Устройство для связи двух энергосистем (его варианты)

 

1. Устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхронные синхронные машины с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, а роторные обмотки каждой машины через управляемый преобразователь частоты подключены к выходу своего регулятора, содержащего пять входов, первый и второй из которых соответственно являются входами канала регулирования напряжения и канала регулирования электромагнитного момента на валу, третий вход соединен с датчиком углового положения и частоты вращения вала, четвертый вход - с датчиком тока обмотки ротора, а пятый вход соединен с датчиком частоты своей энергосистемы, при этом входы указанных каналов обоих регуляторов через свой суммирующий элемент соединены с выходами соответствующих задатчиков сигнала управления и усиливающего , дифференцирующего и интегрирующего элементов, входы усиливающих , дифференцирующих,и интегрирующих элементов каналов регулирования напряжения обоих регуляторов соединены со своими задатчиками уставки напряжения и датчиками напряжения, входы усил11вающего, дифференцирующего и интегрирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента первого регулятора соединены с датчиками частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения и частоты вращения вала машин, выход блока Управления соединен с четвертым входом по крайней мере одного из интегрирующих элементов каналов регулирования электромагнитного момента, при этом блок управления содержит два задатчика уровня, два сумматора, два диода и один усилитель, вход блока управления соединен с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с задатчиками уровня, а выходы через диоды соединены с вхо-. дами усилителя, выход которого образует выход блока управления, отличающееся тем, что, с целью, повышения устойчивости, входы усиливающего , дифференцирующего и интегрирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента второго регулятора соединены с датчиками частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения и частоты вращения вала, вход блока управления соединен с выходом дифференцирующего элемента канала регулирования электромагнитного момента одного из регуляторов , а задатчик уровня блока управления вьшолнен как задатчик уровня производной скольжения, 2. Устройство для связи двух энергосистем , содержащее две асинхронизированные синхронные машины с жестко fi (Л с 4i bo Oi

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4Н 02 J 3 06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3763714/24-07 (22) 13.07.84 (46) 15.10.88, Бюл. 11 - 38 (75) Р.С.Цгоев (53) 621.316.328(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 502445, кл. Н 02 J 3/06, 1974.

Авторское свидетельство СССР

11 762087, кл. Н 02 J 3/06, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 1142874, кл. Н 02 J 3/06, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ ДВУХ 3НЕРГОСИСТЕМ (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) 1. Устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхронные синхронные машины с жестка соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим эиергосистемам, а роторные обмотки каждой машины через управляемый преобразователь частоты подключены к выходу своего регулятора, содержащего пять входов, первый и второй из которых соответственно являются входами канала регулирования напряжения и канала регулирования электромагнитного момента на валу, третий вход соединен с датчиком углового положения и частоты вращения вала, четвертый вход — с датчиком тока обмотки ротора, а пятый вход соединен с датчиком частоты своей энергосистемы, при этом входы указанных каналов обоих регуляторов через свой суммирующий элемент соединены с выходами соответствующих задатчиков сигнала управления и усиливающего, дифференцирующего и интегрирующего элементов, входы усиливающих, дифференцирующих и интегрирующих элементов каналов регулирования нап° з" » нлйй А1 ряжения обоих регуляторов соединены со своими задатчиками уставки напряжения и датчик ами напряжения, входы усиливающего, дифференцирующего и интегрирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента первого регулятора соединены с датчиками частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения и частоты вращения вала машин, выход блока управления соединен с четвертым входом по крайней мере одного из интегрирующих элементов каналов регулирования электромагнитного момента, при этом блок управления содержит два задатчика уровня, два сумматора, два диода и один усилитель, вход блока управления соединен с первыми входами сумматоров, вторые входы которых соединены с задатчиками уровня, а выходы через диоды соединены с вхо- . дами усилителя, выход которого образует выход блока управления, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения устойчивости, входы усиливающего, дифференцирующега и интегрирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента второго регулятора соединены с датчиками частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения и частоты вращения вала, вход блока управления соединен с выходом дифференцирующего элемента канала регулирования электромагнитного момента одного из регулятаров, а задатчик уровня блока управления выполнен как задатчик уровня производной скольжения.

2. Устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхрониэированные синхронные машины с жестко

l 431005 с оединенными валами, с та торные обмо тки которых подключены к соответствующим энергосистемам, а роторные обмотки каждой машины через управляемый преобразователь частоты подключен к выходу своего регулятора, содержащего пять входов, первый и второй из которых соответственно является входами канала регулирования напряжения и канала регулирования электромагнитного момента на валу, третий вход соединен с датчиком углового положения и частоты вращения вала, четвертый вход — с датчиками тока обмотки ротора, а пятый вход соединен с датчиком частоты своей энергосистемы, при этом входы указанных каналов обоих регуляторов через свой суммирующий элемент соединены с выходами соответствующих задатчиков сигнала управления и усиливающего, дифференцирующего и интегрирующего элементов, входы усиливающих, дифференцирующих и интегрирующих элементов каналов регулирования напряжения обоих регуляторов соединены со своими задатчиками уставки напряжения и датчиками напряжения„ входы усиливающего, дифференцирующего и интегрирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента первоИзобретение относится к электротехнике, в частности, к передаче электрической энергии по линиям переменного тока, более конкретно к электромеханическим преобразователям частоты для гибкой связи энергосистем с различающимися частотами. . Цель изобретения — повышение устойчивости энергообъединения двух энергос ис тем.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема регулятора; на фиг, 3 — схема преобразователя координат на фиг 4—

9 15 схема датчика углового положения и частота вращения вала; на фиг, 5— схема блока управления; на фиг. 6— вариант схемы предлагаемого устройс тва. го регулятора соединены с датчиком частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения и частоты вращения вала машины, выход блока управления соединен с четвертым входом интегрирующего элемента канала регулирования электромагнитного момента первого регулятора

1 при этом блок управления содержит два задатчика уровня, два сумматора, два диода и один усилитель, выход блока управления соединен с первыми входами сумматоров, в торые входы которых соединены с задатчиками уровня, а выходы через диоды соединены с входами усилителя, выход которого образует выход блока управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения устойчивости, входы суммирующего элемента канала регулирования электромагнитного момента второго регулятора соединены с выходами усиливающего, дифференцирующего и интегрирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента первого регулятора, вход блока управления соединен с выходом последнего дифференцирующего элемента, а задатчик уровня блока управления выполнен как задатчик уровня производной скольжения.

Устройство для связи энергосистем

1 и 2 состоит из асинхронизированньтх синхронных машин 3 и 4 с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, а роторные обмотки через управляемые преобразователи частоты 5 и 6 подключены к выходам соответственно регуляторов 7 и 8.

Первый и второй выходы регуляторов

7 и 8 являются входами канала регулирования напряжения и канала регулирования электромагнитного момента на валу и соответственно через суммирующие элементы 9, 10 и 11, 12 соединены со своими задатчиками 13, 14 и !

5 сигнала управления и соответственно с усиливающими элементами 16, 17 и 18, !9 дифференцирующими элемента1431005 ми 20, 21:: 22, 23, интегрирующими элементами 24, 25 и 26, 27. Задатчик

15 выполнен с основным и дополнительным инвертирующим выходами. При этом основной выход соединен с входом сум5 мирующего элемента 12, а дополнительный инвертирующий выход — с входом суммирующего элемента 1,0. На фиг. 1 дополнительный инвертирующий выход задатчика 15 показан условно в виде инвертора. Выходы усиливающих 16 и

18, дифференцирующих 20 и 22, интег" рирующих 24 и 26 элементов первых входов регуляторов 7 и 8 соединены соответственно со своими задатчиками

28 и 29 уставки напряжения и датчиками 30 и 31 напряжения шин, Входы усиливающих 17 и 19, дифференцирующих 21 и 23 и интегрирующих 25 и 27 20 элементов вторых входов регуляторов

7 и 8 соединены с датчиками 32 и 33 частот объединяемых энергосистем 1 и

2 и с датчиком 34 углового положения и частоты вращения вала машин 3 и 4.

Вход блока 35 управления соединен с выходом дифференцирующего элемента

23, а выход соединен с дополнительными вхсдами интегрирующих элементов

25 и 27. 30

Третьи входы регуляторов 7 и 8 соединены с датчиком 34 углового положения и частоты вращения вала, а четвертые входы — с датчиками 36 и 37 токов роторов соответственно машин 4 и 3, а пятые входы — с датчиками частот 32 и 33 энергосистем

1,2.

На фиг, 2,3,4 и 5 приведены примеры выполнения известных элементов устройства. На фиг. 2 показана схема регулятора 7 (или 8), который содержит блоки 38 и 39 преобразования координат. Гармонические сигналы управления частоты скольжения машины, получаемые на выходе блока 39, совмест45 но с сигналом обратной связи по току ротора (от датчика 36) поступают на вход усилителя 40, на выход которого формируется сигнал напряжения возбуждения.

Выполнение блоков 38 и 39 преобразования координат одинаково. (фиг. 3) .

Они содержат блоки 41-44 произведения и сумматоры 45-46. Связи между элементами и функциональное назначение этих элементов очевидны из приведенных схем. На фиг. 4 показана схема, датчика 34 углового положения и частоты вращения вала, содержащего синхронный тахогенератор 47, выводы которого соединены с выпрямительным блоком 48, на выходе которого получают сигналы, пропорциональные частоте (скорости) вращения вала, и с блоком 49 пассивных интеграторов (Rc-цепочки), на выходе которого получают гармонические сигналы практически постоянной амплитуды об угловом положении вала.

На фиг. 5 показана схема блока

35 управления, Вход блока 35 управления соединен с первыми входами двух сумматоров 50 и 51, вторые входы которых соединены соответственно с задатчиками 52 и 53 уровня производной скольжения, а выходы через диоды 54 и 55 соединены с входами усилителя 56, например операционного, выход которого соединен с выходом блока 35 управления. Задатчики 52 и

53 продставляют собой, например, ре" гулируемые потенциометры с источником постоянного напряжения. При работе устройства элементы 1 6,20, 24 и

18,22,26 обеспечивают пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование напряжений на статорах машин 3 и 4. Задатчик 15 сигнала управления обеспечивает задание на поток. активной мощности через линию электропередачи с предлагаемым устройством. Элементы 17,21,25 и 19,23, 27 реализуют пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование скорости (частоты) вращения вала агрегата. При этом задание (уставка) формируется по сигналам датчиков 32 и 33 как полусумма частот объециняемых энергосистем, что позволяет обеспечить наибольшее использование управляемых преобразователей 5 и 6, Выход задатчика 15 соединен с входом суммирующего элемента 12, а через инвертор — с входом суммирующего элемента 1 О. Поэтому при работе устройства сигналы, поступающие на указанные входы суммирующих элементов

10 и 12, имеют различные знаки и этим определяют, что одна машина агрегата работает генератором, а другая — двигателем. Величина этих сиг< налов определяет в еличину передаваемой через устройство активной мощности. Известно, что при подцержании постоянного напряжения на шинах машин при постоянстве сигнала в канале

5 !4310 активной мощности электрoMRгнитный момент машины не зависит от частоты энергосистемы, Это позволяет оценить по известной формуле P = уМ (P — активная мощность машины> у — частота

5 энергосистемы, M — электромагнитный момент машины) величины изменения мощности межсистемной передачи при изменениях частоты. Так для машины мощности 2000 МВт при изменении частоты сети на 1 — l 5 Гц мощность перетока изменится на 4-6 МВт> т.е. на 2-3Х.

Следует отметить, что в соответствии с ГОСТ 183-66 установившимся режимом для электрических машин считается режим с отклонением от задания на 3% ° Очевидно, что 2-37. отклонения мощности укладывается в требование ГОСТ, поэтому в устройстве можно отказаться от регулирования активной мощности. В свою очередь, это позволяет идентифицировать регуляторы машин устройства, что имеет эксплуатационное преимущество, и повысить устойчивость. Повышение устой чивости достигается благодаря тому, что обе машины управляются по скольжению, Поэтому, например, при корот-

30 . ких замыканиях и отключениях линий связи с энергосистемой отпадает необходимость перестройки структуры регулятора оставшейся в работе машины агрегата. При этом, если возмещение большое и при заданной оптимальной настройке коэффициентов регулирования усиливающих, дифференцирующих и интегрирующих элементов скорость машины может выйти за допустимый диапазон, в действие вступает дополнитель40 ное регулирование с помощью блока

35 управления, который по оценке величины производной скольжения выявляет указанное большое возмущение.

При больших возмущениях в энергосис45 теме 2, например отклонения линии или 3-фазном коротком замыкании, приводящих к тому, что электромагнитный момент машины 4 падает до нуля, агрегат начинает разгоняться или тормозиться в зависимости от того, работала машина 3 в доаварийном режиме, соответственно в двигательном или генераторном режиме. При разгоне или торможении продифференцированный в эле" 55 менте 23 разностный сигнал между установкой и истинной скоростью вращения вала (т.е. сигнал производной

05 6 скольжения) поступает (фиг . 5) на сумматоры 50 и 51, работающие в компараторном режиме. При этом если этот сигнал больше значения, определяемого задатчиками уровня производной скольжения 52 и 53, на выходе одного из сумматоров 50 и 51 вырабатывается

-сигнал заданной амплитуды и полярности. Этот сигнал через диод, например 54 и усилитель 56, служащий для усиления сигналов и развязки выходов сумматоров 50 и 51, поступает на интеграторы 25 и 27. Интеграторы 25 и

27 интегрируют этот сигнал большой амплитуды и, например, тормозят машину 3.

Как только производная скольжения войдет в диапазон, определяемый эадатчиками 52 и 53, сигнал с выхода сумматора 56 исчезает и устройство восстанавливает режим агрегата по скольжению, При этом, как указывалось выше, устойчивость агрегата сохраняется благодаря пропорционально-интегрально-дифференциальному регулированию элементами 17, 21 и 25. Как только устранится (после успешного AIIB) возмущение и линия электропередачи восстановится, асинхронизированные синхронные машины реализуют пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование по скольжению совместно с дополнительным управляющим сигналом большой амплитуды от блока 35 управления. Это позволяет устройству войти в нормальный по нагрузке режим, не выходя иэ диапазона скольжения, существенно быстрее, чем в устройстве-прототипе. Достигается это тем, что при коротких замыканиях или отключениях линии электропередачи производная скольжения меняется сразу же, поэтому блок 35 управления свой дополнительный управляющий сигнал формирует также сразу в начале возмущения, а не через какое-то время, как в устройстве-прототипе, На фиг, 1 задатчик 15 сигнала управления показан выполненным общим с прямым и инвертирующим выходами, но каждая машина может иметь свпй задатчик сигнала управления. Задатчики 13, 14 и 1 5 сигналов управления выполнены, например, как источники калиброванного напряжения с последовательно соединенными регулируемым потенциометром.

7 l4

В устройстве по фиг, 1 машина 3 также может содержать свой блок управления, который при этом может быть включен между выходом дифференцирующего элемента 21 и дополнительным входом ийтегрирующего элемента 25.

При этом системы регулирования обеих машин будут идентичны и взаимно незав ис имы.

Система управления предлагаемого устройства может быть упрощена. Во втором варианте устройства система управления одной из машин агрегата, например, машины 3,. выполнена без усиливающего 17, дифференцирующего

21 и интегрирующего 25 элементов, При этом соответствующие входы суммирующего элементов 1 0 и 1 2 соединены.с выходами усиливающего 19, дифференцирующего 23 и интегрирующего

27 элементов. Работа этого варианта устройства аналогична описанному выше, Следует лишь отметить, что при выходе из строя или отключения любой из машин агрегата элементы указанного канала регулирования скорости вращения вала должны оставаться в работе, для чего необходимо предусмотреть резервирование их питания.

Практически это реализуется путем перевода питания на блок питания (не показан) регулятора оставшейся в работе машины.

Преимуществом предлагаемого устройства перед известными является повышение его устойчивости за счет введения в его схему блока управления, что позволяет вводить в интеграторы постоянный управляющий сигнал заданной амплитуды и знака, длительность которого определяется моментом возвращения производной скольжения в заданный диапазон. При этом интеграI торы поль зуютс я как элемент памяти, поэтому в режим машины не вносятся дополнительные возмущения при возврате к нормальной схеме. Кроме того, 2О обе машины устройства имеют пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование по скольжению, что также позволяет повысить устойчивость предлагаемого устройства и надеж25 ность межсистемной связи на базе двух асинхронизированных синхронных машин, т.е. улучшить условия работы потребителей, снижая перерывы в энергоснабжении за счет повышения устойчивости при больших возмущениях в объединенной энергосистеме.

1431005

1431005

Фиг. d

Составитель М. Поляков

Техред М.Дидык Корректор О. Кравцова

Редактор М. Товтин

Тираж 651. Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5347/53

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4