Regulacijski sistemi sinhronskih generatorjev
v
Jožef RITONJA, Boštjan POLAJZER
Izvleček: Članek opisuje osnovne značilnosti delovanja elektroenergetskih sistemov. Celovito in sistematično so predstavljeni regulacijski sistemi sinhronskih generatorjev, katerih naloga je v vseh točkah elektroenergetskega sistema zagotoviti sinusno napetost predpisane frekvence in amplitude. Predstavljeni so: primarni in sekundarni del regulacijskega sistema za regulacijo frekvence in delovne moči, regulacijski sistem za regulacijo napetosti in jalove moči ter regulacijski sistem za stabilizacijo elektromehanskih nihanj.
Ključne besede: elektroenergetski sistem, sinhronski generator, regulacija frekvence, regulacija napetosti, stabilizator nihanj sinhronskega generatorja
■ 1 Uvod
Naloga elektroenergetskih sistemov je zanesljivo in gospodarno zagotavljanje predpisane električne energije njihovim porabnikom. Elektroenergetske sisteme tvorijo proizvajalci, prenosni sistemi in odjemalci električne energije. Razvoj trifaznih izmeničnih elektroenergetskih sistemov je neposredno povezan z odkritji na področju večfaznih strojev, ki jih je patentiral Nikola Tesla leta 1888. Prvi izmenični elektroenergetski sistem v Evropi je bil narejen leta 1891 za potrebe elektrotehnične razstave v Frankfurtu. V naslednjih letih so se elektroenergetski sistemi začeli intenzivno razvijati in povezovati. Za izpolnjevanje osnovnega cilja -zanesljivega in gospodarnega zagotavljanja predpisane električne energije odjemalcem - je potrebno poleg ustreznega obsega elektroenergetskega sistema zagotoviti tudi regulacijske sisteme, ki zagotavljajo v vseh točkah elektroenergetskega sistema napetost sinusne oblike s predpisano amplitudo in frekvenco. Za zagotavljanje takšne napeto-
Prof. dr. Jožef Ritonja, univ. dipl. inž., Boštjan Polajžer, univ. dipl. inž., oba Univerza v Mariboru, Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko
sti je potrebno ravnotežje proizvodnje in porabe električne energije. Spreminjanje porabe v elektroenergetskem sistemu ima v primeru neusklajene proizvodnje električne energije za posledico spreminjanje napetostnih parametrov.
Večino električne energije v elektroenergetskih sistemih proizvedejo sinhronski generatorji. Za proizvodnjo potrebne električne energije morajo ti delovati z ustrezno močjo. Za analitične namene moč generatorjev razstavimo v dve komponenti: v delovno moč in v jalovo moč. S spreminjanjem delovne moči sinhronskih generatorjev vplivamo na frekvenco električnih veličin elektroenergetskega sistema, s spreminjanjem jalove moči sinhronskih generatorjev pa vplivamo na amplitudo napetosti elektroenergetskega sistema. V hipotetičnem stacionarnem stanju je frekvenca električnih veličin v vseh točkah elektroenergetskega sistema enaka, nasprotno pa je amplituda napetosti v posameznih točkah elektroenergetskega sistema lahko različna. Frekvenca celotnega elektroenergetskega sistema in napetosti v vseh točkah elektroenergetskega sistema morajo biti v okviru predpisanih dinamičnih in stacionarnih mej. To dosežemo s spreminjanjem delovne in jalove moči, s katero delujejo sinhronski
generatorji. Delovno moč sinhronskih generatorjev spreminjamo z vodenjem vrtilnega momenta pogonskega stroja (največkrat turbina), ki poganja sinhronski generator. Jalovo moč sinhronskih generatorjev pa spreminjamo z ustreznim vodenjem toka, ki ga skozi vzbujal-no rotorsko navitje sinhronskega generatorja vsili vzbujalni sistem (večinoma tranzistorski ali tiristor-ski usmernik). Za ustrezno vodenje pogonskega vrtilnega momenta in rotorske vzbujalne napetosti potrebujemo dva ločena regulacijska sistema, s pomočjo katerih zagotavljamo pravilno delovanje sinhronskega generatorja v elektroenergetskem omrežju. V članku bosta oba regulacijska sistema podrobneje predstavljena.
■ 2 Regulacijski sistemi sinhronskih generatorjev v elektroenergetskem sistemu
Elektroenergetski sistem sestavljajo posamezna regulacijska območja, ki lahko sovpadajo z državnimi mejami, lahko pa tvori posamezno regulacijsko območje več držav ali pa je v okviru ene države več regulacijskih območij. Za pravilno delovanje sinhronskih generatorjev v posameznih regulacijskih območjih so odgovorni regionalni
Slika 1. Blokovna shema regulacijskega območja elektroenergetskega sistema
operaterji prenosnih omrežij v regulacijskih območjih, krajše imenovani tudi sistemski operaterji (ang. TSO - Transmission System Operator). V evropskem prostoru so sistemski operaterji povezani v Evropsko združenje operaterjev prenosnih omrežij (ang. ENTSO-E -European Network of Transmission System Operators for Electricity). Združenje koordinira aktivnosti 41 sistemskih operaterjev prenosnih omrežij v 34 evropskih državah (podatek za leto 2014). Letna proizvodnja električne energije omrežij v združenju je leta 2012 znašala 3370 TWh (za primerjavo: letna slovenska poraba znaša približno 14 TWh). Shema regulacijskega območja elektroenergetskega sistema s sistemskim operaterjem in s proizvodnimi enotami (elektrarnami) je prikazana na sliki 1.
Za pravilno delovanje sinhronskih generatorjev v elektroenergetskem sistemu skrbi množica regulacijskih sistemov. Najpomembnejše lahko uvrstimo v tri skupine: • regulacijski sistemi za regulacijo frekvence in delovne moči (ang. LFC - Load-frequency control ali AGC - Automatic generation control, v nadaljevanju krajše:
regulacijski sistemi za regulacijo frekvence),
•	regulacijski sistemi za regulacijo napetosti in jalove moči (ang. AVR - Automatic voltage regulator, v nadaljevanju krajše: regulacijski sistemi za regulacijo napetosti),
•	regulacijski sistemi za stabilizacijo elektromehanskih nihanj.
Regulacijski sistemi za regulacijo frekvence delujejo na dveh nivojih. Na osnovnem nivoju morajo vsi sin-hronski generatorji v elektroener-
getskem sistemu sodelovati v regulaciji frekvence tako, da v primeru upada frekvence elektroenergetskega sistema povečajo delovno moč in v primeru dviga frekvence zmanjšajo delovno moč. V ta namen so vsi sinhronski generatorji opremljeni z lokalnimi regulatorji, ki na osnovi meritve delovne moči in rotorske hitrosti sinhronskega generatorja ustrezno vodijo vrtilni moment pripadajočih pogonskih strojev. Te regulacijske zanke imenujemo primarna regulacija frekvence in so realizirane za vsak generator v okviru pripadajočega turbinskega regulatorja. Primarna regulacija frekvence ne zagotavlja stacionarne točnosti frekvence elektroenergetskega sistema. Za zagotavljanje stacionarne točnosti elektroenergetskega sistema morajo sistemski operaterji v svojih regulacijskih območjih izvajati nadrejeno regulacijsko zanko, ki jo imenujemo sekundarna regulacija frekvence. V ta namen vsak sistemski operater s svojim sekundarnim regulatorjem na osnovi meritve frekvence elektroenergetskega sistema in meritve moči izmenjav med sosednjimi regulacijskimi območji ustrezno vodi proizvodnjo enega ali več izbranih sinhronskih generatorjev lastnega regulacijskega območja.
Za vzdrževanje amplitude napetosti celotnega elektroenergetskega sistema v okviru predpisanih meja morajo biti vsi sinhronski generatorji opremljeni z regulacijskimi sistemi
Slika 2. Blokovni diagram regulacijskih sistemov sinhronskega generatorja
Slika 3. Blokovni diagram primarne regulacije frekvence
za regulacijo napetosti, ki na osnovi primerjave merjene statorske napetosti z želeno vrednostjo napetosti ustrezno krmilijo polprevodnike usmernika vzbujalnega sistema.
Za zagotavljanje stabilnega delovanja elektroenergetskega sistema in za povečanje dušenja elektrome-hanskih nihanj sinhronskih generatorjev skrbijo regulacijski sistemi za stabilizacijo elektromehanskih nihanj. V ta namen so nekateri sin-hronski generatorji opremljeni s stabilizatorji nihanj sinhronskih generatorjev, ki izkoriščajo merilni del regulacijskih sistemov za regulacijo frekvence in izvršni člen merilnega dela regulacijskega sistema za regulacijo napetosti. Stabilizatorji nihanj sinhronskih generatorjev so realizirani v sklopu regulacijskih sistemov za regulacijo napetosti.
Blokovni diagram regulacijskih sistemov, namenjenih pravilnemu delovanju sinhronskih generatorjev v okviru elektroenergetskega sistema, je prikazan na sliki 2.
2.1 Regulacijski sistem za regulacijo frekvence
Na spreminjanje frekvence v elektroenergetskem sistemu vpliva
neravnotežje med proizvodnjo in porabo električne energije v elektroenergetskem sistemu. Deficit delovne moči bi imel za posledico upad frekvence, suficit pa porast frekvence elektroenergetskega sistema. Naloga regulacijskih sistemov za regulacijo frekvence je torej vzdrževanje ravnotežja oz. prilagajanje moči proizvodnje trenutni porabi. Vsako neravnotežje v delovni moči proizvodnje in porabe je vidno v odstopanju frekvence elektroenergetskega sistema. Po navodilih operaterjev prenosnih omrežij morajo biti vsi sinhronski generatorji, priključeni na prenosna omrežja, opremljeni s primarnimi regulatorji frekvence. Primarni regulatorji frekvence so realizirani v okviru turbinskih regulatorjev sinhronskih generatorjev, večinoma s pomočjo univerzalnih industrijskih izvedb pomnilniško programirljivih krmilnikov. Zaradi decentraliziranega vodenja posamezni primarni regulatorji frekvence ne smejo težiti k ničelnemu stacionarnemu odstopanju dejanske frekvence od referenčne vrednosti, saj je (bilo) na vseh sinhronskih generatorjih v elektroenergetskem sistemu tehnično težko zagotoviti popolnoma enake referenčne vrednosti frekvence in absolutno natančne meritve frekvence. Zato na nivoju primarne
regulacije frekvence, ki jo morajo izvajati vsi sinhronski generatorji v elektroenergetskem sistemu, dopuščamo stacionarno odstopanje med referenčno in dejansko vrednostjo frekvence. Obstajajo različne regulacijske strukture, ki izpolnjujejo opisane zahteve [1], [2], [3]. Blokovni diagram modernih izvedb primarnih regulatorjev frekvence, uporabljen v večini novejših turbinskih regulatorjev, je prikazan na sliki 3.
Regulator frekvence sinhronskega generatorja na osnovi podanih referenčnih vrednosti in izmerjenih dejanskih vrednosti delovne moči in frekvence izračuna za sinhronski generator potreben vrtilni moment in s pomočjo aktivatorja (ventil) ustrezno nastavi izvršni člen (turbino). V regulacijskem sistemu uporabljeni regulator ima PI značaj z dodatno možnostjo diferenciator-skega kanala. Kljub uporabljenemu integralskemu delu takšen regulacijski sistem dopušča stacionarno odstopanje regulirane frekvence. Povezavo med stacionarnima vre-dnostima odstopanja frekvence in posledično spremembe proizvodnje delovne moči za slovenski elektroenergetski sistem prikazuje slika 4. Iz nje je vidno potrebno povečanje (oz. zmanjšanje) delovne moči sinhronskih generatorjev
sprememba delovne moči j AP[MW]	i
	-15 MW
K	
. l\	200 ml ]z "Jstopunje frekvence
-200 mHz	\ j aij^[aaHza
-15 MW-	N
	
1	r
Slika 4. Statična karakteristika primarne regulacije frekvence
slovenskega elektroenergetskega sistema v primeru zmanjšanja (oz. povečanja) frekvence elekroener-getskega sistema. Sliko 4 imenujemo tudi statična karakteristika primarne regulacije frekvence.
V primeru nazivne frekvence v elektroenergetskem sistemu bodo sinhronski generatorji delovali z delovno močjo, enako predpisani referenčni vrednosti. Z odstopanjem frekvence pa se bo oddana delovna moč v sistem kljub nespremenjeni referenčni moči spreminjala slrladno z n^sleciv/^^j^no ^Itcitiično karaketeristiko. INegativn o in\/^rzno \/r^dno^t gradienta statične kar^ k^-tieristil^^ ii-n^nujejmo sta1:ika ne regulacije frekvence. Označimo jo s [%] in izračunamo z enačbo:

(1)
V kateri Af [96] cozneičuje 0(dstop<anj^ frekvence elektroenergetskega sis-temci in Af^ [%>] spremembo delovne moči sin^onskega generatorja v stacionarnem stanju zeiracdi vpliva prinrarne^ regrulaciru frekvence geni^ratorja. S5tatika s [96] označuje upir^mnerribo frekkwence v |:)ro)cen-ti Ii, p-ri kateri bi primaarna neg ulnclja frekvence pctvzrcoičila 100-odsto)-tno spremembo deloiv^ne moči. Poo zrslugi pi^im^^rne regulucire frekvence bo v primeru pojava ne-
sec^u 3000 [MW. F'ararmeten, ^i definira zahtevano delov/i^nje p)rimarne n^gulacije frekvaenc^ v celcotn^m eel^-ntrconnergetskkem ^ist^mu, imenu-jemiro reggiulacijska energija eli^ktaon energ etskk^g^ sistema in označimo ter izračunamo z enačbo:
Aees -
AP A/
MW Hn
(2)
ravnotežja proizvodnje in porabe delovne moči in s tem povezanim odstopanjem frekvence v elektroenergetskem sistemu vsak sinhronski generator v sistemu v skladu z nastavljeno statično karakteristiko pomagal pri vzpostavitvi ravnotežja delovne moči. Zaradi delovanja primarne regulacije frekvence regulacijski sistem sinhronskega generatorja v primeru odstopanja frekvence ne bo več zagotavljal, da bo oddana delovna moč enaka referenčni vrednosti delovne moči, ampe^k se Idco oddana delovna moč ^pji'elminjcllcl :iak(o, da bo generator ^strev^no) soič^neloval pori vzdr^ev/^-nju r^1)e-e!nčne vrednosti frekvence (nle5ktrcoeme^c^^1:^kega sistema.
V združenju ENTSO-E vsako leto določijo za posamezna regulacijska območja potreben olnsej3 rJelovne moči, ki g^ erorajoi zagota\/rati regulacijska obumeoičja v/ okviru izvajanja ppri marne re;gulacije fr^kve nce. Izračun rez^eirv^ delovne nl^očl za izvajanje priniij£;ljn)^ rfecjuleici-eB ■frelk\j^n-ce celotneegga ^le^troe;-le;rg^t^^c(5cnl^ slst^mei izsIjai-a iz nl'l^(riproj^1:£lvl^^, dda izp)nd pfcsl^v/cedn^ encj1:e z mcočjo ^000 ^jW: (rO1 ^ MCW^ v/ ele-I<troe;nerc3etskem sistemu ENTSO-E ne bo ppoiv/^ročil upada frekvence, ki lai bil viečri kot 200 mHz (tj. Af = -^00 Mtvn). To p omeni, da se mora peri upadu ^re^vo^nc^ za ^00 mfl-l^ aktivirati primarr^a reg^ulaciOa v cob)^
Obseg rez^erve dejlovn^ moči za izvajanje primarne recivlanye frekvence ^^ posameezna rec3ulacijsl<a o)b)oiočj^ izrclčuljl^recu iz izihtevane l:eznrvj^ c^|otnega j/lektioeni^rget-skk^ga sistema ob eppossteevannu razmerja pjj(n|zvoc|vj^ rf^c|člacijskega oetjnfjcočja in ^kupune proizvaodnje vsehi regč|vcijskih obmo)čiu e|elf-troenergetskega sistema. Za leto 2012 je bila za primarno regulacijo frekvence slovenskega elektroenergetskega sistema predpisana rezerva v okviru proizvodnje delovne moči 15 MW, ki bi jo morali primarni regulatorji frekvence v proizvodnih enotah slovenskega elektroenergetskega sistema ustrezno zagotoviti v primeru kvazistacionarnega odstopanja frekvence 200 mHz. Pri upadu frekvence za 200 mHz bi proizvodne enote morale povečati skupno proizvodnjo za 15 MW, pri dvigu frekvence za 200 mHz pa zmanjšati skupno proizvodnjo za 15 Mw. Iz predpisanih vrednosti lahko izračunamo potrebno regulacijsko energijo slovenskega regulacijskega območja:
Asj ----- 75-
A/ -e,UHn
Hn
(3)
hNa osnovi pjr^dpriaanih ^^hit^v EINTSO^E za reguliacijska ob)nej3Črn izhajajo zahtiev/e, ki jih za pcos^m e-zne proizvodne enote v regulacijskih območjih predpišejo operaterji preenosnih onnirežij r^g ulacijrlei^j obrrročii(j Naa ta nräre c|o)loč(rne vrednosti otetik posameznih sinhro)ri-snih g^ner^torj^v znaša-o oc1 4j 96 c)o 8 99.
Primarna regulacija frekvence ima proporcionalni ^n^č:aj in ne zagotavlja stacionarne točnosti frekvence v ^lel^troenercjetskerji sistemu. 2ja zagrrotcovritev stacionarne točnoisti

'■h

/
fJi^-L-
f'! - riL':iiilH(ii r
1'HIMAhM klici t .Vl Ok
mi-.kVKSCK +
TLRBfNA
+
HIXHKD^SKI tE^ltRAIVK
5. Blokovni diagram sekundarne regulacije fr^k\/ence
freikvernce velektroenergetskem sis1:^mu up)or^t)ir^o n<adrej^no se;-icundiarno re^ulcicijco frekve;r^ce. T<a ne; recrulira ^ar^o ^r^kvesnce (^le^-rnreonn^rgfPlroöCc^cgci ^i^ltnr^ci, empale 1:ucii ^int(;;1tič:r^cc \e^lil:inc^, im(er1cc\/ancc n3c:l;;ti^|:i£;inj^	outrmo-
^■anucr. ^Cnir - CTrrjnUi-irl E:rr■c3r^^ (e)ds;1:opr^r^j^ rec:jiljlacirsC;6;c3i3 crlt^^: cg^ AlcrE i;z:r^(1^cJnl^inc3 z ^na(:ttccl

]VIW
(4)
uk kateiri F>m. in iiejm (o;7na^lvje1:a cd^jan^ ^Cm^o:/ in e-ern^re-nično nnoč: i2:m(cr^ja\/ nne;c:l (r^brurrn^v/^n^rrc rj^guieciireCinA ccbmc3-čjem in sosednjimi regulacijskimi olt)mo-i, n bn Očf ozi-^ačujeta dejansao in r^fiiKi-^nčino i^/r6!c^ncur;r fr^C:\umnc^ ^loi^ldi-njKunievcg^li^lc^c^ ci s;i;-1:e;ma in jj^^^ ^epguleicijsC-i Ccc^::1F)ci6rn11 Zci ^^l/:jnc:li3rnu) r^cpul^cijon Ifr^Cweni^e;.
(^cJ ;;^CcuncC^rne ))(5C3 ulrrcije -lir^lfvtgnc^ IprtvVialcuj^jei-io, cJia w s;1)i^cicj n<ai-|-i^m sti^n^u čal^tivrnEi s; re^ul^cirs^^rč^ ob)moi^:i.j, l^r eirje jnci.5jal^ r^^liln^ rui^d |Pl-oizv:^r:injo ir^ |^ol-a-)o id^lovne r^cclči. Če izb^cenerr v^recrlnost poar^p mi^ttra Kc^E- jin^ko vrednos1:i ("^cgiu-lacijsli^e ^n^nrgije r^c3ul^cijsl^^c3cl ob)r r^glčja, dos^žerro, cia tro w primeiju^ ko^ lt)cc nastori^il izpcare |^rciiz\/c-)cJn^e; i^^lo\/ne ngcvlči \r en^m r6;c3ul^cijskem otimočja inr s temr ppovre^ea up^aC dree^^^nic^ v cnlo^tnem ^lelgtrccenerr
gntslc^m sistemu, prišlo Co kvazi-stacionajne sp-remne^mbie vrednosti Az^CE samo \j /^gulacinulve:^ cib)močjv, krel' na priSno Co izpada proizwcoCnj^ ciel^\/nf5 moči. Vn' sosei^njili regitilacig-silci|s: nSsmoijjlli^ lcje;|- ||^i prišlo Co izpiei-Ca p)jo^z\/crdn_je ffleCovm^ -noiči, pua č)n vn k\rc■aistacionclrn^))s rtenju ostala v/i-ednost AACSE en<al^a Oj saj bo vsa dodatna delo\/nn moč, proizvedena zavnadi upada fr^kvesn^ae s pnomočrio pprinjarne r^gjulacij^ f|f^k\/^rčc^ v re-nulac/sl^nm cubmočru, pr^n^eena preko povezeiw mr^^ rergulacijskimi crbn')očji v regelacijsko območje z n(3l';a^.zlej^1:^;/j(^m m^(Cl krrcci^ujccJnjo iu pjccrab)cr ^e^loDwn^ :zjc3či. Sj^kunOarna rngulacijcl frek\/^ncn bno trciro antiv-nsa sčj n-io v r^julacijul^err: oimočju, ajer jv! prišlo do r^erawnotfjžjci mad preoi^godnro iz p)oniab)o d^lovn^ n)ioči, meCvt^m l^o bo primar-na ve-):^uli3cija aVitivrn^ v vsieli r^gula<rijslcih obmrnqjih ^l^ktj(^(nnercre1lsl^^(^a sis-mc:l Pf.: izbi ir: vr-^dnoriti |3ajamktra KjjC.r dvndčatno U|^cršt6j\/c■jnl^ somote-gu:cikijo ls|jenren in p|eci)i^\^ocJnj^. V letre :^(Di;2je toila ^loweenski nlek-tro(Einelvcre1:^|<i ^iati^m tako izbrana
K^rce =ir6
eiw
Hz
aekundJarno regjjlacij o frekv^ rnce r^a nivoju ptosameokih: regulacijskih cjt^-močij izvaja cents^lni regulator, zc-l^cl1ie;r^lga d^:cc\/gnjrj ^lčl-lt)i ovpevater
prenosnega omrežja. Sekundarni regulator vpliva samo na posamezne, izbrane sinhronske generatorje v sistemu. Blokovni diagram sekundarne regulacije frekvence je prikazan na sliki 5, kjer Ps|lref označuje referenčno moč za sinhronske generatorje, ki sodelujejo v sekundarni r-^gulaciji frekvence.
2.2 Regulacijski sistem za regulacijo napetosti
[Regulacija napetosti elektroener-getnl^ega sistema je neposredno ccdvisna od tega, s kakšno jalovo rjc;)čjo delujejo sinhronski generatorji. Ti lahko v omrežju delujejo kot elementi z induktivnim ali s kapaci-tivnim značajem oz. v skladu z definicijo lahko delujejo kot proizvajalci ali kot porabniki jalove moči. Tako ptedstavljajo sinhronski generatorji t^rr eljne elemente za regulacijo napetosti. Na proizvodnost jalove moči sinhronskih generatorjev vpliva regulacijski sistem za regulacijo neipetosti s spreminjanjem vzbu-Scln^ga toka rotorskega navitja. Za kvalitetno, zanesljivo in gospodarno delovanje elektroenergetskega sistema mora regulacijski sistem ^a re gulacijo napetosti zagotavljati predpisano napetost v vseh toč-la^h elektroenergetskega sistema, vzdi-ževati in povečevati stabilnost ^isitem a in minimizirati jalove moči ir: s te m zmanjševati izgube v siste-riU) Piroblemi, povezani z regulacijo nappetosti in s stabilnostjo elektroenergetskih sistemov, so bili znani ^e v zgodnji fazi razvoja elektroenergetskih sistemov in so bili pogojeni s šibkimi elektroenergetskimi sistemi z dolgimi povezovalnimi \^crcii) Predvsem v zadnjih 40 letih pa inea regulacija napetosti v povezavi s stabilnostjo elektroenergetskih tistemov še posebej pomembno
Slika 6. Blokovni diagram sistema za regulacijo napetosti 464
Slika 7. Blokovni diagram regulacijskega sistema za stabilizacijo elektromehanskih nihanj
vlogo, predvsem v visoko razvitih in močno obremenjenih elektroenergetskih sistemih. Napetostna nestabilnost je bila razlog za veliko razpadov elektroenergetskih sistemov (New York 1970, Florida 1982, Francija 1978 in 1987, Švedska 1983, Japonska 1987, ^).
Regulacijski sistem za regulacijo napetosti elektroenergetskega sistema je decentraliziran. V skladu z navodili operaterja prenosnega omrežja morajo biti vse proizvodne enote v sistemu opremljene z regulatorjem napetosti in sposobne za obratovanje v regulaciji napetosti z nastavitvami v skladu s tehničnimi zmožnostmi in z zahtevami sistemskega operaterja. Slika 6 prikazuje blokovni diagram regulacijskega sistema za regulacijo napetosti sin-hronskega generatorja.
2.3 Regulacijski sistem za stabilizacijo elektromehanskih nihanj
Prehodni pojavi, ki so posledica spreminjanja obremenitev sinhron-skih generatorjev, so brez ustreznega regulacijskega sistema za stabilizacijo elektromehanskih nihanj zelo slabo dušeni. Osnovni razlog, da se sinhronski generatorji na motnje odzovejo z oscilatornimi prehodnimi pojavi je njihova konstrukcijska zasnova in iz nje izhajajoč fizikalni princip delovanja. Zato so sinhron-ski generatorji v sinhronem delovanju že v osnovi zelo slabo dušeni dinamični sistemi. Dodatni razlog za poslabšanje dinamičnih lastnosti sinhronskih generatorjev so njiho-
vi regulacijski sistemi, namenjeni vzdrževanju stacionarnih vrednosti električnih veličin, ki jih predpisuje sistemski operater (predvsem regulacijski sistem za regulacijo napetosti). Elektromehanska nihanja sinhronskih generatorjev so vidna predvsem kot nihanja v delovni moči in kolesnem kotu sinhronske-ga generatorja, manj pa v hitrosti rotorja, frekvenci statorske napetosti, amplitudi statorske napetosti in jalovi moči sinhronskega generatorja [4]. Glede na topološke značilnosti elektroenergetskega sistema razdelimo nihanja v:
•	medsistemska nihanja, največkrat v frekvenčnem območju od 0,2 do 0,5 Hz,
•	nihanja (enega) sinhronskega generatorja proti (relativno močnemu) omrežju - naravne načine, ki pripadajo ustreznim lastnim vrednostim dinamičnega modela, imenujemo lokalni naravni načini, njihove frekvence običajno segajo od 0,8 do 1,8 Hz.
Poleg zgoraj omenjenih nihanj se v šibko povezanih sistemih pojavljajo elektromehanska nihanja med posameznimi generatorji znotraj sistema, ki pa jih lahko v večini primerov obravnavamo podobno kot lokalne naravne načine. V okviru elektrarn pa se dodatno pojavljajo tudi:
•	nihanja med posameznimi generatorji, ki so večinoma posledica neustreznih nastavitev parametrov regulacijskih sistemov posameznih generatorjev (največkrat v frekvenčnem območju od 1,5 do 2,5 Hz) in
•	torzijska nihanja gredi za povezavo turbine in generatorja (večino-
ma v frekvenčnem območju od 10 do 50 Hz).
Osnovni element za stabilizacijo elektromehanskih nihanj sinhronskih generatorjev v elektroenergetskem sistemu je stabilizator nihanj sinhronskega generatorja, za katerega je uveljavljena angleška kratica PSS (power system stabilizer). PSS na osnovi meritve dostopnih fizikalnih veličin sinhronskega generatorja (rotorske hitrosti, oddane moči) določa stabilizacijski signal, ki ga vodimo na vhodu regulacijskega sistema za regulacijo napetosti (prištevamo k referenčni vrednosti statorske napetosti). PSS tako preko vzbujalnega sistema spreminja vzbujalno napetost generatorja in na ta način ustvari dodatno komponento električnega navora, ki je v fazi s spreminjanjem rotorske hitrosti generatorja. Na ta način PSS »umetno« (preko vodenja) poveča »naravno« dušenje sinhronskega generatorja, ki je posledica tokov v dušilnih navitjih in mehanskega viskoznega trenja. Blokovni diagram regulacijskega sistema za stabilizacijo elektromehanskih nihanj je prikazan na sliki 7.
Stabilizator nihanj sinhronskega generatorja sestavljajo tri komponente:
•	en ali več serijsko vezanih členov za dvig faze z ustreznim ojača-njem, s pomočjo katerih stabilizator kompenzira fazno zakasnitev vzbujalnega sistema. Pomembna je učinkovita kompenzacija predvsem v stabilnostno problematičnem frekvenčnem pasu;
•	nizkozaporni filter, ki služi za izločitev enosmerne komponente
merjenega signala. Nizkozaporni filter daje stabilizatorju diferenci-atorski značaj, kar mu omogoča, da j^ aktiven samo v času nihanj o^. d^ r^^c;|ira samo na spreminjanje merjenega signeila; ^ visol^oz^aporni 1oiiter, l<i službi za du-šefiije sissn^lo\/ x/isok^ih 1^r(^l<\/enc, c^taič^jno	H-\:z. (šum, ■^oa^ij-
^ka nihiianj^^.
Sjtnt)ilizt^tor nihanj sinhronskega generatorja opisuje prenosna funkcija:
Gpss(^) = ^^
U,
T^s-
T4S-
1
PssC-f)
=k
Tis-
1
T2 s +1
T^n

1
T.iS
.STwiS-
1
(5)
Gau (s)
kjer UPPS (s) in VPPS (s^ označujeta vhod in izhiod stabilizzatorja^ /(PPS je njači^-njcc ;;tabilizatccrjcl^ T^, 7j,, T^, 7;, T6,... so r^aov/na koor^^t^nt^ čl^ncc\/ ^a dvrig l'a^e, ■7/wije časovna l<(ons^^ia1: a n ^a|^ccrneg<^ filtra in (^aa ^s) [rirenosnia funkkcijia wisol;c^z£J|:)Cjrnl^ll;|a fil1:ija.
sjintev^a ^1^abiliza1:c3r_jcl nilianj sin^ |-l|)(on^kec;i^ cj^n^ratorma ppredstav/le^ n^j;t:al'r1l^\jne(^5(j1 rec|ula<^i(skc:^ n^loogo ^ okviru )^gulacins|j:ih sistenoov z;^ vocJenj^ sinhjionskihi cieneri^torjev. Določiteve param^ietrov prenosne funkcije stabilizatorja je zaradi ne-linearnosti regulacijskega objekta zelo zahtevna in zamudna. V veliko primerih se sintezi izognejo tako, da uporabijo tovarniško nastavljene parametre stabilizatorja. Ti parametri večinoma ne zagotavljajo
želenega dušenja sinhronskega generatorja, v nekaterih primerih pa sploh nimajo vpliva na dušenje nihanj ge<e)^tcc(ja ali pa dušenje celo ^meanjšajo. Zatoo se v elektroener-getski^m sistemu pocjosto uporabii stabilioatooja izogibb ajo in v obrato-wanju nastala nihanm^ welikok^rrt cio-(Duiščajo. Seveda pa je v parimt^ers, koo so ta nihanja nmpSitudno prevelika ^li sa voo-dijo vn nestabilnost sistema, uporaba stabilizatorja nihanj sinhronskega generatorja neizogibna.
■ 3 Z(3kljii(:el<
^^inl"irotnski g^n^ratonji, ki sinlrnc^nc^ obiiatuječc^ v elektroenergetskem sistfemu, n'lora/c^ d^^lovati v skladu z zahtevami, ki jih postavlja sistemski opoari^ter, ki jimri j^ omo^gočil vkljucsi-tev/v c^n)režae. 2(a izpolr^iVeev pre^dppi-s^nih Tuhteve sinhroijnski genert^tohi :)o1:retjujujo komplekksni regulacij-sk^i ^isstem, kki g^ l^hkko zaeadi v/^čj^ :1j^c|iednc^sti ik encasta\jnejj(^ga jjac:lrtccvanja ih sihtez^ razdelimo v 1isi (helne (^gulacijske sistemre-čiulaci^;ki sistem za reigjalacijoo fre-kkwezrrce in delovne moči, regulacijski sistem za regulacijo napetosti inja|ccve moči in regulacijski sistem za stabilizacijo elektromehanskih nihanj. Prva dva regulacijska sistema sta nujna za izpolnjevanje pogojev sistemskega operaterja. Z regulacijskotehničnega vidika je za načrtovanje in sintezo najtežavnejši tretji regulacijski sistem. Zaradi njegove tehnične zahtevnosti se
upravljavci v elektrarnah velikokrat izognejo njegovi implementaciji, kar ima za posledico slabše dinamične lastnosti agregatov in s tem tudi poslabšanje dušenja in stabilnosti celotnega elektroenergetskega sistema. Načrtovanje, sinteza in realizacija regulacijskih sistemov za stabilizacijo elektromehanskih nihanj so največji izziv strokovnjakom s področja regulacijske tehnike.
Vsi trije regulacijski sistemi so povezani in delujejo soodvisno. Za načrtovanje, sintezo in realizacijo kateregakoli od regulacijskih sistemov sinhronskega generatorja je potrebno podrobno poznavanje vseh treh regulacijskih sistemov. Samo na ta način lahko preprečimo negativen vpliv neprimerno realiziranih sistemov.
Viri
[1]	Andreson, P. M., Fouad, A. A.: Power system control and stability, The Iowa State University Press, Iowa, 1977.
[2]	Bergen, A. R.: Power system analysis, Prentice Hail, New Jersey, 1986.
[3]	Kundur, P.: Power system stability and control, Mc-Graw-Hill Inc., New York, 1994.
[4]	Machowsky, J., Bialek, J. W., Bumby, J. R.: Power system dynamics, stability and control, Wiley, Chicester, 2008.
Control systems for synchronous generators
Abstract: The paper describes the basic operating characteristics of power systems. Comprehensive and systematic presentation is given for control systems of synchronous generators, whose main task is to provide sinusoidal voltage of specified frequency and amplitude in the complete power system.Featured are: the primary and secondary load frequency control, the voltage and reactive power control system and the control system for stabilization of electromechanical oscillations.
Keywords: power system, synchronous generator, load-frequency control, voltage control, power system stabilizer