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과도 안정성 및 시스템 제어
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 여자기…
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.
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Q1: What is the difference between static and brushless exciters in synchronous generators?
Static exciters rectify AC power from generator terminals or bus and supply DC power directly to the rotor field winding. Brushless exciters use an inverted synchronous generator, rectifying AC power from armature windings via diodes mounted on the rotor, eliminating slip rings and brushes. Both replace older rotor-driven DC generators, improving reliability and reducing maintenance.
Q2: How does a Type 1 exciter control generator terminal voltage?
A Type 1 exciter uses a shaft-driven DC generator with a voltage regulator that measures terminal voltage and compares it to a reference voltage. The voltage error is processed with a gain and time constant, producing a field voltage that adjusts the rotor field current. This feedback mechanism maintains stable terminal voltage output.
Q3: Why do high-gain, fast-responding exciters improve transient stability?
High-gain, fast-responding exciters rapidly increase field voltage during short circuits, strengthening the generator's ability to maintain synchronism. This quick response enhances the simplified synchronous machine model's transient performance by providing immediate reactive power support. Faster exciter response reduces voltage dips and improves overall system stability during disturbances.
Q4: What voltage control methods are used in different wind turbine types?
Type 1 wind turbines use squirrel cage induction machines without direct voltage regulation. Type 2 systems employ wound rotor machines with adjustable external resistance to maintain constant power during wind gusts. Type 3 and Type 4 configurations manage both real and reactive power, providing enhanced control over generator output.
Q5: How do block diagrams represent generator voltage control systems?
Block diagrams visualize the feedback control loop by showing terminal voltage measurement compared against reference voltage, with the error processed through a voltage regulator with gain and time constant parameters. These diagrams compute transient response equations and standardize the representation of exciter and generator dynamics for stability analysis and system design.
Q6: What role does the field winding play in synchronous generator voltage control?
The field winding receives DC power from the exciter, creating the magnetic field that generates terminal voltage. The voltage regulator adjusts field current based on terminal voltage feedback, allowing precise control of generator output. This excitation control is essential for maintaining stable voltage and improving transient stability during system disturbances.
Q7: How does Type 2 wind turbine resistance control maintain power output stability?
Type 2 wind turbines use adjustable external resistance in the rotor circuit of wound rotor induction machines to regulate slip and power output. During wind speed variations, the resistance adjustment maintains consistent power delivery despite changing wind conditions. This resistance control mechanism provides a cost-effective alternative to direct voltage regulation in variable-speed wind turbine systems.