Устройство для объединения энергосистем
Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - упрощение устройства для объединения энергосистем. По сигналам от датчиков 12 углового положения ротора, датчиков частоты 15, напряжения 17 энергосистемы 1 и от датчика 16 частоты энергосистемы 2 автоматический регулятор 11 возбуждения формирует сигналы управления, поступающие в возбудители 9 и 10. Частота изменения токов возбуждения машин равна полуразности частот сигналов от датчиков 15 и 16. При соединении конца обмотки 19 и начала обмотки 20 трехобмоточного трансформатора 18 с концом обмотки 23 двухобмоточного трансформатора 22 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток 7 и 8 соответственно в якорных обмотках синхронных машин 3 и 4, трансформируются, причем для трансформатора 18 ЭДС через обмотку 21 трансформируется в обмотки 19 и 20, а для трансформатора 22 ЭДС через обмотку 24 трансформируется в обмотку 23. Трансформируемые ЭДС в обмотках 19 и 23 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 1, а трансформируемые ЭДС в обмотках 20 и 23 вычитаются, образуя сопряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 обмоток трансформаторов 18 и 22 устройство в целом эквивалентно двум асинхронизированным синхронным машинам, одна из которых работает двигателем, другая - генератором. Тем самым обеспечивается заданный переток мощности через устройство и его нормальное функционирование как устройства для объединения энергосистем. 4 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 .7 3/34
Фие.1
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4282525/24 — 07 (22) 09.07,87 (46) 30.08.89. Бюп, Р 32 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) P.Ñ.Öãaåâ (53) 621.316.728 (088.8) (56) Патент Швейцарии - 429921; кл. 21 d2, 45/01, 1958.
Патент ФРГ Ф 1012371, кл. 21 dÐ, 42/04, 1967.
Авторское свидетельство СССР
У 574818, кл, Н 02 J 3/34, 1977.
Авторское свидетельство СССР
В 577606, кл. H 02 J 3/34, 1977.
Ботвинник M.M., Шакарян Ю.Г.
Управляемая машина переменного тока. — М.: Наука, 1969.
„„Я0„„3 504728 А 1
2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕДИНЕНИЯ
ЭНГРГОСИСТЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — упрощение устройства для объединения энергосистем. По сигналам от датчиков
12 углового положения ротора, датчиков частоты 15, напряжения 17 энергосистемы 1 и от датчика 16 частоты энергосистемы 2 автоматический регулятор 11 возбуждения формирует сигналы управления, поступающие в возбудители 9 и 10. Частота изменения токов возбуждения машин равна полуразности частот сигналов от датчиков 15 и 1-6. При соединении конца обмотки 19 и начала обмотки 20 трехобмоточного трансформатора 18 с кон15047
3 цом обмотки 23 двухобмотачнаго трансформатора 22 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток 7 и 8 соответственно в якорных обмотках син5 хронных машин 3 и 4, трансформируются, причем для трансформатора 18 ЭДС через обмотку 21 трансформируется в обмотки 19 и 20, а для трансформатора
22 ЭДС через обмотку 24 трансформируется в обмотку 23. Трансформируемые ЭДС в обмотках 19 и 23 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС взаимодействующий с напряжением энергосистемы 1, а трансформируемые ЭДС
28 4 в обмотках 20 и 23 вычитаются, образуя сопряженный вектор ЗДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 обмоток трансформаторов 18 и 22 устройство в целом эквивалентно двум асинхронизированкым синхронным машинам, одна из которых работает двигателем, другая - генератором. Тем самым обеспечивается заданный переток мощности через устройство и его нормальное функционирование как устройства для объединения энергосистем. 4 ил.
Изобретение относится к электро технике, а именно к устройствам для объединения гибкими связями энергосистем, обеспечивающим возможность их параллельной рабаты при различных частотах.
Цель изобретения — упрощение устройства для объединения энергосистем.
На фиг. изображена схема предлагаемого устройства для объединения энергосистем, на фиг.2 — схема датчика углового положения ротора на фиг.3 — схема автоматического регулятора возбуждения; на фиг.4 — схема блока преобразования координат.
Устройство для объединения энергосистем 1 и 2 соцержит синхронные машины 3 и 4, продольные оси жестко соединенных роторов 5 и б которых 40 расположены под углом 90 эл. град друг к другу, а обмотки 7 и 8 возбуждения роторов 5 и б подсоединены к своим возбудителям 9 и 10 соответственно, выполненным, например, в виде тиристорных преобразователей частоты (ПЧ) с непосредственной связью (циклоконверторов), управляющие входы которых соединены с выходами автоматического регулятора 11 возбуждения (АРВ),входы которого соединены с выходами датчика
12 углового положения ротора, датчиками 13 и 14 токов роторов, датчиками 15 и 16 частот объединяемых энергосистем и датчиком 17 капряжекия энергосистемы, 1. У трехабмоточнога трансформатора 18 начало обмотки 19 подсоедикека к энергосистеме 1, конец обмотки 20 — к энергосистеме 2, а обмотка 21 — к якорной обмотке синхронной машины 3. У двухабматочного трансформатора 22 обмотка 23 соединена с концом обмотки 19 и началом обмотки 20 трехабмотачнаго трансформатора 18, а обмотка 24 двухобмоточного трансформатора 22 — с обмоткой якоря синхронной машины 4.
Датчик 12 углового положения ротора состоит из синхронного токогенератора 25, выводы которого соединены с выпрямптельным блоком 2б, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный частоте (Ap) вращения вала, и блоком 27 пассивных интеграторов (RC-öåïî÷êbl), ка выходе которого формируются гармонические сигналы практически постоянной амплитуды (е Р ) об угловом положении вала.
АРВ 11 выполнен по типу АРВ-асинхронизираванкай сикхоаккай машины.
Входы пропорциональна-интегрального регулятора 28 соединены с выходами блока 29 коэффициента регулирования датчика 17 напряжения и блока 30 задания уставки напряжения. Ila выходе формируется сигнал напряжения управления в канале реактивной мощности, поддерживающий нап ряжение на статоре машины U, в соответствии с уставкой Б, где р К, К, — ка..>ффициенты регу шравания.
5 15047
Входы пропорционального регулятое ра 31 соединены с выходами блока 32 задания коэффициента регулирования
cx датчиков 15 и 16 частоты энерго- . систем и датчика 12 углового положе5 ния ротора, а на выходе формируется сигнал напряжения управления в канале электромагнитного момента,обеспечивающий заданную скорость вращения 10 ротора е
28 (2) (б) 15 (7) (8) 20
25 х,=х,, +х,, (9) где Х, — сопротивление взаимной ин )
30 дукции между i-й и )-й обмотками, Х. — сопротивление рассеяния о
i-й обмотки.
Для трехобмоточного трансформатора 18 справедливо, что
j с е
01е c c p < Vg) е Е
"Еь е (10) Х„-Х„,= Х„, ток намагничивания
i Р 1 i +14-i2 - О, (12 !
40 откуда (12) 1 — 1, е
Для двух тора 22 ток (223
1+1 О, (13) откуда
-U, = j,((Х +Х,,+Х „+Х +Х +
+Х ) i, +(Х +Х g — Х +Х м5-Х 4) 1< (15) где ео,, и) — частоты объединяемых энергосистем;
К вЂ” коэффициенты регули-рования.
Сигналы (1) и (2) на постоянном токе, образующие закон управления
U< далее в блоках 33 и 34 преобЪ разования координат соответственно умножаются на вектор напряжения U, от датчика 17 и единичный вектор е" от датчика 12. На выходе АРВ
11, т.е. на выходах операционных усилителей 35 и 36, имеется усиленные в К е раз сигналы напряжений возбуждения с учетом сигналов обратных связей по токам роторов датчиков 13 и 14, обеспечивающих жесткие отрицательные обратные связи по этим токам и линеаризующих каналы регулирования устройства: — -)е о Е
Uf=U Л Г -Ке НЕч е
jj(-KeX àE 1(=К е U1 U f e е
-К, 1 (" =К,)U, jqf
-1 е ) е
При этом (,) — u)pu)1, Х 1 — 1 .
Учитывая, что при больших значениях коэффициента К е (К â€” ь) величина фазы тока ротора,. стремится к фазе сигнала напряжения управления, можно записать уе 7
1 ЪГ
U1- К,(U, Н; — 1 )е
=К,((, 0„-1() (cos(u t+ p ) +
+j sinÜ t+ <1 -Ц (3) й
Блоки 33 и 34 преобразования координат содержат блоки 37-40 произведения и сумматоры 4 1 и 42.
Обозначив для упрощения индуктивные сопротивления обмоток 19, 20, 21, 23, 24 и якорных обмоток синхрон-.. н машин 3 и 4 через Х1, Х2, Х э
Х, Х и Х и Х, контурные урав4 5 М4.. М3 кения имеют вид при частоте координатных осей с „= ы — jug,(Õ, i,-Х, i +Х,+ i +
2 j4>2(X 2 i2 Х « i Х 24 i4.+
Xì4 14+1 +Х4 1 +
+Х1 ii Х14 i2 >
О = Х 1+) 1,1 +Х 1 +
36 13I
+ 1-2 1-3 ю где Х .. — сопротивления взаимной индукции между соответствующими обмотками токи в этих обмотках.
В уравнениях (4) — (7) сопротивление i-й обмотки обмоточного трансформанамагничивания
5 13 (14)
Подставляя (6) и (7) в (4) и (5) и учитывая при этом (8), (9), (10), (12) и (14) получают
1 50 7. .8
-Uz = j w>f(X<,+Ха,+Х 4+Х +Х„„+
+Х„„ ) g<+(Õ +Х,. -Х,+Х,4 -Х„,4) 1 > +
+(1 -3 1 )
Е 4 (16)
Из (15) и (16) очевидно, что если синхронные машины в агрегате одинаковые, т.е. (17) 4 Хм 5 Хм (18) ь4 Х 6 "6 то взаимное влияние токов энергосистем 1 и 2 в трансформаторах исключается, а уравнения (15) и (16) можно записать в виде:
-U> = j4J„L(X,, +2Х )i,—
6> (1 +3 1gg()l (19) -О = j<><((Х„; +2X ) 1 + с15) м
1 4 (20) где X 6, z = X>, +Х,+Х +Х, Х, 2 = Х +Х +Х 4+Х .
К (19) и (20) можно применить известные соотношения (1 (+j 1(4, ) =(1 cosy +1j sing ) = (С 4, Е 5 ( е +е - е -е
-1(, +
2 2
)1
-1 е = -1, (21) 1(,>4 ) 1,>> = 1 cosy< 1 j sing< =
-17r !1(-) Г еrE+е е — е — 1(2
) =
-) л — 1 -е = 1, (22) Ы, -о-> . где = + с — аргумент гар Е 2 монического изменения напряжения возбуждения устройства;
1 — модуль токов возбуждения машин, численно равный
ЭДС
1, 1 — соответственно прямой и сопряженный векторы, .> — > > g
М = — частота напряжения возбуждения.
Записав уравнения (19) и (20) в осях координат >„, =,>р+ ы .,где и при этом индуктивное сопротивление рассеяния обмотки 21 равно индуктивному сопротивлению рассеяния трансформатора 22, т,е.
1, 2, и учитывая
=<,что обусловлено возбуждением обмоток кровных машин 3 и 4, при этом ы
1 2 соединением и возбуждения синполучают
> >>, -U, е = jw ((Х, +
1 (.», + >.>.
-)Г, :-,) <1
Пге
+2Х ) i +1). — U
+2Хм )
-U
=)и ((Х (23) (24) Из (3) очевидно, что при больших
15 коэффициентах жестких отрицательных обратных связей К в операционных усилителях 35 и 36 по токам роторов 1 и 1 уравнения роторов можно не рассматривать, так как при
20. этом происходит компенсация инерционности обмоток роторов и справедли во, что U 1. При э roM уравнения (23) и (24) позволяют c„.вделать вывод, что устройство эквивалентно агрегату из двух асинхронизированных синхронных машин (ЛСИ) .
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
По сигналам от датчиков 12, 15, 30 17 энергосистемы 1 и от датчика 16 энергосистемы 2 АРВ 11, реализующий законы управления (1) н (2), формирует сигналы управления, поступающие в возбудители 9 и 10. Возбудители 9 и 10 возбуждают обмотки 7 и 8 соответственно роторов 5 и 6 синхронных машин 3 и 4. Частота изменения токов возбуждения машин в соответствии с уравнениями (21) и (22) равна полуразности частот сигналов от датчиков 15 и 16. При соединечии конца обмотки 19 и начала обмотки 20 трехобмоточного трансформатора 18 с концом обмотки 23 двухобмоточного трансформатора 22 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток возбуждения 7 и 8 соответственно в якорных обмотках синхронных машин 3 и 4,„ трансформируются, причем для
5Q трансформатора 18 ЭДС через обмотку
21 трансформируется в обмотки 19 и
20, а для трансформатора 22 ЭДС через обмотку 24 трансформируется в обмотку 23. Трансформпруемые ЭДС в обмотках 19 и 23 сумм»руются, обра55 зуя прямой вектор ЭДС, взаимодействуюший с напряжением энергосистемы
1, а трансформируемые Э;1С в обмот ках 20 и 23 вычитаются, образуя со1504728 токов энергосистем, поэтому из двух трансформаторов трехобмоточным выпол1 няется лишь один, что удешевляет устройство. Кроме того, нет необходимости специально формировать возбуждение по аргументу, равному половине угла между векторами напряжений энергосистем, так как в предлагаемом устройстве это достигается схемой соединения элементов в сочетании с АРВ, выполненными по типу АРВ асинхронизированной синхронной ма50
55 пряже нный«вектор ЭДС, в з аимодейс твующий с напряжением энергосистемь«
2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 обмоток
5 трансформаторов 18 и 22 устройство в целом, как было показано при получении уравнений (23) и (24), эквивалентно двум АСМ. При этом учитывая законы уравнения (1) и (2), первая 10 эквивалентная АСМ,, описываемая уравнением (23), работает в асинхронизированном синхронном режиме, устойчива по скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу от 15 датчика 17.
Так как при этом ЭДС второй АСМ, описываемой уравнением (24), формируется как сопряженный вектор первой
АСМ, то она, учитывая при этом те 20 же законы уравнения (1) и (2), устойчива по углу между векторами ЭДС и напряжением сети второй АСМ, что очевидно из (24). В соответствии с законом управления (2), частота вращения 25 ротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. При этом векторы ЭДС эквивале««тнь«х машин являются сопряженными векторами, поэтому в законе (2) коэффициент регулирования 30 имеет для АСМ, описываемой уравнением (24),знак, противоположный знаку для АСМ, описываемой уравнением (23). Поэтому одна из эквивалентнь«х АСМ работает двигателем,вторая — генератором, обеспечивая заданный переток глощ««ости через устройство и нормальное его функционирование как устройства для объединения энергосистем. 40
Предлагаемое устройство обеспечивает, как и известные устройства, объединение двух энергосистем с разньь«и частотами. Преимуществом предлагаемого устройства является то, что при выпо.«ненни условий (17) и (18) исключается взаимное влияние шиш«. Все это упрощает устройство в целом.
Применение в предлагаемом устройстве трехобмоточного и двухобмоточного трансформаторов позволяет решить одновременно с повышением напряжения и задачу развязывания мощных э««ергосистем по частоте, при этом синхронные машины имеют обычную конструкцию. формула и з обретения
Устройство для объединения энергосйстем, содержащее двс сгп«хронные машины, продольные оси жестко соединенных роторов которых расположены под углом 90 эл. град друг к другу, а обмотки возбуждения роторов подсоединены к своим возбудителям, управляющие входы которых соединены с вь«ходами автоматического регулятора возбужде:ня, два трансформатора, один из которых выполнен трехобг«оточньм, начало первой обмотки которого †.одсоединено к первой энергосистеме, конец второй обмотки подсоединен к второй энергосистеме, а третья обмотка подсоединена к обмотке якоря одной из синхронных машин, l датчик углового положения ротора, датчики частот объединяемых энергосистем и датчик напряжения одной из энергосистем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, автоматический регулятор возбуждения выполнен как автоматический регулятор возбуждения асинхронизированной синхрочной машины с каналом регулирования напряжения, вход которого соединен с датчиком напряжения одной из энергосистем, и каналом регулирования электромагнитного момента, входы которого соединены с датчиками частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения ротора, второй трансформатор выполнен двухобмоточным, первая обмотка которого соединена с концом первой и началом второй обмоток трехобмоточного трансформатора, вторая обмотка двухобмоточного трансформатора соединена с обмоткой якоря второи синхронной машины, а двухобмоточный трансформатор выполнен с индуктивным сопротивлением рассеяния, равным индуктивному сопротивлению рассеяния третьей обмотки трехобмоточного трансформатора.
1504728
Составитель N.Ïîëëêîâ
Редактор !1.Пчалпнская Техред М.Nоргентал Корректор О. Пипл»
Заказ 5260/52
Тираж 508 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, 7(-35, Раужская нао., д. 4/5
Производственно-издательскил комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101
