar.
Hoofdstuk 25. Regelaarinstelling voor generator gekoppeld op star net. Instelling spanningsregelaar. Bladzijde 25 - 8
25.4.3. Instelling spanningsregelaar Op grond van het besprokene in par. 25.3. wordt de spanningsregelaar ingesteld bij P = 485 MW, Qg = 332 Mvar. Het vermogen is proportioneel geregeld met een kleine versterking, KrP = 0,02. Als eerste wordt een aantal waarden van de regelaarversterking beproefd, totdat duidelijk instabiliteit optreedt; in tweede instantie worden bij daartoe bij daartoe in aanmerking komende waarden verschillende sterkten van differentiatie toegevoegd. Integratie blijft nog buiten beschouwing. 25.4.3.1. Proportionele instelling, diverse waarden KrU
fig 25-3 Responsies op stap - 0,05 kV en stap - 0,5 kV in de spanning Ub = Un van het starre net, bij diverse waarden van KrU. Bij KrU = 14 is ook het elektrisch vermogen weergegeven. Beschouwing: - Bij lage versterking is het systeem stabiel, zowel bij kleine als grote verstoring - Boven KrU = 10 wordt het systeem instabiel (versterking bekrachtigingsketen ∆UF/∆Ru of ∆Ug = 2000 V/kV) - De waarde van de versterking heeft weinig invloed op de grootte van de eerste (negatieve) spanningspiek. - Bij de lagere versterkingen blijft een grotere statische afwijking over. - De verklaring van de instabiliteit bij hogere versterking ligt in het resoneren van het vermogensdeel met de het spanningsdeel, zoals besproken in par. 25.2.1. en de appendix hoodstuk 7.. Ter illustratie is bij de hoogste beproefde spanningsversterking ook het elektrisch vermogen in de figuur weergegeven. - Dat bij de grote verstoring en grote versterking de slingering uiteindelijk beperkt blijft komt door het vastlopen van regelaar en opwekker tegen hun bovengrenzen. Bij de kleine verstoring zal de slingering uiteindelijk op dezelfde waarden uitkomen.
Hoofdstuk 25. Regelaarinstelling voor generator gekoppeld op star net. Instelling spanningsregelaar. Bladzijde 25 - 9
25.4.3.2. Toevoeging van differentiatie
fig 25-4 Invloed van differentiatie bij twee waarden van KrU. Beschouwing: Differentiatie heeft vrijwel geen invloed voorzover het lage waarden betreft; hogere waarden leiden tot instabiliteit. Bij de lage waarden worden de eerste slingeringen wat kleiner, waar tegenover staat dat de slingering wat langer duurt. Opmerking: een stap van 0,5 kV in de spanning van het net geeft hetzelfde beeld als de stap van 0,05 kV, uiteraard met aangepaste schaal voor Ug. 25.4.3.3. Eerste keuze Op grond van beide voorgaande figuren wordt - voor de voorbeeldgenerator de keuze: versterking: KrU = 5 (versterking bekrachtigingsketen = 1000 V/kV), geen differentiatie. 25.4.3.4. Toevoeging van integratie Bij KrU = 5 treedt bij een stap van 0,5 kV in Un stationair een afwijking van 3 V op (Ug = 20,997 kV); te weinig om tot integratie over te gaan. Bij andere belastingen of veranderingen daarin kunnen echter grotere veranderingen optreden. Als voorbeeld: Bij een beginbelasting van 400 MW, 166 Mvar (80/50% van vollast) en een frekwentie-vermogensstatiek van 5% treedt in het ‘starre’ net een frekwentiedaling op van 0,2 Hz. Daaardoor ontstaat ook een spanningsdaling. Zie volgende figuur.
Hoofdstuk 25. Regelaarinstelling voor generator gekoppeld op star net. Instelling spanningsregelaar. Bladzijde 25 - 10
fq
fq
Ug
Ug
P
P
PT
PT t
t
fig 25-5 Voorbeeld van een verstoring waarbij een grotere stationaire afwijking in de generatorklemspanning optreedt: stap - 0,2 Hz in de netfrekwentie, bij een frewentie-vermogensstatiek van 5% Links: geen integratie. Rechts: met integratie, τi = 2 Links: door de statiek wordt het vermogen met 40 MW opgeregeld, het blindvermogen stijgt tot 172 MVAr, de generatorklemspanning daalt tot 20,973 kV, ofwel met 27 V, 0,13%; Rechts: alles verloopt hetzelfde, doch de integratie regelt de spanning terug naar 21 kV.
