Kompensacja mocy biernej generatorów indukcyjnych (asynchronicznych) w małych elektrowniach wodnych

Generatory indukcyjne klatkowe cechuje łatwość przyłączenia do sieci elektroenergetycznej i duży zapas stabilności. Cecha ta spowodowała dość obszerne ich wykorzystanie w małych elektrowniach o niezbyt stabilnym niekontrolowanym napędzie, np. w elektrowniach wiatrowych i wodnych. Jednakże generatory te, jako źródło energii czynnej, mają niekorzystną cechę w postaci dużego zapotrzebowania na energię bierną indukcyjną. W zasadzie oczekuje się, aby źródło energii elektrycznej dostarczało zarówno mocy czynnej, jak i mocy biernej, tak jak np. generatory synchroniczne z uzwojonym wirnikiem. Natomiast generator indukcyjny (asynchroniczny), np. o 3 parach biegunów i mocy znamionowej 110 kW, pobiera ok. 60 kVAr mocy indukcyjnej (prąd indukcyjny 86 A). Wraz ze zmianą punktu pracy generatora zmianie ulega wartość generowanej przez niego mocy czynnej, a także i pobieranej mocy biernej. W sytuacji braku obciążenia prąd biegu jałowego, czyli prąd indukcyjny, wynosi 66 A. Tak znaczne wartości prądu biernego pobieranego z sieci są przyczyną powstawania strat energii czynnej w sieci dystrybucyjnej. Dla zapobieżenia tym stratom wprowadzono obciążenia finansowe za pobór energii biernej przez małe elektrownie stosujące generatory indukcyjne.

---

Paper describes reactive power compensation of generation systems proposed to small hydro power station. In small hydro power stations are usually applied as generators cage induction (asynchronous) machines. The induction generator, connected directly to grid, delivers active power but simultaneously is significant consumer of reactive lagging power. Conventional compensation, related to capacitor bank application, is not effective. In case of full compensation transient states of load disconnection may cause danger overvoltage. Therefore such compensation is very limited and still large amount of lagging power is demanded. Developed compensator, based on DC/AC three level power electronic converter, delivers stepless leading reactive power. Control system provides precise values of produced three phase sinusoidal leading current and then the generation system produces only active power. Simulation and laboratory tests confirm high dynamics of reactive power controller and full compensation in steady state.