Устройство для объединения энергосистем

 

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - упрощение устройства для объединения энергосистем. При соединении конца якорной обмотки 7 и начала якорной обмотки 8 синхронной машины 3 с началом якорной обмотки синхронной машины 4 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток возбуждения соответственно в якорной обмотке 7 машины 3 и якорной обмотке машины 4, суммируются, образуя прямой вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 1, а ЭДС, наводимые теми же токами возбуждения соответственно в якорной обмотке 8 машины 3 и якорной обмотке машины 4, вычитаются, образуя сопряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 устройство в целом эквивалентно двум асинхронизированным синхронным машинам /АСМ/. При этом первая эквивалентная АСМ работает в асинхронизированном синхронном режиме, устойчива по скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу от датчика 19. Так как при этом ЭДС второй эквивалентной АСМ формируется как сопряженный вектор первой АСМ, то она устойчива по углу между векторами ЭДС и напряжением сети второй АСМ. Частота вращения ротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. При этом векторы ЭДС эквивалентных АСМ являются сопряженными векторами, поэтому одна из эквивалентных АСМ будет работать двигателем, другая - генератором, обеспечивая тем самым заданный переток мощности через предлагаемое устройство и нормальное его функционирование как устройства для объединения энергосистем. 4 ил.

СОН33 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИК (51) 4 Н 02 .5 3/34

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4282524/24-07 (22) 09.07.87 (46) 30.08.89. Бюл. Р 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) P Ñ.Цгоев (53) 621.316,728 (088.8) (56) Патент Нвейцарии Р 429921, кл 21 Дг 45/01 1958

Патент ФРГ Р 1012971, кл. 21 dÐ 42/04, 1967.

Авторское свидетельство СССР

Ф 574818, кл. Н 02 J 3/34, 1977.

Ботвинник И.M., Шакарян Ю.Г, Управляемая машина переменного тока.

Цй И2 Х

„„SU„„3504727 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕДИНЕНИЯ ЭНЕРГОСИСТЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — упрощение устройства для обьединения энергосистем. При соединении конца якорной обмотки 7 и начала якорной обмотки 8 синхронной машины 3 с началом якорной обмотки синхронной машины 4 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток возбуждения сооТ ветственно в якорной обмотке 7 маL èíû 3 и якорной оимотке машины 4, суммируются, образуя прямой вектор

ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 1, а ЭДС, наводимые

1504727

30

35 теми же токами возбуждения соответственно в якорной обмотке 8 машины 3 и якорной обмотке машины 4 вычитаются, образуя сопряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 устройство в целом эквивалентно двум асинхронизированным синхронным машинам (АСМ) . Г1ри этом первая эквивалентная АСМ работает в асинхронизированном синхронном режиме, устойчива по скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу от датчика 19.

Так как при этом ЭДС второй эквиваИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для объединения гибкими связями энергосистем, обеспечивающим возможность их параллельной работы при различных частотах.

Цель изобретения — упрощение устройства для объединения энергосистем.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства для объединения энергосистем; на фиг.2 — схема датчика углового положения ротора; на фиг.3 — схема автоматического регулирования возбуждения; на фиг.4 схема блока преобразования координат.

Устройство для объединения энергосистем 1 и 2 содержит синхронные . 40 машины 3 и 4, продольные оси жестко соединенных роторов 5 и 6 которых расположены под углом 90 эл, град друг к другу. Синхронная машина 3 вьп олнена с двумя паРаллельными якор-45 ными обмотками 7 (Х „) и 8 (Х ) с двумя выводами каждая. Обмотки 9 и

10 возбуждения синхронных машин 3 и 4 подсоединены к своим возбудителям 11 и 12, выполненным, например, в виде тиристорных преобразователей частоты (ПЧ) с непосредственной связью (циклоконверторов), управляющие входы которых соединены с выходами автоматического регулятора возбуждения (АРВ) 13. Выходы датчика

14 углового положения ротора, датчиков 15 и 16 токов роторов, датчиков

17 и 18 частот объединяемых энерголентной ACM формируется как сопряженный вектор первой ЛСГ1, то она устойчива по углу между векторами

ЭДС и напряжением сети второй ACM.

Частота вращения ротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. IIpn этом векторы ЭДС эквивалентных ACM являются сопряженными векторами, поэтому одна из эквивалентных АСИ будет работать двигателем, другая — генератором, обеспечивая тем самым заданный переток мощности через устройство и нормальное его функционирование как устройства для объединения энергосистем. 4 ил. систем 1 и 2 и датчика 19 напряжения соединены с соответствуюшИм входами

APB 13. У синхронной машины 3 начало (со звезцочкой) якорной обмотки 7 соединено с энергосистемой 1 и ее датчиками частоты 17 л напряжения 19 °

Конец якорной обмотки 8 соединен с энергосистемой 2 и с датчиком 18 ее частоты. Синхронная машина 4 выполнена с одной якорной обмоткой (Х ) с одним выводом (со звездочкой), соединенным с вторыми выводами якорных обмоток 7 и 8 машины 3.

Датчик 14 углового положения ротора содержит синхронный тахогенератор 20, выводы которого соединены с выпрямительным блоком 21, на входе которого формируется сигнал, пропор— циональный частоте (ь3„) вращения вала, и с блоком 22 пасс ивных интеграторов (RC-цепочки), на выходе которого формируются гармонические сигналы практически постоянной амплитуды (е > о ) об угловом положении вала.

АРВ 13 выполнен по типу АРВ асинхронизированной синхронной машины.

Входы пропорционально †интегрально регулятора 23 соединены с выходами блока 24 задания коэффициента регулирования g, датчика 19 напряжения и

/ о блока 25 задания уставки напряжения, а на выходе формируется сигнал напряжения управления в канале реактивной мощности, поддерживающий напряжение

Б, статора в соответствии с уставкой

Г) о

1504727 где р К,К вЂ” коэффициент регулио 0, () рования, 5

Входы пр опор ци онального р егулятора 26 соединены с выходами блока 27 задания коэффициента регулирования датчиков 17 и 18 частоты энергосистем и датчика 14 углового положения ротора, а на выходе формируется сигнал напряжения управления в канале электромагнитного момента, обеспечивающий заданную скорость вращения вала у 1

15 где ы,, ь1 - частоты объединяемых энергосистем; о(,, Кз — коэффициент регулирова20 ния.

Сигналы (1) и (2) на постоянном токе, образующие закон управления

Ug> далее в блоках 28, и 28 преобразования координат соответственно

25 умножаются на вектор напряжения О от датчика 19 и единый вектор е е от датчика 14. На выходе АРВ 13 имеется сигнал напряжений с учетом обратных связей по токам роторов от датчиков 15 и 16, подаваемые на управляющие входы преобразователей 11 и 12 частоты:

1 cos )" +1 j з п j г, f е -е

>А - Хе

) =

2 Z 1й

f7е -з )

1 (1ее=1, 1Т (9) 0 . 3 1 1 р -! уе

1 (-е -е е 1Те (10) 35

Если

40 ловие

Х,-Х „, Из (3) следует, что при больших коэффициентах отрицательных обратных связей (К eo ) в операционных уси5

Ф

U(с = 9а+ KU (U, U„) + К, I (U

J Lust е U$ у Ке Uf у е

J ie 7

xU, ° е -К .Х

J <, —,1 - „1

= Ке и1 01у е

J«gt

Ке l е е р где и< Юр= ð Хag.i g = 1- °

Учитывая, что при К - ж справедливо с ., можно записать: (ь Г ее) 45

0 K e(U Ugy 1 ) е

=К е (U ) Ug y -l g ) - (Co s (43 + „) +

+j sin(e< t+ q „)) . (3)

Блоки 28, и 28 преобразования координат содержат блоки 3 1 — 34 про- 50 изведения и сумматоры 35 и 36.

Контурные уравнения цепей якорных обмоток машин имеют вид при частоте координатных осей Ы „= ы, -О, = j ы,(X, i, -Х» хэ+Х„- iz) + 55

+ 1 +j 1е, (4)

2(Хь 3 Х - +Х )

1(с, +j lq j (5) 11 + 13 — 11 ° (6) Учитывая (6), (4) и (5), получают

-О =. j, ((Х, +Х ) 1, +(Х,-Х„) i 33+

+1 +З j-(g (7)

%т

ja>P(X +Х ) i +(Х Х ) i )

+з 1() (8)

Используя в (7) и (8) известные соотношения:

= -1 сову +1 j . sing =

Г f

Jyp - 1е

+ ) е -е

2 (d Ms где "= + — аргумент гар2 Г моническога изменения напряжения возбуждения устройства, модуль токов возбуждения машин, численно равный ЗДС, соответственно прямой и сопряженный векторы, 4> >т

2 — частота напряжения возбуждения. в (7) и (8) выполняется усучитываются (9) и (10) уравнения (7) и (8) записаны в осях координат

ык, =ар+4)f где1=1, 2, и иу= -Mg, что обусловлено соединением и возбуждением обмоток возбуждения синхронных машин, получают

-Ц, =,-U,, e = j,((Õ +Х )i,+Ö, (12) ->(<, - ><.+,) -Uq

3 ;((x, Х,)iç 13

1504727 лителях 29 и 30 по токам роторов уравнения роторов можно не рассматривать, так как при этом происходит компенсация инерционности обмоток

5 роторов и справедливо соотношение

1Jp> 1. При этом уравнения (12) и (13) позволяют сделать вывод, что устройство эквивалентно агрегату из двух асип синхронных машин (ACM) .

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

По сигналам от датчиков 14, 17 и

19 энергосистемы 1 и от датчика 18 частоты энергосистемы 2 автоматический регулятор 13 возбуждения, реализующий законы управления (1) и (2), формирует сигналы управле— ния, поступающие в возбудители 11 и 12. По этим сигналам возбудители

11 и 12 возбуждают токами возбуждения обмотки 9 и 10 соответственно роторов 5 и 6 синхронных машин.

Частота изменения токов возбуждения 25 машин в соответствии с уравнениями (9) и (10) равна полуразности частот сигналов от датчиков 17 и 18.

При соединении конца якорной обмотки 7 и начала якорной обмотки 8 синхронной машины 3 с началом якорной обмотки синхронной машины 4 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток возбу",кдения соответственно в якорной обмотке 7 машины 3 и якорной обмотке

35 машины 4 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемьэ 1, а ЭДС, наводимые теми же токами возбуждения соответстьенно в якорной обмотке 8 машины 3 и якорной обмотке машины 4, вычисляются, образуя сопряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При таком соединении якорных обмоток син45 хронных машин 3 и 4 устройство в целом, как было показано выше при получении уравнений (12) и (13), эквивалентно двум АСГ1. При этом учитывая законы управления (1) (2), первая эквивалентная АСМ, описьэваемая уравнением (12), работает в асинхронизированном синхронном режиме, устойчива по скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу от датчика 19. Так как при этом

ЭДС второй эквивалентной АСМ, описываемой уравнением (13) формируется как сопряженный вектор первой АСМ, то она, у итывая при этом те же зако— ны управления (1) и (2), устойчива по углу между векторами ЭДС и напряжением сети второй АСМ, что очевидно из (13) . В соответствэги с законом управления (2) частота вращения ротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. При этом векторы ЭДС эквивалентных АС машин являются сопряженными векторами, поэтому в законе (2) коэффициент регулирования имеет для АСМ, описываемой уравнением (13) знак, противоположный знаку для АСМ, описываемой уравнением (12) . Поэтому одна из эквивалентных АСМ работает двигателем, вторая — генератором, обеспечивая заданный переток мощности через предлагаемое устройство и нормальное его функционирование как устройства дпя объединения энергосистем.

Преимуществом предлагаемого устройства является то, что при выполнении условия (11) исключается взаимное влияние ток0R э IBpI осистем, поэтому с двумя якорными обмотками

ВыполняcTcII лишь Одна из синхронных машин. Кроме того, нет необходимости специально формировать токи возбуждения по аргументу, равному половине угла между векторами напряжений энергосистем, так как в предлагаемом устройстве это достигается схемой соединения элементов в со эетании с выполнением APH. Все это удешевляет и упрощает устройство в целом.

Предлагаемое устройство обеспечивает, KcLK H известпьэе устройства, объединение двух энергосистем с, одинаковыми частотами или с различающимися частотами. Пр э этом оНо преимущественно может применяться для объединения энергосистем, когда напряжение сетей равно паээряжениям на выводах двух якорных обмоток машины агрегата и нет необходпмос;-II в силовом трансформаторном борудовании. В основном 3TQ системы небольшой мощности, например, на судах и др. Можно его использова-, и для объединения мощных эээер ocIIcтем, применяя двухобмоточпыс трансформаторы для повышения напряэксния, подключенные к выводам дву.; якорных, обмоток машины устройства.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Устройство для объе".I.HåEIèÿ энергосистем, содержашее днг сэпэхронные

1504727

I0 машины, продольные оси жестко соединенных роторов которых расположены под углом 90 эл. град. друг к другу, первая синхронная машина выполнена

5 с двумя якорными обмотками с двумя выводами каждая, причем обмотки возбуждения машин подключены к своим возбудителям, управляющие входы которых соединены с выходами автоматического регулятора возбуждения, датчик углового положения ротора, датчики частот объединяемых энергосистем и датчик напряжения одной из энергосистем, о т л и ч а .ю щ е е — I5 с я тем, что, с целью упрощения, автоматический регулятор возбуждения выполнен как автоматический регулятор возбуждения асинхронизированной синхронной машины с каналом регули- 20 рования напряжения, вход которого соединен с выходом датчика напряжения одной из энергосистем и с каналом регулирования электромагнитного момента, входы которого соединены с выходами датчиков частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения ротора, у первой синхронной машины первый вывод одной якорной обмотки соединен с первой энергосистемой, к которой подключены датчики ее частоты и напряжения, один вывод второй якорной обмотки соединен с второй энергосистемой, к которой подключен датчик ее частоты, при этом указанные якорные обмотки соединены встречно, вторая синхронная машина выполнена с одной якорной обмоткой с одним выводом, соединенным с вторыми выводами указанных якорных обмоток первой синхронной машины, а полное индуктивное сопротивление якорной обмотки второй синхронной машины выбрано равным сопротивлению взаимной индукции якорных обмоток первой синхронной машины.

1504727 с

И

Составитель H.Ïîëÿêîâ

Редактор П.Пчолинская Техред И.Иоргентал KoppeK oi) О. Кравцова

Заказ 5260/52 Тираж 608 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 1

11 It ,01