Name: voltage regulation in generators and wind turbines
Uploaded: 2024-11-21T14:54:38.000Z
Duration: 1 min 21 s
Channel: JoVE

동기식 발전기에서 여자기는 로터의 계자 권선에 DC 전력을 공급합니다.
구형 모델은 로터 구동 DC 발전기를 익사이터로 사용하는 반면 최신 모델은 정적 또는 브러시리스 익사이터를 사용합니다.
정전기 여자기는 발전기 단자 또는 버스에서 AC 전원을 정류하여 로터에 공급합니다.
브러시리스 익사이터는 역 동기 발전기를 사용하여 전기자 권선에서 계자 권선으로 AC 전력을 정류합니다.
유형 1 여자기에는 샤프트 구동 DC 발전기와 단자 전압에 따라 자기장 전류를 조정하는 전압 조정기가 있습니다.
풍력 터빈에서 전압 제어는 여자기 유형에 따라 다릅니다. 유형 1은 직접 제어가 부족한 반면 유형 2는 돌풍이 불 때 일정한 전력 출력을 유지하기 위해 저항 제어를 사용합니다.
유형 3 여자기는 무효 전력을 제어하여 실제 전력 출력에 따라 일정하게 유지하거나 변화시킵니다.
블록 다이어그램은 과도 안정성 프로그램에서 발전기-전압 제어를 시각화합니다.
고이득, 빠르게 응답하는 여자기는 단락 중에 자기장 전압을 증가시켜 과도 안정성을 향상시킵니다.
블록 다이어그램 방정식은 과도 응답을 계산합니다.

과도 안정성 및 시스템 제어

Generator Voltage Control

발전기 전압 제어는 동기 발전기와 풍력 터빈의 안정적인 작동을 유지하는 데 필수적입니다. 이전 모델에서는 로터에 의해 구동되는 DC 발전기가 로터의 계자 권선에 DC 전력을 공급하고 전력은 슬립 링과 브러시를 통해 전달됩니다. 최신 모델에서는 정적 또는 무브러시 여자기가 사용됩니다. 정적 여자기는 발전기 단자에서 AC 전력을 정류한 다음 DC 전력을 로터로 직접 전달합니다. 반면 무브러시 여자기는 전기자 권선에서 AC 전력을 얻고 로터에 장착된 다이오드를 통해 정류하는 역 동기 발전기를 사용하므로 슬립 링과 브러시가 필요 없습니다.

블록 다이어그램은 발전기 전압 제어 시스템을 시각화하기 위한 표준화된 방법을 제공합니다. IEEE Type 1 엑사이터는 샤프트 구동 DC 발전기를 사용하여 필드 전류를 생성하고, 전압 레귤레이터는 단자 전압 측정에 따라 필드 전류를 조정합니다.

<img alt="Figure1" src="/files/ftp_upload/16172/16172_PT_figure_001.svg" style="height: 150px;">

블록 다이어그램에서 단자 전압 V_t가 측정되어 기준 전압 V_ref와 비교됩니다. 이 두 가지의 차이는 계자 전압을 조정하는 데 사용됩니다. 전압 레귤레이터는 게인(K_a)과 시간 상수(T_a)로 전압 오류를 처리합니다. 전압 레귤레이터의 출력은 발전기의 계자 권선에 적용된 계자 전압으로, 이는 단자 전압을 조정합니다. 이러한 모델은 여자기 및 발전기 동역학을 나타내며, 안정성을 분석하고 개선하기 위한 명확한 방법을 제공합니다.

1형 풍력 터빈은 직접 전압 조절 없이 다람쥐 케이지 유도 기계를 사용합니다. 2형 시스템은 여자기로 모델링된 조정 가능한 외부 저항이 있는 권선형 로터 유도 기계를 사용하여 풍속 변화에도 불구하고 일관된 전력 출력을 유지합니다. 3형 및 4형 구성은 실제 전력과 무효 전력을 모두 관리합니다. 발전기 전압 제어에는 동기 발전기와 최신 풍력 터빈의 안정적이고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하기 위한 방법론이 포함됩니다.

동기식 발전기에서 여자기는 로터의 계자 권선에 DC 전력을 공급합니다.
구형 모델은 회전자 구동 DC 발전기를 자극기로 사용합니다.

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교육

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전기공학

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제1단원

Transient Stability and System Controls

과도 안정도 및 계통 제어

KEY TERMS AND CONCEPTS

핵심 용어 및 개념

voltage regulation in generators and wind turbines

Generator voltage regulation helps keep synchronous generators and wind turbines working stably. Older systems use a DC generator driven by the rotor to supply DC power to the rotor field winding. That power is passed through slip rings and brushes.

Newer systems use static exciters or brushless exciters. A static exciter rectifies AC power from the generator terminals and sends DC power directly to the rotor. A brushless exciter uses an inverted synchronous generator, takes AC power from armature windings, and rectifies it with diodes mounted on the rotor. This design removes the need for slip rings and brushes.

A block diagram is often used to show how generator voltage control works in a standard way. The IEEE Type 1 exciter uses a shaft-driven DC generator to produce field current. A voltage regulator then adjusts that current based on the measured terminal voltage. In the diagram, terminal voltage, Vt, is compared with a reference voltage, Vref, and the difference is used to adjust field voltage.

The voltage regulator processes the voltage error with a gain, Ka, and a time constant, Ta. Its output is the field voltage applied to the generator field winding, which changes the terminal voltage. These models describe exciter and generator dynamics and help engineers analyze and improve stability.

Wind turbines use related control ideas in different machine types. Type 1 turbines use squirrel cage induction machines and do not have direct voltage regulation. Type 2 systems use wound rotor induction machines with adjustable external resistance, modeled as an exciter, to help keep power output steady when wind speed changes. Type 3 and Type 4 configurations manage both real and reactive power.

Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines

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Generator Rotor Motion and the Swing Equation

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Transient Stability in Synchronous Generators

The synchronous machine model helps students analyze transient stability in power systems. It represents a synchronous generator under balanced three-phase positive-sequence conditions. The model assumes constant excitation and ignores losses and saturation. These simplifications make it easier to study how a generator behaves during a disturbance. In this setup, the generator is connected to a network of transmission lines, transformers, loads, and other machines. That larger system is often...

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Power-System Stability in Multi-Machine Networks

Power-system stability in multi-machine networks focuses on how several synchronous machines behave as they stay connected to an N-bus power system. The analysis solves the swing equations for the machines and tracks how the network responds when conditions change. It is used to study transient stability, which is the system’s ability to stay in step after a disturbance. The network is written with nodal equations that link bus voltages, machine voltages, and machine currents. In this model, V...

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Wind Turbine Types and Generator Control

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How Turbine Governors Stabilize Power Output

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Load-frequency control in power grids

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key terms and concepts

Learn how generator voltage regulation works with static, brushless, and IEEE Type 1 exciters, plus how wind turbine types manage stable power output.

Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

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Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines

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