Устройство для связи двух энергосистем

 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к электромеханическим преобразователям частоты для гибкой связи энергосистем с различающимися частотами. Целью изобретения является повышение надежности устройства путем обеспечения работы обеих машин агрегата с допустимыми уровнями напряжения статоров. Это достигается введением дополнительных блоков 38 и 39, входы которых подключены к датчикам напряжения 30 и 31, а выходы - к дополнительным входам суммирующих элементов 10 и 12. При превышении напряжением на входе дополнительного блока 38 (или 39) какого-то допустимого уровня данный блок формирует сигнал управления требуемой полярности, поступающий на вход суммирующего элемента 10 (или 12). Тем самым снижается значение ЭДС так, чтобы напряжение статора машины не превышало допустимого уровня, т.е. поставленная цель достигается. 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1l) Р1) Н 02 1 3/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 1431005 (21) 4418392/24-07 (22) 03. 05. 88 (46) 30. 06. 90. Вюл. И- 24 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) Р. С, Цгоев (53) 621. 316, 328 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1431005, кл. Н 02 .Т 3/06, 1988 . (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ ДВУХ ЭНЕРГОСИСТЕМ (57) Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к электромеханическим преобразователям частоты для гибкой связи энергосистем с различающимися час то тами, Целью изобретения является повышение надежности устройства путем обеспечения работы обеих машин агрегата с допустимыми уровнями напряжения cтаторов, Это достигается введением дополнительных блоков 38 и 39, входы которых подключены к датчикам напряжения

30 и 31, а выходы — к дополнительным входам суммирующих элементов 10 и .12.При превышении напряжением на входе дополнительного блока 38 (или 39) какого-то допустимого уровня данный блок формирует сигнал управления ребуемой полярности, поступающий на вход суммирующего элемента 10 (пли

12), Тем самым снижается значение

ЭДС.так, чтобы напряжение статора машины не превышало допустимого уровня, т.е. поставленная цель достигается. 8 ил, 1575262

11зобретение относится к электротехнике, в частности к передаче электрической энергии по линиям переменного тока,.а именно к электромеханическим .преобразователям частоты для гибкой связи энергосистем с различающимися частотами, и является усовершенствованием устройства по авт. св. У 1431005.

Целью изобретения является повышение надежности устройства путем обеспечения работы обеих машин агрегата с допустимыми уровнями напряженйя статоров.

На фиг. 1 представлена схема устрой ства; на фиг. 2 — схема регулятора; на фиг,З вЂ” схема преобразователя координат; на фиг.4 — схема датчика углового положения и частоты вращения вала; на фиг.5 — схема блока управления; на фиг.б — схема дополнительного блока управления; на фиг.7 — схема соединения устройства с.нагрузкой; на фиг.8 — векторная диаграмма режима устройства для связи двух энергосистем.

Устройство для связи двух энергосистем 1 и 2 состоит из асинхронизированных синхронных машин 3 и 4 б с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, а роторные обмотки через управляемые преобразователи частоты 5 и 6 подключены к выходам регуляторов 7 и

8 соответственно, Первый и второй входы регуляторов 7 и 8 являются входами канала регулирования .напря-. жения и канала регулирования электромагнитного момента на валу и соответственно через суммирующие элементы 9, 10 и ll, 12 соединены со своими задатчиками 13, 14 и 15 сиг- нала управления и соответственно с усиливающими элементами 16, 17 и

18, 19, дифференцирующими элементами.

20, 21 и 22, 23, интегрирующими элементами 24, 25 и 26, 27, Згдатчик 15 выполнен с основным и допблнительным инвертирующим выходами. При этом основной выход соеди;-ен с входом суммирующего элемента 12, а дополнительный инвертирующий выход — с входом суммирующего элемента 10, На фиг,l дополнительный инвертирующий выход задатчика 15 показан условно в виде инвертора. Входы усиливающих 16 и 18, дифференцирующих "0 и 22, интегрирующих 24 и 26 элементов первых входов регуляторов 7 и 8 соединены соответ. ственно 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. элемен-. тов вторых входов регуляторов 7 и 8 соединены с датчиками 32 и 33 частот объединяемых энергосистем 1 и 2, с датчиком 34 углового положения и частоты вращения вала машин 3 и 4.

Вход блока .35 управления соединен с

15 выходом дифференцирующего элемента

23, а выход соединен с дополнительными входами интегрирующих элементов

25 и 27. Третьи входы регуляторов

7 и 8 соединены с датчиком 34 углового положения и частоты вращения вала, четвертые входы — с датчиками 36 и

37 токов роторов соответственно машин 3 и 4, а пятые входы — с датчиками 32 и 33 частот энергосистем 1, 2.

25 Выходы датчиков 30 и 31 напряжения через дополнительные блоки 38 и 39 соединены с дополнительными входами соответственно суммирующих элементов 10 и 12, 30 На фиг.2-6 приведены примеры выполнения известных элементов устройства. На фиг,2 показана схема регулятора 7 (или 8), который содержит блоки 40 и 41 преобразования коорди1

35 нат . Гармонические сигналы управления частотой скольжения машины, получаемые на выходе блока 41 совместно с сигналом обратной связи по току ротора,(от датчика 36) поступают на вход усилителя 42, на выходе которого формируется сигнал напряжения возбуждения °

Блоки 40 и 41 преобразования координат выполнены одинаково (фиг.3)

45 и содержат блоки 43 и 46 произведения и сумматоры 47-48.

На фиг,4 показана схема датчика

34 углового положения и частоты вращения вала, содержащего синхронный тахогенератор 49, выводы которого соединены с выпрямительным блоком

50, на выходе которого получают сигналы, пропорциональные частоте (скорости) вращения вала, и с блоком

51 пассивных интеграторов (RC-цепочки), на выходе которого получаются ..гармонические сигналы практически постоянной амплитуды об угловом положении вала-.

5 157

На фиг.5 показана схема блока 35 упранления, Вход блока 35 управления соединен с первыми входами двух сумматоров 52 и 53, вторые входы которых соединены соответственно с задатчиками 54 и 55 уровня производной скольжения, а выходы через диоды 56 и 57 соединены с входами усилителя 58, например операционного, выход которого соединен с выходом блока 35 управления, Задатчики 54 и 55 представляют собой, например, регулируемые потенциометры с источником постоянного напряжения.

Вход дополнительного блока 38 (или 39) управления по фиг,б и выход задатчика 59 допустимого уровня напряжения, выполненного, например, в виде калиброванного источника напряжения и регулируемого потенциометра, соединены с нходами операционного регулятора 60, выход которого через диод 61, соединен с выходом блока 38, I

Операционный регулятор 60 в простейшем случае является пропорциональным регулятором, но может быть выполнен, например, в виде пропорционально-дифференциального регулятора, Диод

61 обеспечивает передачу сигнала лишь одной полярности. При работе устройства элементы 1б, 20, 24 и 18, 22, 26 обеспечивают пропорциональноинтегрально-дифференциальное регулирование напряжения на статорах машин

3 и 4, Задатчик 15 сигнала управления обеспечкнает задание на переток активной мощности через линию электропередачи с предлагаемым устройством.

Элементы 17, 21, 25 и 19, 23, 27 реализуют пропорционально-интегральнодифференциальное регулирование скорости (частоты) вращения вала агрегата, При этом задание (уставка) формируется по сигналам датчиков 32 и

33 как полусумма частот. объединяемых энергосистем, что позволяет обеспечить наибольшее использование управляемых преобразователей 5 и 6. Выход эадатчика 15 соединен с входом суммирующего элемента 12, а через инвертор (на фиг.1 без номера) — с входом суммирующего элемента 10. Поэтому при работе устройства сигналы, поступающие на указанные входы суммирующих ! элементов 10 и 12, имеют различные знаки и этим определяют, что одна ма" шина агрегата работает генератором, а другая — двигателем. Величина этих

45 сигналов определяет величину передаваемой через устройстно активной мощности, Известно, что при поддержании постоянного напряжения на шинах машин при постоянстве сигнала в канале активной мощности электромагнитный момент машины зависит от частоты энергосистемы, Это позволяет оценить по изнестной формуле P =ЯМ, где

P — активная мощность машины, ц1 частота энергосистемы,,M — электромагнитный момент машины, величину изменения мощности иежсистемной передачи при изменениях частоты. Так, для машины мощностью 200 МВт при изменении частоты сети на 1-1,5 Гц мощность перетока изменится на

4-6 ИВт, т,е, на 2-37., Следует отметить, что установившимся режимом для электрических машин считается режим с отклонением от задания на

ЗЕ, поэтому в устройстве ио. чо отказаться от регулирования по активной мощности. В свою очередь, это позволяет идентифицировать регуляторы машин устройства, что имеет эксплуатационное преимущество, И повысить устойчивость, Повышение устойчивости достигается благодаря. тому, что обе машины управляются по скольжению, Поэтому, например, при корот— ких замыканиях и отключениях линий связи с энергосистемой отпадает необходимость перестройки структуры регулятора оставшейся н рабоче маши— ны агрегата, При этом если возмущение большое и при заданной оптимальной настройке коэффициентов регулиро— вания усиливающих, дифференцирующих и интегрирующих элементов скоро"ть машин может выйти 3а допустимый диапазон, в действие вступает дополнительное регулирование с помощью блока 35 управления, который по оцен— ке значения производной скольжения выявляет указанное большое возмущение ° При больших возмущениях н энергосистеме 2, например, отключениях 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 до аварии в двигательном или генераторном режиме,При разгоне или .торможении продифференцированный в элементе 23 разностный сигнал между уставкой и ис—

1575262

-тинной скоростью вращения вала (т.е.

) сигнал производной скольжения) посту гает (фиг.5) на сумматоры 52 и 53, работающие в компараторном режиме,, При этом если этот сигнал больше значения, определяемого задатчиками уровня производной скольжения 54 и

55, на выходе одного из сумматоров

52.и 53 вырабатывается сигнал заданной амплитуды и. полярности. Этот сигнал через диод (например, 56) и усилитель 58, служащий для усиления сигнала и развязки выходов сумматоI. ров 52 и 53, поступает на интеграторы 25 и 27, которые интегрируют этот сигнал большой амплитуды и.тормозят машину,3. Как только производная скольжения войдет в диапазон, определяемый задатчиками 54 и 55, сигнал ,с выхода сумматора 58 исчезнет и устройство восстановит режим агрега. та по скольжению. При этом, как указывалось выше, устойчивбсть агрегата сохраняется благодаря пропор- 25 ционально-интегрально-дифференциальному регулированию элементами 17, 21 и 25, Как только устранится (после успешного АПВ) возмущение и линия электропередачи восстановится, асинхронизированные синхронные машины реализуют пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование по скольжению совместно с дополнительным управляющим сигналом

35 большой амплитуды от блока 35 управления, Это позволяет устройству войти в нормальный по нагрузке режим, не выходя за диапазон скопьжения, существенно быстрее, чем без блока

35 управления. Достигается это, как отмечалось выше, тем, что при коротких замыканиях или отключениях линии электропередачи производная скольжения меняется сразу же, поэтому блок 35 управления свой дополнительный управляющий сигнал формирует сразу же в начале возмущения, а не через какое-то время, как в устройстве без блока 35, На фиг.1 задатчик

15 сигнала управления показан выполненным общим с прямым и инвертирующим выходами, но каждая машина может иметь свой задатчик сигнала управления. Задатчики 13, 14 и 15 сигналов

55 управления выполнены, например, как и точники калиброванного напряжения с последовательно соединенными регулируемыми потенциометрами, 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 интегрирующего элемента

25. При этом системы регулирования обеих машин будут идентичны и взаимно независимы.

Рассмотрим работу устройства при принятом законе управления машинами агрегата по схеме соединения фиг.7, В систему регулирования (СР,, i=1,2) каждой машины поступает сигнал (помимо штатных, без которых устройство не может функционировать) опорного вектора напряжения (6„) от какого-либо узла энергосистемы. При этол ключ К» замкнут, а ключ К разомкнут. Для упрощения рассмотрим режим, когда мощность машины М2 равна мощности нагрузки и по линий межА ду шинами с напряжениями Пг- и UZ пеРетока нет (пРи этом R

При этом векторы напряжений UI- и б совпадают и занимают положение ОС, Пусть отключается ключ К ..Так как до этого режим машины и нагрузки был сбалансирован, то практически после отключения ключа К ничего не произойдет и векторная диаграмма сохранит свое первоначальное положение. Если далее ключом К закоротить часть нагрузки, то у нагрузки.при этом же напряжении cos „ остается без изменения, ток в цепях схемы возрастает и полная векторная диаграмма (фиг.8) должна была бы занять положение ODCBAO т,к, вектор падения напряжения на индуктивном сопротивлении машины возрастает до значения=

СА, Соответственно вектор ЭДС возрастает до значения OA (вектор Е).

Управление, как отмечалось, осущестВЗчяется В осЯх I zq uz напРЯжениЯ Uz и при этом сигнал в оси q ц постоянен (E< = const), т,к ° в канале

1. а электромагнитного момента управление

1575262 осуществляется только по скорости вращения вала. Поэтому векторная диаграмма ODCBAO не может существовать. Очевидно, из-за повышения тока снижается напряжение на шинах машины 11„-,что вызывает изменение сигнала.Е1„, стремящегося поддержать

И напряжение U в соответствии с уставкой. Изменение Е 1 точка В

Я векторной диаграммы смещается в точку А, что эквивалентно повороту всей векторной диаграммы в новое положение OD С А О, При этом вектор напряжения U q< займет йовое положение

ОС (U „,).

Другая ACM (М1) при этом работает следующим образом, Если наброс (сброс) нагрузки незначительный, то регулятор скорости из-за разбаланса между уставкой и истинной скоростью вращения ротора, вызванного указанным набросом (сбросом) нагрузки за счет интегральной части, так изменит свой суммарный сигнал, что баланс мощности в устройстве будет восстановлен. Если же на.брос (сброс) нагрузки будет большим, что вызвало бы выход машины на потолочное напряжение, то в действие вступает блок 35 управления, который по производной скольжения формирует дополнительный сигнал на входе интегратора и тем самым способствует сохранению напряжения возбуждения в пределах потолочного значения, При восстановлении схемы (при замь:кании ключа К ) независимо от положения ключа

К АСМ2 возьмет на себя нагрузку, определяемую только значением Е u, которая, как принято, постоянна, Однако при этом существенно возрастает реактивная мощность АСМ2, т.к. конец вектора E находится в точке А, По-! ( этому регулятор напряжения со снижением напряжения до значения уставки .,вернет машину к исходному режиму, определяемому векторной диаграммой

ODCBO, Другая машина агрегата это воспримет как сброс (наброс) нагрузки и будет работать описанным образом.

Очевидно, что если наброс нагрузки вызывает увеличение ЭДС и вектор

U при сохранении заданного эначегд ния начинает отставать от оси и И, то сброс нагрузки вызовет обратный поворот векторной диаграммы (т. е, в сторону опережения), 45

Устройство для связи двух энергосистем по авт,св. & 1431005, о т .л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства путем обеспечения работы обеих машин с допустимым уровнем напряжения статора, оно снабжено двумя идентичными дополнительными блоками .управления, а суммирующие элементы каналов регулирования электромагнит-,, ного момента обоих регуляторов выполнены каждый с дополнительно входом, соединенным через соответствующий дополнительный блок управления с вы5

На фиг,8 показана векторная диаграмма OD С Е„„ О при том же cos(g„

I(я ць и Е . const, когда еще при сниже— 1И нии нагрузки возможно сохранить равеиство ОС U >, Дальнейшее снижение нагрузки, как следует из векторч ной диаграммы OD С Е „О, связано с увеличением напряжения машины, т.е. ОС r U В пределе, т,е. при ш холостом ходе, U t = Е (ц, что значигг тельно превышает допустимый уровень напряжения статора машины, 1 ри превышении значением напряжение U г на входе дополнительного блока 38 (или 39) управления сигнала задатчика 59 допустимого уровня напряжения U o операционный регулятор 60 формирует сигнал управления требуемой полярности, вступающий через диод 61 на вход суммирующего элемента 10. Тем самым снижается значение

ЭДС Е(и так, чтобы напряжение статора машины не превышало допустимого уровня, т.е, поставленная цель достигну=а, Наброс и сброс нагрузки могут быть любыми, поэтому достоинством предлагаемого управления является то, что нет необходимости подстраивать какие-либо уставки по мощности или напряжению — режим устанавлива-. ется всегда сам.

Предлагаемое устройство дает воз— можность повысить и надежность 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.

Формула изобретения

1575262

Г

1й1

ФигХ фиг.Ю ходом датчика напряжения каждой машины, дополнительный блок управления содержит регулятор пропорционального или пропорционально-дифференциально5

ro действия, задатчик допустимого уровня напряжения и диод, при этом . вход дополнительного блока управления

М выход задатчика допустимого уровня напряжения соединены с входом упо- мянутого регулятора, выход которого через диод соединен с выходом дополнительного блока управления, 1575262

Фаг.д

1575262

Саставитель М,Поляков

Texpep, M.Моргентал Корректор Т.Палий

Редактор М,Циткина

Заказ 1789 Тираж 416 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина; 101