Устройство для связи двух энергосистем

 

Изобретение 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. Целью изобретения является повышение надежности путем управления в каждом канале регулирования электромагнитного момента по сигналу датчика частоты своей энергосистемы. При больших возмущениях, например, в энергосистеме 2 электромагнитный момент машины 4 падает, агрегат начинает разгоняться или тормозиться в зависимости от того, работала машина 3 в доаварийном режиме соответственно двигателем или генератором. Продифференцированный в элементе 36 сигнал истинной скорости вращения вала датчика 34 поступает в блок 35 управления, который по оценке величины производной скольжения выявляет указанное большое возмущение. Сигнал с блока 35 поступает на интеграторы 25 и 27, интегрирующие этот сигнал и, например, тормозящие машину 3. Усиливающими элементами 37 и 38 с насыщением обеспечивается постоянство передаваемой через устройство мощности. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (ч)5 Н 02 J 3/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4417840/24-07 (22) 03.05.88 (46) 07.10.90. Бюл. ¹ 37 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) P.Ñ, Цгоев (53) 621.316,328(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1142874, кл, Н 02 J 3/06, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1431005, кл. Н 02 J 3/06, 1988, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ ДВУХ

ЭНЕРГОСИСТЕМ (57) Изобретение 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.

Целью изобретения является повышение

„„. Ж„„1598042 А1 надежности путем управления в каждом канале регулирования электромагнитного момента по сигналу датчика частоты своей энергосистемы. При больших возмущениях, например, в энергосистеме 2 электромагнитный момент машины 4 падает, агрегат начинает разгоняться или тормозиться в зависимости от того, работала машина 3 в доаварийном режиме соответственно двигателем или генератором, Продифференцированный в элементе 36 сигнал истинной скорости вращения вала датчика 34 поступает в блок 35 управления, который по оценке величины производной скольжения выявляет указанное большое возмущение.

Сигнал с блока 35 поступает на интеграторы

25 и 27, интегрирующие этот сигнал и, например, тормозящие машину 3. Усиливающими элементами 37 и 38 с насыщением обеспечивается постоянство передаваемой через устройство мощности. 6 ил.

1598042

Изобретение относится к электротехнике, в частности к передаче электрической энергии по линиям переменного тока, более конкретно — к электромеханическим преобразователям частоты для гибкой связи энер- 5 госистем с различающимися частотами.

Цель изобретения — повышение надежности путем управления в каждом канале регулирования электромагнитного момента по сигналу датчика частоты своей энергоси- 10 стем ы.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема регулятора; на фиг. 3 — схема преобразователя координат; на фиг. 4 — схема датчика угло- 15 вого положения и частоты вращения вала; на фиг. 5 — схема блока управления; на фиг. 6 — график характеристики усиливающего элемента с насыщением.

Устройство для связи энергосистем 1 и 20

2 состоит из асинхронизированных синхронных машин 3 и 4с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, а роторные обмотки через 25 управляемые преобразователи 5 и 6 частоты подключены к выходам соответственно регуляторов 7 и 8. Первый и второй входы регуляторов 7 и 8 являются входами канала регулирования напряжения и канала регу- 30 лирования электромагнитного момента на валу и соответственно через суммирующие элементы 9, 10 и 11, 12 соединены со своими задатчиками 13 — 15 сигналов управления и соответственно с усиливающими элемента- 35 ми 16, 17 и 18, 19, дифференцирующими элементами 20, 21 и 22, 23 и интегрирующими элементами 24, 25 и 26, 27. Задатчик 15 выполнен с основным и инвертирующим выходами. При этом основной выход соеди- 40 нен с входом суммирующего элемента 12, а дополнительный инвертирующий выход — с входом суммирующего элемента 10 (на фиг.

1 дополнительный инвертирующий выход задатчика 15 показан в виде кружочка), Вхо- 45 ды усиливающих 16 и 18, дифференцирую щих 20 и 22 и интегрирующих 24 и 26 элементов первых входов регуляторов 7 и 8 соединены соответственно со своими задатчиками 28 и 29 уставки напряжения и 50 датчиками 30 и 31 напряжения шин. Входы усиливающих 17 и 19, дифференцирующих

21 и 23 элементов вторых входов регуляторов 7 и 8 соединены каждый с датчиком 32 и 33 частоты своей энергосистемы 1 или 2 и 55 с датчиком 34 углового положения и частоты вращения вала машин 3 и 4. Вход блока

35 управления соединен через дополнительный дифференцирующий элемент 36 с датчиком 34, а выход соединен с входами интегрирующих элементов 25 и 27. Выходы усиливающих элементов 17 и 19 соединены каждый соответственно через свой усиливающий элемент 37 и 38 с насыщением с входом соответственно интегрирующего элемента 25 и 27, каждый из которых охвачен отрицательной обратной связью.

Третьи входы регуляторов 7 и 8,соединены с датчиком 34 углового положения и частоты вращения вала, четвертые входы— с датчиками 39 и 40 токов роторов соответственно машин 3 и 4, а пятые входы — с датчиками 32 и 33 частот энергосистем 1 и 2.

Регулятор 7 (или 8) содержит (фиг, 2) блоки 41 и 42 преобразования координат.

Гармонические сигналы управления частоты скольжения машины, получаемые на выходе блока 42, совместно с сигналом обратной связи по току ротора (от датчика

39) поступают на вход усилителя 43, на выходе которого формируется сигнал напряжения возбуждения, Блоки 42 и 41 преобразования координат выполнены одинаковыми (фиг. 3) и содержат блоки 44-47 произведения и сумматоры 48 и 49, Связи между элементами и функциональное назначение этих элементов очевидны из приведенных схем.

Датчик 34 углового положения и частоты вращения вала (фиг, 4) содержит синхронный тахогенератор 50, выводы которого соединены с выпрямительным блоком 51, на выходе которого получаются сигналы, пропорциональные частоте (скорости) вращения вала, и с блоком 52 пассивных интеграторов (RC-цепочки), на выходе которого получаются гармонические сигналы практически постоянной амплитуды об угловом положении вала.

Вход блока 35 управления (фиг. 5) соединен с первыми входами двух сумматоров

53 и 54, вторые входы которых соединены соответственно с задатчиками 55 и 56 уровня производной скольжения, а выходы через диоды 57 и 58 соединены с входами усилителя 59, например, операционного, выход которого соединен с выходом блока

35 управления, Задатчики 55 и 56 представляют собой, например, регулируемые потенциометры с источником постоянного напряжения, Ilри работе устройства элементы 16, 20, 24 и 18, 22, 26 обеспечивают пропорцион ал ь но-и нтеграл ьно-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

1598042 пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование скорости (частоты) вращения вала агрегата, Выходы задатчика

15 соединены с входами суммирующих элементов 12 и 10, 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 сигналов определяет величину передаваемой через устройство активной мощности.

Известно, что при поддержании постоянного напряжения на шинах машин при постоянстве сигнала в канале активной мощности электромагнитный момент машины не зависит от частоты энергосистемы. Это позволяет использовать известную формулу

Р=й)М, где Р— активная мощность машины; в — частота энергосистемы;

М вЂ” электромагнитный момент машины, для определения значения изменения мощности межсистемной передачи при изменениях частоты, Так, для машины мощности

200 МВт при изменении частоты сети на

1 — 1,5 Гц мощность перетока изменяется на

4 — 6 МВт, т.е, на 2 — 3, установившимся режимом для электрических машин считается режим с отклонением от задания на 3 ).

Очевидно, что 2 — 3 отклонения мощности укладывается в требование ГОСТ, поэтому в устройстве можно отказаться от регулирования по активной мощности. Это позволяет идентифицировать и упростить регуляторы машин устройства, что имеет эксплуатационное преимущественно, и повысить устойчивость. Повышение устойчивости достигается благодаря тому, что обе машины управляются по скольжению. Поэтому, например. при коротких замыканиях и отключениях линий связи с энергосистемой отпадает необходимость перестройки структуры регулятора оставшейся в работе машины агрегата. При этом, если возмуще. ние большое и при заданной оптимальной настройке коэффициентов регулирования усиливающих, дифференцирующих и интегрирующих элементов скорость машин может выйти за допустимый диапазон, в действие вступает дополнительное регулирование с помощью блока 35 управления, который по оценке величины производной скольжения выявляет указанное большое возмущение.

При больших возмущениях в энергосистеме 2, например отключении линии или трехфазном коротком замыкании, приводящих к тому, что электромагнитный момент

40 .5

55 машины 4 падает до нуля, агрегат начинает разгоняться или тормозиться в зависимости от того, работала машина 3 в доаварийном режиме соответственно двигателем или генератором. При разгоне или торможении продифференцированный в элементе 36 сигнал истинной скорости вращения вала датчика 34 поступает (фиг. 5) на сумматоры

53 и 54, работающие в компараторном режиме, При этом, если этот сигнал больше значения, определяемого задатчиками 55 и 56 уровня производной скольжения, на выходе одного из сумматоров 53 и 54 вырабатывается сигнал заданной амплитуды и полярности. Этот сигнал через диод, например, 57 и усилитель 59, служащий для усиления сигналов и развязки выходов сумматоров 53 и 54, поступает на интеграторы 25 и 27. Последние интегрируют этот сигнал большой амплитуды и, например, тормозят машину 3. Как только производная скольжения войдет в диапазон, определяемый задатчиками 55 и

56, сигнал с выхода сумматора исчезает и устройство восстанавливает режим агрегата по скольжению. При этом устойчивость агрегата сохраняется благодаря пропорционально-интегрально-дифференциальному регулированию элементами 17, 21 и 25. Как только устранится (после успешного ЛВП) возмущение и линия электропередачи

BoccTàíîBèTñÿ, 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 за диапазон скольжения. Достигается это тем, что при коротких замыканиях или отключениях линии электропередачи производная скорости вращения вала меняется сразу же, поэтому блок 35 управления свой дополнительный управляющий сигнал формирует также сразу в начале возмущения, а не через какое-то время.

Задатчик 15 сигнала управления выполнен (фиг. 1) общим с прямым и инвертирующим выходами, но каждая машина может иметь свой задатчик сигнала управления, Задатчики 13 — 15 сигналов управления выполнены, например, как источники калиброванного напряжения с последовательно соединенным регулируемым потенциометром. В устройстве (фиг. 1) системы регулирования обеих машин идентичны и взаимно независимы.

Усиливающий элемент 37 (или 38) с насыщением представляет собой обычный

1598042 операционный усилитель с ограничителями выходного сигнала, характеристика которого показана на фиг. 6. Закон регулирования, обеспечиваемый элементами 17, 21, 25, 37 (или 19, 23, 27, 38), имеет вид

Ufqyl = аы + (аи + аз Р ) (٠— ©и ) +

+ О цоы + Ufq6,у, (1) где ао — постоянный сигнал от задатчика

15, задающий в нормальных режимах величину перетока мощности через устройство; ац — коэффициент пропорционального регулирования элемента 17 (или 19);

anal — коэффициент дифференциального регулирования элемента 21 (или 23);

Ofqoul — СИГНаЛ На ВЫХОДЕ ИНтЕГРатОРа

25 (или 27) с отрицательной обратной связью, На линейном участке характеристики (фиг. 6) усиливающего элемента 37 (или 38) этот сигнал равен

Ufqoui . + р (ф Ж1 ) (2) аз> где аз — коэффициент интегрального регулирования, ссц — коэффициент отрицательной обратной связи интегратора, поэтому при изменении частот объединяемых энергосистем интеграторы 25 и 27 обеспечивают постоянство суммарного сигнала

Ufqyl, а в конечном итоге — постоянство передаваемой мощности.

На нелинейных участках се или аЬ характеристики (фиг, 6) выходной сигнал элементов 37 и 38 постоянный, поэтому сигнал на выходе интегратора постоянный

Ufqoul = с1 = caAst. (3) и тем самым интегратор выводится из закона регулирования. Очевидно из (1), что при этом сигнал УпРавлениЯ Ufqyl наРастает пРопорционально скольжению машины и удерживает ее в допустимых пределах boc, определяемых конструкцией машин устройства и условиями эксплуатации.

Сигнал Ufq6.у блока 35 управления равен некоторой постоянной величине с2, если производная скольжения превышает уставку, а в остальных случаях равен нулю. Настройкой коэффициентов регулирования а1,аз,аа можно обеспечить в нормаль. ных Режимах как Равенства Ufqyl= ао, так и сохранить часть сигнала с некоторым наклоном.

В предлагаемом устройстве нет необхо димости подстраивать какие-либо уставки при набросах и сбросах нагрузки и изменениях частот объединяемых энергосистем— режим устанавливается сам, Кроме того, предлагаемое устройство дает возможность повысить надежность межсистемной связи

55 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

Устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхрониэированные 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 задэтчиков сигнала управления, усиливающего, дифференцирующего и интегрирующего элементов, входы усиливающих, дифференцирующих и интегрирующих элементов каналов регулирования напряжения обоих регуляторов соединены со своими задэтчиками уставки напряжения и датчиками напряжения, входы усиливающего, дифференцирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента первого регулятора соединены с датчиком частоты своей энергосистемы и датчиком углового положения и частоты вращения вала машин, выход блока управления соединен с входами 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 входами усилителя, выход которого образует выход блока управления, входы усиливающего, дифференцирующего элементов канала регулирования электромагнитного момента второго регулятора соединены с датчиком частоты своей энергосистемы и датчиком углового положения и частоты вращения вала, а задатчик уровня блока управления выполнен как задатчик

1598042

rill уровня производной частоты вращения вала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем управления в каждом канале регулирования электромагнитного момента по сигналу датчика частоты своей энергосистемы, оно -снабжено дополнительным дифференцирующим элементом и двумя усиливающими элементами с насыщением, при этом вход дополнительного дифференцирующего элемента соедиГ

Г10

L нен с датчиком углового положения и частоты вращения вала, а выход соединен с входом блока управления, в каналах регулирования электромагнитного момен5 та, выходы усиливающих элементов соединены каждый через свой усиливающий элемент с насыщением с входом интегрирующего элемента, а каждый интегрирующий элемент охвачен отрицательной обратной

10 связью..1598042

Составитель M,Ïîëÿêoâ

Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар

Редактор Н.Тупица

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Уж пег д. ул.Гагарина, 101

Заказ 3064 Тираж 415 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. К-35, Раушская наб., 4/5