Способ фазового управления напряжением в электрической системе

Авторы патента:

H02J3/12 - для регулирования напряжения в сетях переменного тока путем изменения характеристик нагрузки сети

Владельцы патента RU 2588058:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетических системах и в системах электроснабжения. Техническим результатом является повышение эффективности фазового управления напряжением электрической системы. Технический результат достигается тем, что в способе фазового управления напряжением в электрической сети задают требуемые режимные параметры электрической системы. Механический момент абсолютного движения ротора синхронной машины электрической системы расчленяют на относительный и переносный. Управление переносным моментом производят указанным фазовым смещением напряжения в соответствии с требуемыми режимными параметрами. 3 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах и в системах электроснабжения для более эффективного фазового управления напряжением в электрической системе, синхронными электрическими машинами (синхронными генераторами, синхронными компенсаторами и синхронными двигателями).

Известен способ фазового управления напряжением в электрической системе (пат. 2295817, H02J 3/24. Способ повышения динамической устойчивости синхронных электрических машин / Чебан В.М.), при котором дополнительно ускоряют или тормозят синхронные электрические машин и тем самым осуществляют смещение результирующего магнитного потока ротора одновременно с механическим поворотом статора в сторону относительного отклонения ротора при возмущении.

Однако в данном способе имеется следующий недостаток: не задаются требуемыми режимными параметрами электрической системы с фазовым управлением, что не дает возможность повысить эффективность фазового управления напряжением.

Кроме того, известен способ фазового управления напряжением в электрической системе (авт. свид. SU 858175, H02J 3/24. Способ повышения устойчивости электрических систем / Л.П. Калинин, В.А. Бошняга, В.М. Постолатий и И.Т. Комендант), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором устанавливают угол фазового смещения напряжения фазорегулирующего трансформатора, соответствующий текущей величине нагрузки генератора.

Однако недостатком является то, что в данном способе не задаются требуемыми режимными параметрами электрической системы с фазовым управлением, что не дает возможность повысить эффективность фазового управления напряжения.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является повышение эффективности фазового управления напряжением электрической системы.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе фазового управления напряжением в электрической системе задаются требуемыми режимными параметрами электрической системы с фазовым управлением, механический момент абсолютного движения ротора синхронной машины электрической системы расчленяют на относительный и переносный, управление переносным моментом производят указанным фазовым смещением напряжения в соответствии с требуемыми режимными параметрами.

На Фиг. 1 представлена функциональная схема, реализующая предлагаемый способ.

На Фиг. 2 представлена схема и векторная диаграмма электрической системы без фазового управления напряжения, поясняющая способ.

На Фиг. 3 представлена схема и векторная диаграмма электрической системы с фазовым управлением напряжения, поясняющая способ.

Способ осуществляется следующим образом (Фиг. 1). Задаются требуемыми режимными параметрами электрической системы с фазовым управлением (1), исходя из требуемых режимных параметров электрической системы с фазовым управлением, формируют закон управления фазовым смещением (2), по которому осуществляют фазовое смещение напряжения (3). Механический момент абсолютного движения ротора (4) синхронной машины в электрической системе расчленяют на относительный (6) и переносный (5). Фазовое смещение напряжения, являясь составной частью механического момента переносного движения ротора синхронной машины (6), изменяет его. Поскольку относительный (6) и переносный (5) механические моменты являются взаимосвязанными и составляют абсолютный механический момент движения ротора (4) синхронной машины (Фиг. 1), меняя переносный момент (5), изменяют относительный (6). Изменяющийся механический момент относительного движения ротора (6) определяет режим электрической системы, придавая ей требуемые режимные параметры (7).

Таким образом, повышают эффективность фазового управления напряжением в электрической системе, формируя фазовое смещение в соответствии с требуемыми режимными параметрами.

Для пояснения сущности предлагаемого способа представлена наиболее простая математическая модель электрической системы, которая применяется для описания электромеханических переходных процессов (Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. для электроэнергет. спец. вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1985. - с. 72).

Она состоит из дифференциального уравнения, описывающего движение ротора синхронной машины, и его взаимосвязи с алгебраическим уравнением состояния электрической сети.

Для простейшей электрической системы (Фиг. 2), состоящей из шин неизменного напряжения (U), сопротивления связи (X) и синхронной машины (СМ), имеющей постоянную инерции T_J и ЭДС Е. Общепринятое дифференциальное уравнение в синхронно вращающихся осях ω_o выглядит следующим образом:

где T_J - постоянная механической инерции ротора СМ;

- ускорение ротора СМ (вектора ЭДС Е) относительно синхронно вращающейся оси;

δ - абсолютный угол, определяющий положение ротора СМ (вектора ЭДС Е);

δ_отн - относительный угол между вектором ЭДС Е СМ и шин неизменного напряжения U;

Р₀ - мощность турбины;

P_maxsin δ_отн - алгебраическое уравнение состояния электрической сети,

где - максимальная электромагнитная мощность, передаваемая по сопротивлению связи (X).

Для решения дифференциального уравнения движения электрической системы относительный угол приравнивают к абсолютному (δ_отн=δ).

Введение (Ф) фазового смещения (γ) между шинами неизменного напряжением (U) и напряжением (U_Ф), подаваемым на сопротивление связи (X), приводит к нарушению равенства абсолютного δ и относительного δ_отн углов в электрической системе (Фиг. 3).

В физике (http://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/759581), при рассмотрении сложного движения обычно выбирают одну из систем отсчета за базовую («абсолютную»), другую называют «подвижной» и вводят следующие термины:

- абсолютное движение - это движение точки/тела в базовой системе отсчета,

- относительное движение - это движение точки/тела относительно подвижной системы отсчета,

- переносное движение - это движение второй систем отсчета относительно первой. Также вводятся понятия и термины соответствующих скоростей и ускорений.

Тогда, на основании представленной векторной диаграммы напряжений электрической системы с фазовым управлением (Фиг. 3), связь между δ - абсолютным углом и δ_отн - относительным углом электрической сети можно записать в следующем виде:

где γ - угол фазового смещения напряжения или переносный угол по определению сложного движения.

Тогда связь скоростей абсолютного и относительного углов:

и ускорений:

В результате, дифференциальное уравнение, в относительной системе координат с учетом (1) будет выглядеть следующим образом:

или

Механический момент абсолютного движения ротора синхронной машины электрической системы расчленяют на переносный , управляемый ускорением фазового смещения напряжения в соответствии с требуемыми режимными параметрами системы и относительный , определяющий заданный режим (P_maxsinδ_отн) в электрической системе.

Способ фазового управления напряжением в электрической системе с фазовым управлением осуществляют следующим образом.

Задают требуемые режимные параметры электрической системы. Например, электрическая система фазовым управлением напряжения должна иметь апериодический характер переходных процессов. Такую систему представляют следующим дифференциальным уравнением:

где L - коэффициент демпфирования.

Вычитают из уравнения движения (6) электрической системы с фазовым управлением напряжения, уравнение (7) с требуемыми режимными параметрами электрической системы, получают уравнение для закона управления фазовым смещением напряжения:

Преобразуют уравнение (8) относительно ускорения , получают закон управления ускорением фазового смещения напряжения:

Подставляют выражение для закона управления ускорением фазового смещения напряжения (9) в (6), получают электрическую систему с требуемыми режимными параметрами (7). Для реализации закона управления необходимо иметь информацию о δ_отн.

Таким образом, техническим результатом предлагаемого изобретения является увеличение эффективности фазового управления напряжением в электрической системе, за счет формирования фазового смещения в соответствии с требуемыми режимными параметрами электрической системы.

Способ фазового управления напряжением в электрической системе, при котором создают фазовое смещение напряжения, отличающийся тем, что задаются требуемыми режимными параметрами электрической системы, механический момент абсолютного движения ротора синхронной машины электрической системы расчленяют на относительный и переносный и управление переносным моментом производят указанным фазовым смещением напряжения в соответствии с требуемыми режимными параметрами.

Изобретение относится к устройствам регулирования потребления электроэнергии системами освещения. Технический результат - повышение эффективности управления потребляемой мощностью.

Способ включения конденсаторов // 2577769

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроэнергетическим системам. Предлагается способ включения трехфазных блоков конденсаторов практически без переходного процесса и превышения напряжений на конденсаторах их установившихся значений.

Способ регулирования напряжения узла электрической сети и узлов, примыкающих к нему // 2561915

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для поддержания и регулирования напряжения в электрической сети. Технический результат - снижение потерь (или увеличение пропуска) мощности в прилегающем к узлу регулирования напряжения районе сети при поддержании в заданных пределах напряжений примыкающих узлов.

Электрическое устройство и аппарат управления энергопотреблением для изменения уровня управления реагированием на спрос (dr) // 2559807

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей.

Компенсированная система электроснабжения удаленных потребителей электрической энергии // 2557065

Изобретение относится к системам электроснабжения на основе силовой преобразовательной техники, питающим удаленные потребители электрической энергии. Технический результат - создание возможности эффективного электроснабжения удаленных потребителей электрической энергии по линии электропередачи переменного тока с большими величинами активного и индуктивного сопротивлений.

Способ регулирования напряжения тяговой сети переменного тока // 2551133

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности регулирования напряжения на участке тяговой сети с группой тяговых подстанций.

Устройство для регулирования напряжения сети // 2549377

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в сетях электроснабжения. Технический результат - повышение надежности.

Способ регулирования напряжения на тяговой подстанции переменного тока // 2547817

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение эффективности регулирования напряжения.

Блок автоматического регулирования вставкой постоянного тока // 2539357

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического регулирования вставкой постоянного тока на базе двух ведомых сетью преобразователей напряжения типа СТАТКОМ, управляемых способом широтно-импульсной модуляции (ВПТН).

Способ реализуемого компьютером управления электрическим потреблением энергии множества потребителей энергии в электрической энергосети // 2533669

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение децентрализованного управления энергопотреблением.

Способ автоматического регулирования напряжения в электрической сети с задержкой по времени начала регулирования // 2588255

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение качества и стабильности регулирования напряжения в электрической сети. Согласно способу задают соотношение между фактическим отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей, подключенных к электрической сети, и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, от которого питается электрическая сеть, задают задержку по времени фактического соотношения между отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора от заданного соотношения, измеряют фактическое напряжение у всех потребителей, подключенных к электрической сети. Определяют фактическое отклонение измеренного напряжения от нормативного значения у всех потребителей, измеряют фактическое напряжение вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора, определяют фактическое соотношение между отклонениями напряжения от нормативного значения у всех потребителей и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора. Если данное фактическое соотношение через заданное время отличается от заданного соотношения, начинают отчет времени, равного заданному времени фактического соотношения между отклонением напряжения у всех потребителей от нормативного значения и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора от заданного соотношения. Если в момент окончания отсчета времени фактическое соотношение между отклонением напряжения от нормативного значения у всех потребителей и напряжением вторичной обмотки трансформатора или вольтодобавочного трансформатора отклоняется от заданного соотношения, то полученное значение этого отклонения используют в качестве корректирующего сигнала. 1 ил.

Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока 25кв // 2595088

Изобретение относится к подаче электроэнергии к электрическим сетям, контактирующим с токоприемниками транспортных средств. Система электроснабжения электрифицированных железных дорог переменного тока содержит систему внешнего электроснабжения, систему районного электроснабжения, тяговые подстанции, тяговую сеть, тяговые нагрузки, диспетчерский пункт, каналы связи, блоки анализа графика движения поездов, нагрузок системы внешнего электроснабжения и районных нагрузок, блок определения времени схемы коммутации по графику движения поездов, по системе внешнего электроснабжения, по районным нагрузкам и питания тяговых нагрузок и блок определения рациональной схемы коммутации питания тяговых нагрузок. Диспетчерский пункт включает в себя поездного диспетчера и энергодиспетчера. Тяговые подстанции содержат силовые трансформаторы с устройством регулирования напряжения под нагрузкой, распределительные устройства высшего, районного и тягового напряжения. Технический результат заключается в обеспечении выполнения графика движения поездов при минимальных потерях электрической энергии с учетом графика нагрузок систем внешнего и районного электроснабжения. 1 ил.

Способ регулирования напряжения тяговой сети переменного тока // 2610303

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение точности регулирования мощности установки поперечной емкостной компенсации (КУ), и, следовательно, повышение надежности и экономичности электроснабжения тяговой сети. Согласно способу параллельно установкам поперечной емкостной компенсации (КУ) включены тиристорно-реакторные группы, формирующие совместно с КУ статические тиристорные компенсаторы (СТК) измерительными трансформаторами напряжения со вторичными обмотками, измеряющими напряжение на СТК, причем все СТК поддерживают на выходе одинаковое напряжение Ucm, а в тяговой сети введены телемеханизированные пункты параллельного соединения контактной сети (ППС), расположенные между подстанциями и постом секционирования с измерительными трансформаторами напряжения с вторичными обмотками, измеряющими напряжение у ППС, и информационно-управляющий блок (ИУБ). По измеренным напряжениям блок ИУБ дает команду на все СТК на повышение (понижение) напряжения. 1 ил.

Электронно-управляемый силовой трансформатор (эуст) для линии электропередачи к потребителю с переменной нагрузкой // 2628752

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в многосвязных системах автоматического регулирования перераспределением потоков электроэнергии в многозвенных линиях электропередачи. Заявлен электронно-управляемый силовой трансформатор (ЭУСТ) для линий электропередачи к потребителю с переменной нагрузкой, содержащий коммутирующие пары встречно-параллельно соединенных тиристоров, подключенных к вторичной обмотке силового трансформатора, отличающийся тем, что вторичная обмотка выполнена многоотводной, те или иные отводы которой через указанные пары тиристоров коммутируются по отдельности к линии электропередачи через блок измерения тока в последней, изменяющегося с изменением нагрузки у потребителя, выход блока измерения тока в линии электропередачи и вывод от начала линии подключены к системе автоматического регулирования, управляющей работой электронного переключателя блоков включения соответствующей пары тиристоров, число которых равно числу выводов вторичной обмотки силового трансформатора, причем выбор коммутации того или иного вывода вторичной обмотки силового трансформатора к линии электропередачи осуществляется в системе автоматического управления путем сравнения опорного напряжения UO=rI, где r - известное сопротивление линии электропередачи, соответствующего среднестатистическому току I нагрузки RH потребителя, с текущим значением падающего в линии электропередачи напряжения rI(α), где I(α)=I/α - текущее значение тока нагрузки RH(α)=αRH потребителя при коэффициенте α текущего разброса величины нагрузки, большего или меньшего единицы; при этом стабилизируемое напряжение в конце линии электропередачи U2 и напряжение в ее начале U1(α) связаны соотношением U2=U1(α)-rI(α) и напряжение U2=αRHI/α=RHI у потребителя поддерживается неизменным с абсолютной погрешностью, не превышающей шага ΔU между напряжениями в смежных эквидистантно распределенных по напряжению выводах вторичной обмотки силового трансформатора. Устройство включает систему автоматического управления ЭУСТ из двух независимых контуров управления, выходные сигналы которых суммируются и результирующий сигнал управления подается на вход аналого-цифрового преобразователя, связанного с дешифратором, N выходов которого из общего числа 2m>N его выходов подключены соответственно к N блокам включения соответствующих пар силовых тиристоров, причем первый контур управления содержит последовательно соединенные формирователь сигнала rI(α), схему вычитания на первом операционном усилителе между сигналами - опорным 2UO и текущим rI(α), а второй контур управления включает последовательно соединенные вычитатель, на два входа которого подаются сигналы, пропорциональные значениям U1(α) и rI(α), интегратор на втором операционном усилителе, на входы которого подаются сигналы, пропорциональные разности U1(α)-rI(α) и U2, и двуполярное пороговое устройство - ограничитель по минимуму с порогами ограничения UПОР≈(+/-)1,5ΔU, где ΔU - различие напряжений между соседними выводами вторичной обмотки силового трансформатора. Кроме того, каждый из N входящих в систему автоматического управления блок включения тиристорной пары содержит пару оптронов, светодиоды которых включены последовательно с транзистором управления к источнику питания, база транзистора соединена с соответствующим выходом дешифратора, а оптотиристоры оптронов подключены к управляющим электродам силовых тиристоров и двум отдельным источникам питания, используемым для всех N пар оптронов. Технический результат - автоматическое поддержание неизменным напряжения у всех потребителей, связанных с трансформаторной подстанцией раздельными линиями электропередачи, независимо от вариации величин нагрузок у потребителей, а также снижение потерь энергии и обеспечение неискаженной формы синусоидального напряжения сети, поставляемого потребителю. Рассмотренная система авторегулирования может успешно использоваться при построении сети потребителей от одной ТП с перераспределением потоков энергии разным потребителям с варьируемыми нагрузками у них при сохранении стабильными сетевых напряжений. При этом следует использовать лишь один силовой трансформатор с мощностью, обеспечивающей всех потребителей. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Система управления режимом напряжений в распределительной электрической сети // 2631873

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и стабильности поддержания допустимого режима напряжений в распределительной сети, в которой часть территориально распределенных трансформаторных подстанций не оборудована средствами централизованного и/или локального управления (например, в процессе поэтапной модернизации сети), а также минимизация числа переключений регулятора напряжения под нагрузкой (РПН) силового трансформатора, питающего сеть, и, следовательно, повышение аппаратной надежности сети. Трансформаторные подстанции (1) различной оснащенности получают питание от понижающего силового трансформатора (2), снабженного РПН. Первый блок (6) управления предназначен для воздействия на РПН трансформатора (2) и размещен на подстанции (3). На части трансформаторных подстанций (например, 1.1) установлены измерительные трансформаторы (9) тока и измерительные трансформаторы (10) напряжения. Показания измерительных трансформаторов (7, 8 и 9, 10) оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) (11). Часть трансформаторных подстанций (1) оснащены автоматическими компенсаторами (12) реактивной мощности. Второй блок (14) управления выполнен на базе программируемого контроллера и связан цифровыми каналами (15) с блоком (6) и через АЦП (11) с измерительными трансформаторами (7-10). Кроме того, блок (14) связан цифровыми каналами с автоматическими компенсаторами (12) подстанций (1.1). 1 ил.

Трансформатор с переходным импедансом на основе электронного переключателя регулирования переменного напряжения // 2646843

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат состоит в повышении надежности. Принцип наложения формы сигнала основан на непрерывности формы сигнала и гибком регулировании напряжения, что обеспечивает, соответственно, гибкое преобразование переменного тока, гибкую передачу и преобразование электроэнергии и гибкое регулирование напряжения. Плавное регулирование напряжения в соответствии с гибким ступенчатым регулированием напряжения осуществляется: электронным переключателем регулирования переменного напряжения трансформатора с переходным импедансом и быстродействующим регулировочным трансформатором напряжения и обеспечивает возможность подключения высоковольтных электрических сетей шестью способами, в том числе подключения к электрической сети трансформатора с переходным импедансом или повышающего автотрансформатора. Это обеспечивает надежную компенсацию реактивной мощности. 7 н. и 8 з.п. ф-лы, 18 ил.