Моделирование и исследование гидроагрегатов малых ГЭС с частотно-управляемыми синхронными генераторами с постоянными магнитами

Abstract

В настоящее время в гидроагрегатах малых ГЭС, содержащих ковшовые гидротурбины, в качестве генераторов используются «классические» синхронные генераторы с электромагнитным возбуждением. Из-за пульсирующего характера изменения вращающегося момента на валу системы, как правило, размещается дополнительный маховик, позволяющий сгладить эти пульсации. Мощность, развиваемая ковшовой турбиной, регулируется за счет изменения расхода воды в сопле при помощи иглы, выдвижение которой изменяет проходное сечение сопла, а в итоге и расход. Быстрое закрытие сопла для резкого уменьшения расхода воды может привести к гидравлическим ударам. Поэтому время полного хода иглы ограничивают 20–40 с. Для быстрого регулирования мощности применяют так называемые дефлекторы, назначение которых – отвод струи от лопастей ковшовой турбины. Поэтому для регулирования мощности механическим путем требуется согласование управления ходом иглы в соплах турбины и дефлектора. Предлагается в гидроагрегатах малых ГЭС, содержащих ковшовые турбины (турбины Пелтона), в качестве генераторов использовать частотно-управляемые синхронные машины с постоянными магнитами. На разработанной компьютерной модели выявлено, что при этом обеспечивается высокий уровень приспособляемости к быстроизменяющимся нагрузкам в сети. Кроме того, механическое регулирование выходной мощности с участием дорогостоящего привода дефлекторов и игл сопел турбины заменяется электрическим регулированием частоты вращения и выходной мощности посредством частотного преобразователя, расположенного в статорной цепи генератора. Управляемая синхронная машина позволяет с помощью частотного пуска обеспечить устойчивую работу гидроагрегата при весьма незначительных расходах воды (энергоносителя). Наконец, при полном отсутствии воды частотный пуск способствует переводу работы генератора в режим синхронного компенсатора. Это подтверждено на флуктограммах изменения режимных параметров системы, полученных при компьютерном моделировании.