Устройство для связи двух энергосистем

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ ДВУХ ЭНЕРГОСИСТЕМ, содержащее две асинхронизированные синхронные машины с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам , управляемые преобразователи частоты/ датчик углового положения вала агрегата, датчики частот связываемых энергосистем и регуляторы возбуждения с двумя входами каждый , при этом обмотки возбуждения машин подключены к выходам своих упргшляемых преобразователей частоты , первый вход каждого регулятора возбуждения соединен с выходом датчика частоты своей энергосистемы, а выходы регуляторов связаны с управляющими входами своих преобразователей частоты, отличающее С я тем, что, с целью повышения надежности, бно снабжено блоком формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем , блоком контроля регуляторов возбуждения и четырьмя коммутатора ш , при этом первый и второй входы блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот соединены соответственно с датчиками частот энергосистем, первый вход первого коммутатора соединен с выходом датчика углового положения вала аг . регата, второй - с выходом блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем , управляющий вход первого коммутатора .- с первым выходом .блока контроля регулятора возбуждения, выход вышеуказанного коммутатора - с вторыми входами регуляторов возбуждения , первые выходы которых соединены с .управляемыми .преобразователями частоты соответственно через второй и третий коммутато№1, управт ляющие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока контроля регуляторов возбуждения , вторые выходы регуляторов возбуждения соединены .соответственно с первым и вторым входами блока контроля регуляторов возбуждения, четвертый выход которого подсоединенк управляющему входу четвертого комму татора, соединяющего управляющие входы преобразователей частоты с 05 взаимно обратным чередованием фаз. оо со со 2. Устройство по П.1, о т л ичающееся тем, что блок формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем содержит элемент произведения и два элемента половинной частоты , выходы которых соединены с входами элемента произведения.

C0l03 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 3(5В Н 02 J 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ..

ПО ДЕЛАМ И3ОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬГГИЙ (21) 3436373/24-Oi (22) 14.05.82 (46) 07.10.83. Вюл. Р 37 (72) Р.С.Цгоев, IO.Г.Шакарян и М.Э.Темижев ..(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (53) 621. 316. 728 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 647793, кл. Н 02 У 3/06, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 762087, кл. Н 02 Х 3/06, 1980 ° (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ

ДВУХ ЭНЕРГОСИСТЕМ, содержащее две асинхронизированные синхронные машины с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, управляемые преобразователи частоты, датчик углового положения вала агрегата, датчики частот связываемых энергосистем и регуляторы возбуждения с двумя входами каждый, при этом обмотки возбуждения машин подключены к выходам своих управляемых преобразователей частоты, первый вход каждого регулятора возбужпения соединен с выходом датчика частоты своей энергосистемы, а выходы регуляторов связаны с управляющими входами своих преобразователей частоты, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьиаения надежности, оно снабжено блоком формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, блоком контроля регуляторов возбуждения и четырьмя коммутаторами, при этом первый и второй входы

„„SU „„ 10044ßß 9 А блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот соединены соответственно с датчиками частот энергосистем, первый вход первого коммутатора соединен с выходом датчика углового положения вала агрегата, второй — с выходом блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, управляющий вход первого коммутатора . — с первым выходом .блока контроля регулятора возбуждения, выход вышеуказанного коммутатора — с вторыми входами регуляторов возбуждения, первые выходы которых соеди" нены с управляемыми .преобразователями частоты соответственно через Я второй и третий коммутаторы, управляющие входы которых соединены соответственно с вторым и третьим выхода-. ми блока контроля регуляторов возбуждения, вторые выходы регуляторов возбуждения соединены .соответственно с первым и вторым входами блока контроля регуляторов возбуждения, четвертый выход которого подсоединен к управляющему входу четвертого коммутатора, соединяющего управляющие входы преобразователей частоты с взаимно обратным чередованием фаз .

2. Устройство по п.1, о т л и- ч а ю щ е е с я тем, что блок формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем содержит элемент произведения и два элемента половинной частоты, выходы которых соединены с входами элемента произведения.

1046839

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для связи источников переменного тока.

Известно устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхронизированные синхронные маши- 5 ны с жестко соединенными валами, статорные обмотки каждой из которых подключены к своей энергосистеме, управляемый преобразователь частоты,. регулятор с блоком формирования функ- ð ции регулирования и блоком разноотной частоты, датчики частот обеих энергосистем, причем дат.тик частоты первой энергосистемы соединен с входом блока разностной частоты регулятора, ° а выход регулятора подключен к входу преобразователя частоты, при этом в качестве датчиков частоты использованы датчики половинной частоты, роторные обмотки машин соединены между собой с противоположныМ чередованием фаэ, к обцим точкам соединения этих обмоток подключены выходы управляемого преобразователя частоты, а выход датчика частоты второй энергосистемы соедииен с входом блока фор- 25 мирования функции регулирования регулятора Г1 ).

Данное устройство обеспечивает независимое регулирование частот связываемых энергосистем. Однако в 30 силу невозможности разделения каналов управления регулирование активных мощностей машин, а также напряжений (реактивных мощностей ) машин может осуществляться лишь связно.35

По этой причине оно .не может обеспечить локализацию возмущений в пределах одной энергосистемы. Поэтому, несмотря на то, что устройство позволяет обойтись одним управляемым преобразователем частоты, одним комплек40 том контактных колец и одним регулятором, его применение ограничено. Кроме того, при выходе из строя одного из указанных элементов необходимо устройство отключать ат связываемых 45 энергосистем, что,ведет к нарушению передачи заданного потока активной мощности

Наиболее близким к предлагаемому 50 является устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхронизированные синхронныемашины,с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, управляемые преобразователи частоты, измеритель скорости вращения вала, датчики частоты и напряжения на шинах связывае" мых энергосистем, датчик активной моцности межсистемной связи и регуляторы возбуждения, входы одного иэ которых подсоединены к датчикам частоты и напряжения, к измерителю скорости вращения вала и к датчику активной мощности, входы другого 65 подсоединены к датчикам частоты и напряжения и к измерителю скорости вращения вала, а выход регуляторов возбуждения подсоединен к управляемому преобразователю частоты каждой из машин. При этом каналы управления четырьмя параметрами режима устройства (активной мощностью, скоростью вращения вала агрегата и напряжениями двух машин ) содержат пропорциональнб-интегрально-дифференциаль ные, (ПИД регуляторы Г2 1.

Известное устройство обеспечивает независимое регулирование частот связываемых энергосистем. Кроме того, благодаря наличию двух регуляторов возбуждения с ПИД регуляторами и двух управляемых преобразователей частоты, удается осуцествить разделение каналов управления обеих машин, т.е. независимое регулирование.потока активной моцности через устройство, скорость вращения вала агрегата и напряжений на щинах машин.

Указанное устройство обладает тем недостатком, что при выходе иэ строя одного из регуляторов во избежание дальнейшего развития аварии соответствуюцую машину агрегата необходимо отключать от эиер госистемы. Например, если отказал блок питания, управляющий сигнал на выходе регулятора нулевой, поэтому обмотки возбуждения через управ- . ляемый преобразователь частогы окажутся в короткозамкнутом режиме.

Но на этот режим асинхронизированная синхронная машина не расчитана по условиям нагрева и электродинамической устойчивости.. При этом другая электрическая машина переводится в режим асинхронизированного синхронного компенсатора. Все это приво-. дит к невозможности передачи активной моцности из одной энергосистемы в другую.

Цель изобретения — повышение надежности устройства.

Поставленная .цель достигается, тем, что устройство для связи двух . энергосистем, содержацее две асинхронизированные синхронные машины с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, управляемые преобразователи частоты, датчик углового положения вала агрегата, датчики частот связываемых энергосистем и регуляторы возбуждения с двумя входами каждый., при это,м обмотки возбуждения машин подключе.ны к выходам своих управляемых прео бразователей частоты, первый вход каждого регулятора возбуждения соединен с выходом датчика частоты своей энергосистемы, а выходы регуляторов связаны с управляюцими входами своих преобразователей частоты, снабжено

1046839

fG чены к датчикам 12 и 13 частоты энергосистем 1 и 2. Управляющий вход коммутатора 14 соединен с первым выходом блока 17 контроля регуляторов возбуждения, второй и третий выходы которого соединены соответственно с управляющими входами ком- . мутаторов 9:и 10, а четвертый выход подсоединен к управляющему входу коммутатора 11. Первый и второй входы

20 блока 17 контроля регуляторов возбуждения подключены соответственно к вторым выходам регуляторов 7 и 8 возбуждения.

Предлагаемое устройство работает

25 следующим образом.

В нормальном режиме, когда регу-! ляторы 7 и 8 исправны, блок 17 контроля регуляторов возбуждения на выходах вырабатывает такие сигналы, что

$9 коммутатор 14 подключает к вторым вхо,дам регуляторов 7 и 8 выход датчика .15 углового положения вала агрегата, а выход блока 16 .формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем отключен, р- коммутаторы 9 и 10 включены, а коммутатор 11 отключен. При этом все ре- . жимы устройства для связи двух энергосистем аналогичны режимам устройст- ва-прототипа, т.е. обеспечивается независимое регулирование парамет рами режима: активной мощностью устройства, скоростью вращения вала агрегата и напряжениями машин. Уп-. равляющие сигналы на выходах регу45 ляторов 7 и 8 возбуждения по сигна.лам датчика 9 углового положения. вала агрегата и датчиков 12 и 13 частоты энергосистем 1 -и 2 имеют частоту О ™а ™С1 (1)

12= щЯ С1 (2) где Мй — частота вращения вала; щ ис„,м — частоты связываемых энергосистем, (м„,ы„ — частоты скольжения асинхЕ1 Е ронизированных синхронных машин относительно своих

66 энергосистем.

При выходе из строя какого-либо регулятора (7 или 8 ) возбуждения. с его второго выхода поступает сигнал на блок 17 контроля регуляторов возбуждения. С первого выхода

6 блока 17 контроля регуляторов возбуж. блоком формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, блоком контроля регуляторов возбуждения и четырьмя коммутаторами, при этом первый и второй входы блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот соединены соответственно с датчиками частот энергосистем, первый вход первого коммутатора соединен с выходом датчика углового положения вала агрегата, второй — с выходом блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, управляющий вход первого коммутатора — с пер вым выходом блока контроля регулятора возбуждения, выход вышеуказанного коммутатора — .с вторыми входами регуляторов возбуждения, первые выходы которых соединены с управляемыми преобразователями частоты соот-. ветственно через второй и третий коммутаторы, управляющие входы кото. рых соединены соответственно с вторым и третьим выходами блока контроля регуляторов возбуждения, вто-рые выходы регуляторов возбуждения соединены соответственно с первым и вторым. входами блока контроля регуляторов возбуждения, четвертый выход которого подсоединен к управляющему входу четвертого коммутатора, соединяющего фрравляющие входы пре .образователей частоты и обеспечивающего взаимно обратное чередование фаз обмоток возбуждения машин.

Кроме того, блок формирования га монических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем содержит элемент произведения и два элемента половинной частоты, выходы ко-. . торых соединены с входами элемента произведения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства> на фиг.2— обобщенная схема блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем; на фиг.3 — пример выполнения блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот при двухфазных обмотках возбуждения машин. 56

Устройство для связи двух энерго- . систем 1 и 2 состоит из двух асинхронизированнМх синхронных машин 3 и 4 с жестко соединенными валами, обмотки роторов машин 3 и 4 через управ.ляемые преобразователи 5 и 6 частоты.соединены с источниками возбуждения, например, со статорными цепями асинхронизированных синхронных машин 3 и 4.

Управляющие входы преобразователей 5 и 6 частоты соединены с выхо.дами регуляторов 7 и 8 возбуждения через коммутаторы 9 и 10 соответствен но, а также между аобой с взаимно обратным чередованием фаз через хоммутатор 11. Первые входы регуляторов

7 и 8 возбуждения соединены с датчиками 12 и 13 частоты соответствующих энергосистем 1 и 2, а вторые входы подключены к выходу коммутатора 14.

Первый вход коммутатора 14 подклкчен к датчику 15 углового положения вала агрегата, .второй вход — к выходу блока 16 формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, входы которого подклю1046839 дения подается сигнал на управляющий вход коммутатора 14. При этом ком,мутатор 14 отключает выход датчика 15 углового положения вала агрегата и подключает выход блока 16 формиронания гармонических сигналов 5 полусуммы частот связываемых энергое систем к вторым входам регуляторов

7 и 8 возбуждения. С второго или третьего выхода блока 17 контроля регуляторон возбуждения (н зависимости 10 от того, какой регулятор неисправен ), поступает сигнал на управляющий вход коммутатора 9 или 10 на отключение неисправного регулятора 7 или 8 от .входа управляемого преобразователя 5 или б частоты соответственно.

Сигнал с четвертого выхода блока 17 включает коммутатор 11. Тем самым происходит объединение управляющих цепей преобразователей 5 и б частоты с взаимно обратным чередованием фаз, т.е. сигнал с выхода исправного регулятора поступает на оба управляемых преобразователя частоты 5 и 6.

Блок 14 контроля регуляторов возбуждения распознает нормальные режимы от аварийных, т.е. производит диагностику регуляторов.

Например, нормальный режим определяет о. по наличию нормальных уровней напряжений на выходах блока пита- 30 ния регулятора и по симметрии выходных гармонических сигналов регуляторов. Симметрия. может быть оценена простым суммированием гармонических сигналов трех фаз выхода — суммарный 35 сигнал должен быть нулевым. Если машины имеют двухфазные обмотки, то для контроля симметрии управляющие сигналы преобразуются н 3-фазный сигнал и т.д. 40

В блок 17 контроля регуляторов могут быть заложены различные принципы диагностики.

Блок 16 формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем содержит два элемента 18 и 19 половинной частоты энергосистем, которые могут быть вьптолнены, например, как в (1 ), и элемент 20 произведения (фиг.2 ). На входы элементов 18 и 19 половинной 50 частоты поступают с выходов датчиков 12 и 13 частот энергосистем rap1 с 6 1 t:,— монические сигналы е С1 и е С2 выходов элементов 18 и 19 гармоничес- 55 с1 . С2

1 — 6 . 1 6 кие сигналы е г, и з 2 поступают на входы элемента 20 произведения, с выхода которого гармонические сигнаш щсг

С1 лы 1 г поступают через коммуе

На фиг.3 в качестве примера приведена схема блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот сня з ываемых э не рго си стем при двух фа зных машинах. При этом применены перемножители 21-24 и сумматоры. 25 и 26, перемножающие и складывающие тригонометрические функции.

Из изложенного следует, что в ава рийной ситуации при выходе из строя одного из регуляторов предлагаемое устройстно позволяет без переделок исправного регулятора возбуждения перейти на управление от него обеими машинами ° При этом используется соединение управляющих входов преобразователей частоты с взимно обратным чередованием фаз.

Таким образом, предлагаемое устройство повышает надежность энергоснабжения потребителей по сравнению с прототипом за счет сохранения устройства в работе прИ выходе .из строя регулятора одной из машщн агрегата.. По сравнению с применякнщимся в .настоящее время устройством для связи .энергосистем.на основе вставки постоянного тока ВПТ предтатор 14 на вторые входы регуляторов 7 и 8 (они в регуляторы 7 и 8 подаются вместо гармонических сигналове R от датчика 1 5 углового поло1 жения нала агрегата ). Пусть, например, неисправен регулятор 7. Тогда на входы регулятора 8 возбуждения поступают гармонические. сигналы

3тт блока 16 иа1 От от датчика 13. Аргументы этих гармонических сигналов в регуляторе 8 возбуждения вычитаются и на выходе получают гармонические сигналы управления частоты скольжения машин 4: с4 с2 с1- сг

2 1 С2 е =е е =e

С1 сг (Э) т. е. Ш г-- — —, — частота скольжения

2 машин 4 равна полуразности частот связываемых энергосистем. Но так как управляющие входы преобразователей 5 и б частоты через коммутатор 11 соединены с взаимно обратным чередованием фаз, то для машины 3 получают с1 сг ш т ->w з =е =е 2 2 (4) Из (3-4 ) следует, что частоты скольжения машин 3 и 4 равны по величине полуразности частот связываемых энергосистем, но имеют противоположные направления вращения. Это обеспечивает условие связи двух энерго систем с различающимися частотами: с1 сг„

ui +(w P(u,-ш г=2и =2 2 с с2 W

1046839

gg Иу лагаемое устройство является более дешевым и имеет более высокий КПН, что обусловлено использованием асинхройизированных синхронных машин агрегата для развязки энергосистем по .частоте и в качестве источников 5 реактивной мощности одновременно.

Ориентировочно экономический эффект оТ внедрения одного устройства для связи энергосистем .на базе асинхронизированного синхронного электромеханического преобразователя частоты на передаваемую мощность в

200 ИВт по сравнению с ВПТ на такую мощность составляет 3 мпн.

Р руб.

1046839

cos а+а и

Редактор Н.Кешеля

Составитель M.Ïîëÿêîâ

Техред И.Метелева

Корректор, Ференц, Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7745/52, ф Тираж 617

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ..по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5