Устройство для связи двух энергосистем

 

Изобретение относится к электротехник е. Цель изобретения - повышение надежности электроснабжения потребителей при длительной повьшейной разности частот объединяемых энергосистем . Устройство содержит два электромеханических преобразователя частоты, каждый из которых включает в себя асинхронизированную синхронную машину 1 (9) и синхронную машину 2 (Ю). При разности между частотами объединяемых энергосистем ниже предельной величины указанные преобразователи включены параллельно; При достижении Энермсистена S, озд, и разностью частот предельной величины срабатывает исполнительный элемент блока 14 уровня напряжения возбуждения машины 9. При дальнейшем увеличении скольжения между частотами объединяемых энергосистем резерв по амплитудному значению напряжения возбуждения асинхронизированных машин будет исчерпан. Сигнал с выхода блока скольжения 24 будет превьш1ать сигнал , пропорциональный предельному значению скольжения З цр . Срабатьшают пороговый элемент 25 и релейный элемент 26. Асинхронизированная синхронная машина переводится в режим глубокого недовозбуждения, что приводит к перегрузке машины по токам статора и ротора. П1зи превьш1ении времени перегрузки отключаются выключатели 17 и 19 и включается выключатель 18. Электромеханические преобразователи частоты переключаются с параллельного соединения на последовательное. При последовательном соединении можно допустить длительную работу устройства с увеличенным в сравнении с расчетным значением скольжения, между частотами энергосистем. 5 ил. оу fzsH О) i4iik 1C 4: Ч 00

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1427478 А1 др 4 H 02 J 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРИЧНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4153399/24-07 (22) 28.11.86 (46) 30.09.88, Бюл. 9 36 (71) Белорусский политехнический институт (72) Е.В. Калентионок и Г.Е. Поспелов (53) 62).3)6.728(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 445962, кл. Н 02 J 3/06, 1974.

Авторское свидетельство СССР

У 817854, кл. Н 02 J 3/06,,1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ ДВУХ 3НЕРГОСИСТЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение надежности электроснабжения потребителей при длительной повышенной разности частот объединяемых энергосистем. Устройство содержит два электромеханических преобразователя частоты, каждый из которых включает в себя асинхронизированную синхронную машину

1 (9) и синхронную машину 2 (10).

При разности между частотами объединяемых энергосистем ниже предельной величины указанные преобразователи включены параллельно. При достижении разностью частот предельной величины срабатывает исполнительный элемент блока 14 уровня напряжения возбуждения машины 9. При дальнейшем увеличении скольжения между частотами объединяемых энергосистем резерв по амплитудному значению напряжения возбуждения асинхронизированных машин будет исчерпан. Сигнал с выхода блока скольжения 24 будет превышать сигнал, пропорциональный предельному значению скольжения ))„р. Срабатывают . пороговый элемент 25 и релейный элемент 26. Асинхронизированная синхронная машина переводится в режим глубокого недовозбуждения, что приводит к перегрузке машины по токам статора и ротора. При превышении времени перегрузки отключаются выключатели 17 и

19 и включается выключатель 18. Электромеханические преобразователи частоты переключаются с параллельного соединения на последовательное. При последовательном соединении можнодопустить длительную работу устройства с увеличенным в сравнении с расчетным значением скольжения. между частотами энергосистем. 5 ил.

1427478

Изобретение относит< я к электроэнергетике, а именно к устройствам для объединения энергосистем переменного тока.

Цель изобретения — повышение надежности электроснабжения потребите. лей при длительной повышенной разнос1 ти между частотами объединяемых энергосистем. !О

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2, 3 фрагменты структурной схемы управления выключателями устройства по режимным параметрам одного электромеха- !5 нического преобразователя; на фиг.4, 5 — фрагменты структурных схем регуляторов асинхронизированных синхронных машин.

Устройство состоит из первого 20 электромеханического преобразователя частоты, выполненого в виде асинхронной синхронной машины (ACM) 1, синхронной машины (СМ) 2, преобразователя 3 частоты (ПЧ), системы возбуждения АСМ 1, трансформатора 4 питания

ПЧ 3, регулятора 5 ACM 1, блока 6 уровня напряжения возбуждения ACM 1, датчика 7 углового положения и скорости вращения ротора машин первого электромеханического преобразователя и датчика 8 вектора напряжения энергосистемы I, второго электромеханического преобразователя частоты, содержащего ACM 9, CM 10, ПЧ 11, тран- 35 сформатор 12 питания ПЧ 11, регулятор

13 ACM 9, блок 14 уровня напряжения возбуждения АСМ 9, датчик 15 углового положения и скорости вращения ротора машин второго электромеханического40 преобразователя и датчик 16 вектора напряжения энергосистемы II, выключателей 17-19, датчика 20 тока ротора и датчика 21 тока статора ACM 9, датчика 22 тока ротора и датчика 23 тока45 статора ACM 1, блока 24 скольжения, порогового элемента 25, релейных элементов 26 и 27, реле 28 и 29 времени, логической схемы ИЛИ 30, замыкающих контактов 31 исполнительного эле-5 мента блока 14, замыкающих контактов

32 релейного элемента 26, замыкающих контактов 33-36 и размыкающих контактов 37 релейного элемента 27, сумматора 38, датчика 39 и датчика 40 активной мощности АСМ 9, канала 41 управления активной мощностью АСМ 1 и

9, канала 42 управления скоростью вращения в» IB ACM 9, датчика 43 и задатчика 44 активной мощности ACM 1, датчиков 45 и 46 частоты энергосистем T. u

Статорные обмотки АСМ 1 присоединены к энергосистеме I, а обмотки статора АСМ 9 — к энергосистеме IT.

Обмотки статора СМ 2 через нормально включенный выключатель 17 подключены к энергосистеме II, а статорные обмотки CM !О через выключатель 19 присоединены к энеросистеме Е. К обмоткам ротора ACM 1 подводится напряжение возбуждения требуемой частоты и амплитуды от ПЧ 3, управление которым осуществляется от регулятора 5. Выход датчика 7 углового положения и скорости вращения общего вала машин ACM

1 и СМ 2 и выход датчика 8 напряжения, выходы датчика 43 и датчика 44 активной мощности соединены с входами регулятора 5. Вход блока 6 уровня напряжения возбуждения подключен к обмоткам возбуждения АСМ I. К обмоткам ротора АСМ Э.подводится напряжение возбуждения от ПЧ 11, питание которого осуществляется от трансформатора

12, подключенного к энергосистеме II.

Управление работой ПЧ Il осуществляется с помощью регулятора 13. Вход блока 14 уровня напряжения возбуждения подключен к обмотке возбуждения

АСМ 9. Выходы датчиков 15, 16 и 40, задатчика 39 активной мощности и арифметического блока 38 подключены к входам регулятора 13.

Системы регулирования CM ? и СМ 10 не показаны. Статорные обмотки СМ 2 и

ACM 10 соединены через замыкающий выключатель 18. Входы блока 24 скольжения подключены к измерительным напряжениям связываемых энергосистем I и II. Последовательно соединенные релейный элемент 26 и пороговый элемент

25 подключены к выходу блока 24. На второй вход порогового элемента 25 подается сигнал, пропорциональный допустимой разности частот связываемых энергосистем I u II (1э р ) по условию работы преобразователей.

Выходы датчиков 20 и 21 тока (фиг. 2 и 3) подключены к входам реле 28 и 29 с зависимой от тока выдержкой времени. Через замыкающие контакты реле 28 и 29, включенные по схеме ИЛИ, и последовательно соединенные замыкающие контакты 31 и 32 подается сигнал на релейный элемент

27. Контакты 28 и 29 и 30 релейного! 427478 элемент» 27 подают сигналы на блоки управления выключателями !7-19.

К входу канала 41 управления активной мощностью АСМ 9 регулятора 13 (фиг. 4) подключены выходы датчика 40 и задатчика 39 активной мощности через размыкающие контакты 37 релейного элемента 27. Сумматор 38 и датчик

15 через замыкающие контакты 36 ре — !p лейного элемента 27 подключены к входу канала 42 управления скоростью вращения вала машин второго преобразо- . вателя. К входам датчика 40 подаются сигналы от датчиков тока и напряже- !5 ния статора АСМ 9.

К входу канала 41 управления активной мощностью АСМ 1 регулятора 5 (фиг.5) подключены выходы датчика 43 и задатчика 44 активной мощности. К 2р входам датчика 40 подаются сигналы от датчиков тока и напряжения статора АСМ 1.

Устройство работает следующим образом. 25

Пока разность между частотами объединяемых энергосистем не достигла. предельной величины (например,1,5 Гц) и напряжения возбуждения ротора АСМ

1 и ACM 9 не достигли своих потолоч- 30 ных значений устройство работает в номинальном режиме, когда связь между энергосистемами и II осуществляется через два электромеханических преобразователя, работающих параллельно. Угловая скорость вращения вала „/„ преобразователя определяется угловой скоростью вектора напряжения статора м синхронных машин (например, для второго преобразователя кр =М, 40 для первого и = 4). Величины <1 и

Угловая скорость вектора напряжения в роторе ы формируется преобразова- 45 телем частоты, управляемым регулято— ром АСМ, в виде разности частот электрической системы и частоты вращения ротора: для АСМ 1 ф =) -+g,, 50 для ACM 2 1т= 4,. (!)

Для формирования управляющих сигналов по частоте выходного напряжения преобразователей в регулятор 5 поступают сигналы с датчиков 7 и 8, а в регулятор 13 — с датчиков 15 и 16.

Таким образом обеспечивается установившийся режим по частоте электромеханических преобразователей. Управляя преобразователями, можно обеспечить регулирование напряжения или реактивной мощности, разности частот связываемых энергосистем или перетока мощности между ними. Подавая, например, на вход канала 41 регулятора 13 (фиг. 4) сигналы от датчика 39 о действительной величине активной мощности ACM 9 и сигнал от задатчика 40 на требуемую величину активной мощности через замкнутый контакт 37 в нормальном режиме, регулятор 13 по каналу 41, обеспечивает поддержание заданного перетока мощности через второй преобразователь. Если на вход канала 41 регулятора 5 подавать совместный сигнал от датчика 43 и задатчика 44 (фиг. 5), то это позволит регуляторам 5 и 13 управлять перето-. ком мощности между связываемыми энергосистемами Х и II в соответствии с выбранными заданиями задатчиков 39 и

44 активной мощности. Таким образом, в нормальном режиме при параллельной работе обоих электромеханиаеских преобразователей частоты управления

АСМ 1 и АСМ 9 осуществляется по величине активной мощности машин, что обеспечивает поддержание заданного перетока мощности через преобразова- тели, а следовательно, и между объединяемыми энергосистемами. Дополнительно АСМ, как и СМ, могут осуществлять, например, управление по уровню напряжения на выводах машин.

Для обеспечения устойчивой и надежной работы преобразователей в установившемся режиме необходимо выполнение условия (>-,- -.) < >) ., (2) где — предельное значение "скольжения" ротора АСМ, определяемое конструкцией и режимными параметрами машины.

При достижении разности частот объединяемых энергосистем предельно допустимой величины, когда и); — и ;, =

= M) p, напряжение возбуждения ACM (например, ACM 9) увеличивается до своего потолочного значения, что приводит к срабатыванию исполнительного элемента блока 14 и замыкание контактов 31. При дальнейшем увеличении скольжения между частотами объединяемых энергосистем резерв по амплитудному значению напряжения возбуждения асинхронизированных синхронных машин будет исчерпан. Так как сигнал с вы1427478 хода блока 24 превышает сигнал, пропорциональный и)(„„, поступающий на второй вход порогового элемента 25, то релейный элемент 26 срабатывает и замыкает свои контакты 32 в цепи управления релейным элементом 27. Для обеспечения заданного перетока активной мощности через устройство в энергосистему при невыполнении условия (2)1p . АСИ переводится в режим глубокого недовозбуждения со значительным по треблением реактивной мощности. При этом происходит перегрузка обмоток статора и ротора по току. На входы 15 реле 28 и 29 времени поступают сигналы, пропорциональные величинам перегрузки статора и ротора ACM 9, что приводит к их запуску в соответствии с характеристиками срабатывания. При 2р повышении допустимого времени перегрузки статора или ротора АСМ по току реле 28 и 29 срабатывают и своими контактами через замкнутые контакты

31 и 32 подают управляющий сигнал 25 на срабатывание релейного элемента 27.

При этом через замкнутые контакты 3335 будут поданы управляющие сигналы иа отключение выключателей 17 и 19 и включение с соблюдением условий 30 синхронизации выключателя 18. Этим переключением схемы устройства происходит изменение режима работы электромеханических преобразователей частоты с параллельного на последовательное, когда можно допустить длительную работу устройства в режиме гибкой связи с удвоением против расчетного значения скольжения между частотами энергосистем. С изменением схемы сое- 4р динения преобразователей управляющие контакты релейного элемента 27 могут производить необходимые изменения в законах управления регуляторов 5 и

13. Например, размыкая контакты 37, 48 отключить канал управления активной мощностью АСЯ 9 и через замыкающие контакты 36 на вход канала 42 управления скоростью вращения вала подать сигналы от датчика 15 и сумматора 38, 5О на входе которого имеется сигнал, равный 0,5 (R; +и4), тем самым ACM 9 переводится из режима управления перетоком мощности в режим управления скоростью вращения вала ротора второго преобразователя, Закон управления ACM 1 первого преобразователя может остаться при этом без изменений с необходимой в таких случаях коррекцией сигналов, поступающих с эадатчика перетока активной мощности.

Это позволяет передавать в дефицитную энергосистему с длительным понижением.частоты (например, до 4748 Гц) мощность, равную номинальной электромеханического преобразователя частоты, вместо потери связи с энергообъединением по истечении времени допустимой перегрузки по току АСМ.

Формула изобретения

Устройство для связи двух энергосистем, содержащее электромеханический преобразователь частоты, выполненный в виде двух машин переменного тока с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к связываемым энергосистемам, причем по крайней мере одна из машин является асинхронизированной синхронной, управляемого преобразователя частоты для питания обмоток возбуждения, регулятора с каналами управления активной мощностью и скоростью вращения вала, блока уровня напряжения возбуждения, подключенного к входу обмоток возбуждения асинхронизированной майины, исполнительного элемента блока уровня напряжения возбуждения с замыкающими контактами, датчика углового положения и скорости вращения ротора, причем последовательно соединенные регулятор и управляемый преобразователь частоты подключены к входу обмоток возбуждения асинхронизированной синхронной маши- ны датчиков частоты на шинах связываемых энергосистем и блока скольжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности электроснабжения потребителей при длительной повышенной разности между частотами объединяемых энергосистем, оно снабжено вторым электромеханическим преобразователем частоты, тре= мя выключателями с блоками управления, датчиками тока статора и ротора асинхронизированных синхронных машин, пороговым элементом, двумя датчиками и задатчиками перетока активной мощности через электромеханические преобразователи, сумматором, двумя релейными элементами и реле времени, причем один выключатель присоединен к статорным обмоткам машин преобразователей, которые подключены к различным энергосистемам через выключатели, Ошкл. 17

Отел. 19

Вхп. М ие. 4

Составитель M. Поляков

Редактор А. Лежнина Техред П.Олийнык Корректор Г. Решетник

Заказ 4860/51

Тираж 651 Подписное

В1!ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 а датчики т >к;. ер» з реле времени присоединены к входу дополнительно введенной логической схемы И!1И, выход которой через последовательно соеди5 ненные замыкающие контакты исполнительного элемента блока уровня напряжения возбуждения и первого релейного элемента подключен к входу BToporo релейного элемента, три замыкающих контакта которого подключены к блокам управления выключателями, выходы датчиков частоты присоединены к входам сумматора и блока скольжения, к входу которого подключены последовательно соединенные пороговый элемент и первый релейньп» элемент блока скольжения, к входу канала управления активной мощностью одного иэ регуляторов подключены датчик и задатчик перетока активной мощности через соответствующий электромеханический преобразователь частоты, вторые задатчик и датчик перетока активной мощности через размыкающий контакт второго релейного элемента подключены к входу канала управления активной мощностью другого регулятора, к входу канала управления скоростью вращения вала которого через четвертый замыкающий контакт второго релейного элемента подключены датчик углового положения и скорости вращения ротора и сумматор.