WINDENERGIE : REACTIEF VERMOGEN INHOUD: SYNCHRONE GENERATOREN Het equivalent schema Geleverde stromen en vermogens Het elektrisch net
Een synchrone generator is een spanningsbron. Het equivalent schema die het gedrag van een dergelijke generator beschrijft is dan ook een niet ideale spanningsbron.
Eerst en vooral is er de gegenereerde spanning e(t). De inwendige ohms-inductieve impedantie waarbij: Ri 0 (Ri << ΩLi). Er is een schakelaar die toelaat de generator aan het net te schakelen. Het net zelf is star verondersteld. De spanning u(t) = Ug sin(ωt) kan door de generator niet gewijzigd worden.
WINDENERGIE : REACTIEF VERMOGEN INHOUD: SYNCHRONE GENERATOREN Het equivalent schema Geleverde stromen en vermogens Het elektrisch net
WINDENERGIE : SYNCHRONE GENERATOR Om te weten welk vermogen de generator levert aan het net, wordt in eerste instantie de stroom i(t) berekend via de differentiaalvergelijking: di( t) u( t) + R i( t) + L = e( t) i i dt De oplossing van die differentiaalvergelijking is vooral bepaald door: De grootte van e(t) in vergelijking met de netspanning. De fase van e(t) in vergelijking met de netspanning
WINDENERGIE : SYNCHRONE GENERATOR Wanneer de sinusvormige spanningen u(t) en e(t) vectorieel voorgesteld worden, krijgen we als vectordiagram Van belang zijn: De grootte van e(t): E De hoek tussen e(t) en u(t): ϑ
Wanneer het ogenblikkelijk vermogen P(t) = u(t)i(t) uitgerekend wordt, bestaat dit uit 2 termen. Een eerste term met gemiddelde waarde P = Een tweede term met amplitude 1 2 U g E sinϑ ΩL i Q 1 U g ( U g Ecosϑ) = 2 ΩL i
WINDENERGIE : REACTIEF VERMOGEN INHOUD: SYNCHRONE GENERATOREN Het equivalent schema Geleverde stromen en vermogens Het elektrisch net
Hierbij is P het actief vermogen welke de generator levert aan het net. Bij een synchrone machine die als generator werkt is positief. e(t) ijlt voor op u(t). De generator levert vermogen aan het net. Bij een synchrone machine die als motor werkt, is negatief. e(t) ijlt na op u(t). De motor verbruikt vermogen afkomstig van het net. ϑ ϑ
WINDENERGIE : REACTIEF VERMOGEN INHOUD: SYNCHRONE GENERATOREN Het equivalent schema Geleverde stromen en vermogens Het elektrisch net
Hierbij is Q het reactief vermogen welke de generator levert aan het net. Belangrijk is hier de grootte van e(t). Bij een grote DC-bekrachtigingsstroom door de rotorwikkelingen, is e(t) groot. Dan is Q positief, de generator levert reactief vermogen aan het net. Bij een kleine DC-bekrachtigingsstroom door de rotorwikkelingen, is e(t) klein. Dan is Q negatief, de generator verbruikt reactief vermogen welke geleverd wordt door het net.
WINDENERGIE : REACTIEF VERMOGEN INHOUD: SYNCHRONE GENERATOREN Het equivalent schema Geleverde stromen en vermogens Het elektrisch net
Bekijken we het eens vanuit het standpunt van het elektrisch net! Er moeten enkele belangrijke voorwaarden voldaan worden: Op elk ogenblik moet het geproduceerde actief vermogen en het verbruikte actief vermogen aan elkaar gelijk zijn. Op elk ogenblik moet het geproduceerde reactief vermogen en het verbruikte reactief vermogen. Maar het verbruikte actief en reactief vermogen varieert constant. De productie wordt dan ook steeds aangepast aan het verbruik.
Hoe zorgt men nu dat het geproduceerde actief vermogen gelijk is aan het verbruikte actief vermogen? Indien er te weinig actief vermogen geproduceerd wordt, dan zal de netfrequentie dalen. Het extra verbruikte actief vermogen wordt onttrokken aan de kinetische energie van de draaiende machines in het net. De synchrone en asynchrone machines zullen trager draaien, de netfrequentie daalt. Indien er te veel actief vermogen geproduceerd wordt, dan zal de netfrequentie stijgen.
Als de netbeheerder de frequentie ziet dalen, betekent dit dat extra actief vermogen gegenereerd moet worden. Als de netbeheerder de frequentie ziet stijgen, betekent dit dat minder actief vermogen gegenereerd moet worden. En hoe zit het nu met een windturbine? Wordt een windturbine gebruikt om het Geproduceerde actief vermogen bij te regelen?
Een windturbine wordt meestal NIET gebruikt om het geproduceerde actief vermogen bij te regelen. Men genereert zoveel mogelijk vermogen. Het vermogen dat men niet genereert is namelijk voor eens en voor altijd verloren. Men kan niet aan de wind zeggen wacht een beetje met waaien totdat we meer elektriciteit nodig hebben. Het bijregelen van het actief vermogen gebeurt bijvoorbeeld in een thermische centrale door minder stoom naar de stoomturbine te sturen die de generator aandrijft. Zo daalt het geproduceerde actief vermogen.
WINDENERGIE : REACTIEF VERMOGEN INHOUD: SYNCHRONE GENERATOREN Het equivalent schema Geleverde stromen en vermogens Het elektrisch net
Ook het geproduceerde reactief vermogen moet gelijk zijn aan het verbruikte reactief vermogen. Wanneer er teveel reactief vermogen geproduceerd wordt, dan stijgt de netspanning. Wanneer er te weinig reactief vermogen geproduceerd wordt, dan daalt de netspanning. Dit laat een regelmechanisme toe om het geproduceerde reactief vermogen aan te passen aan het verbruikte reactief vermogen.
Het geproduceerde reactief vermogen wordt bijgeregeld door de DC-bekrachtigingsstroom door de rotorwikkelingen aan te passen. Door de bekrachtigingsstroom groter te maken, wordt er meer reactief vermogen gegenereerd. Door de bekrachtigingsstroom kleiner te maken, wordt er minder reactief vermogen gegenereerd. Meestal werkt een synchrone generator overbekrachtigd zodat ze reactief vermogen levert. In een net wordt meestal flink wat reactief vermogen verbruikt, denk maar aan inductiemotoren, zelfinducties, transformatoren