История электротехники

Технические средства собственно автоматического управления нормальными режимами работы электрических станций и подстанций — это непрерывно действующие автоматические регуляторы напряжения и реактивной мощности, частоты вращения и активной мощности синхронных генераторов, автоматические регуляторы реактивной мощности синхронных компенсаторов и непрерывно управляемых статических ее источников, а также автоматические регуляторы коэффициентов трансформации трансформаторов с УРПН и реактивной мощности конденсаторных батарей.

В начальный период становления электроэнергетики автоматическое управление частотой промышленного тока и активной мощностью синхронных генераторов удовлетворительно производилось автоматическими регуляторами частоты вращения паровых и гидротурбин.

Поэтому первыми появились автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) синхронных генераторов и компенсаторов, необходимые для автоматического управления напряжением на шинах электрических станций и подстанций и реактивной мощностью. Это были электромеханические аналоги зарубежных медленно действующих автоматических устройств, примером которых являлся электромеханический АРВ типа СН-91. В 1937 г. в ВЭИ был разработан и выпущен большой партией электронно-ионный АРВ. Однако в связи с низкой надежностью электронных ламп он вскоре уступил место высоконадежным электромагнитным (на магнитных усилителях и первых твердотельных выпрямителях) АРВ, разработанным под руководством В.Л. Иносова и Л.В. Цукерника. Это были комбинированные автоматические устройства, состоявшие, по существу, из двух регуляторов, функционирующих по главным возмущающим напряжение синхронной машины воздействиям: току нагрузки и cos — устройства токового и фазового компаундирования, и по остаточному (после воздействия на возбудитель устройства компаундирования) отклонению напряжения — электромагнитные корректоры напряжения. Это были АРВ пропорционального действия.

Во время сооружения первых мощных ГЭС Волжского каскада и первых протяженных и сильно нагруженных линий электропередачи СВН возникла необходимость разработки более совершенных АРВ, обеспечивающих повышение пропускной способности электропередач. В ВЭИ под руководством Г.Р Герценберга были разработаны сначала электронно-ионный, а затем электромагнитный автоматические регуляторы возбуждения пропорционально-дифференциального («сильного») действия (АРВ СД).

Быстрое и интенсивное воздействие на возбудитель синхронного генератора АРВ СД, обеспечиваемое использованием сигналов, формируемых по производным напряжения и угла электропередачи, существенно повысило статическую и динамическую устойчивость функционирования ЭЭС, связанных протяженными и до предела нагруженными линиями СВН.

С появлением интегральных микросхем был разработан аналоговый АРВ СДП, измерительная часть которого формирует сигналы по новым принципам, заметно повышающим эффективность его функционирования. Он успешно эксплуатируется на современных мощных синхронных генераторах и компенсаторах.

Внедрение в технику автоматического управления производством и передачей электроэнергии цифровой вычислительной техники, естественно привело к созданию в ВЭИ (А.В. Фадеев, М.А. Лотков и др.) микропроцессорного АРВ СД, соответствующего последним научно-техническим достижениям в области автоматического управления.

Наиболее актуальная и сложная проблема автоматического управления нормальными режимами — автоматическое регулирование активной мощности и связанной с ней частоты промышленного тока. Сложность ее технической реализации определяется противоречивостью требований к автоматическим регуляторам, определяемых условиями жесткой стабилизации частоты и гибкого оптимального по технико-экономическим показателям распределения нагрузки между синхронными генераторами.

Как указывалось, в начальный период создания ЭЭС, когда мощности одной частоторегулирующей гидроэлектростанции было достаточно для покрытия непрогнозируемой (случайно изменяющейся) части графика нагрузки ЭЭС, поддержание частоты практически на неизменном уровне обеспечивалось астатическими автоматическими регуляторами частоты вращения (АРЧВ) гидротурбин, а распределение прогнозируемой части нагрузки достигалось за счет статизма АРЧВ турбин тепловых электростанций и не принимающих участия в регулировании частоты турбин гидростанций.

Первое электромеханическое устройство автоматического регулирования частоты и активной мощности — регулятор П.П. Острого появился в середине 30-х годов. Особенно интенсивно велась их разработка в 40-х годах, когда несколькими научно-исследовательскими организациями были разработаны различные по принципам действия измерительной части автоматические регуляторы частоты и активной мощности.