СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ВОЗБУЖДЕННОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ Российский патент 2013 года по МПК H02J3/40 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для синхронизации синхронных генераторов с сетью.

В современных энергосистемах на общую сеть работает целый ряд электростанций, и поэтому параллельно на общую сеть работает большое число синхронных генераторов. Благодаря этому достигается большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера и другие выгоды.

При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы. Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора.

В настоящее время широко известны два способа автоматической синхронизации синхронных генераторов с сетью: способ точной синхронизации и самосинхронизации. В первом случае синхронный генератор нормально возбужден. Во втором случае он включается невозбужденными, а затем за счет подаваемого нормального возбуждения втягивается в синхронизм с электрической системой нарастающим с ростом тока возбуждения синхронным моментом (самосинхронизация) [Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. Автоматика электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1981, с.52-53].

Недостатками способа точной синхронизации являются сложность схемы и аппаратуры, сравнительно большое время включения генератора в сеть, невозможность использования в системах, не имеющих быстродействующего и точного регулирования частоты вращения первичного двигателя.

Недостатком способа самосинхронизации является большой ударный ток включения.

Наиболее близок к изобретению способ синхронизации возбужденной синхронной машины, состоящий в регулировании частоты вращения до получения допустимого скольжения, ожидании момента совпадения фаз и включении машины в сеть в момент совпадения фаз. При этом введены операции, обеспечивающие оптимизацию переходного процесса при установлении заданного скольжения [А.с. СССР 1043786 А, Н02J 3/40, 1983]. Этот способ принят за прототип.

Недостаток прототипа состоит в большой длительности синхронизации, поскольку эта длительность складывается из двух последовательных во времени процессов: сначала происходит точная подгонка частоты машины к частоте сети (допустимая разность частот равна 0,05-0,2 Гц, т.е. частота должна поддерживаться с точностью 0,1-0,4%) и затем ожидание совпадения фаз на этой частоте. Также недостатком является невозможность использования этого способа в системах, не имеющих быстродействующего и точного регулирования частоты вращения первичного двигателя.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение быстродействующего включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью с малыми ударными токами без регулирования мощности (скорости) первичного двигателя в процессе разгона.

Техническим результатом является повышение быстродействия включения синхронного генератора в сеть с малым ударным током.

Указанный технический результат достигается за счет того, что момент включения генератора в сеть определяется в процессе его разгона под действием приводного двигателя. Возбуждение генератора выставляется таким образом, чтобы при синхронной скорости вращения напряжение генератора равнялось напряжению сети. По мере разгона генератора напряжение на якорной обмотке генератора увеличивается пропорционально скорости вращения, и непрерывно сравнивается с напряжением сети. Поскольку частоты и амплитуды напряжений генератора и сети не одинаковы, то разность мгновенных значений напряжений генератора и сети (напряжение биения) изменяется от максимального до минимального значений. Затем при подходе к номинальной скорости вращения в момент когда, минимум напряжения биения становится меньше или равным 10% номинального напряжения генератора, что свидетельствует о сближении фаз напряжений генератора и сети, генератор включается в сеть.

Данный способ может быть осуществлен с помощью устройства автоматической синхронизации, содержащего блок преобразования напряжения сети и генератора 1 (БП 1), блок сравнения разности напряжений синхронного генератора и сети с заданной величиной 2 (БС 2) и логический блок 3 (ЛБ 3). Блок преобразования служит для получения разности напряжения генератора (u_ген) и сети (u_сети) (напряжения биения Δu) . Блок сравнения сравнивает напряжение биения (Δu) с заданной величиной (u_зад) и формирует сигнал, при получении которого логический блок формирует сигнал на включение генератора на параллельную работу с сетью. Функциональная схема устройства автоматической синхронизации представлена на фиг.1.

Описываемый способ позволяет уменьшить время синхронизации синхронного генератора с электрической сетью, а также уменьшить ударные токи и моменты в системах, не имеющих быстродействующего и точного регулирования частоты вращения первичного двигателя.

Литература

1. Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. Автоматика электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1981, с.52-53.

Использование: в области электротехники и может быть использовано для синхронизации синхронных генераторов с сетью. Технический результат - повышение быстродействия включения синхронного генератора в сеть с малым ударным током. Согласно способу момент включения генератора в сеть определяется в процессе его разгона под действием приводного двигателя. Возбуждение генератора выставляется таким образом, чтобы при синхронной скорости вращения напряжение генератора равнялось напряжению сети. По мере разгона генератора напряжение на якорной обмотке генератора увеличивается пропорционально скорости вращения, и непрерывно сравнивается с напряжением сети. Поскольку частоты и амплитуды напряжений генератора и сети не одинаковы, то разность мгновенных значений напряжений генератора и сети (напряжение биения) изменяется от максимального до минимального значений. Генератор включается в сеть при подходе к номинальной скорости вращения в момент, когда минимум напряжения биения становится меньше или равным 10% номинального напряжения генератора, что свидетельствует о сближении фаз напряжений генератора и сети. 1 ил.

Способ синхронизации возбужденной синхронной машины, состоящий в ожидании момента сближения фаз и включении возбужденной синхронной машины в сеть в момент сближения фаз, отличающийся тем, что момент включения генератора в сеть определяется в процессе его разгона и происходит при подходе к номинальной частоте вращения тогда, когда минимум напряжения биения становится меньше или равным 10% от номинального напряжения генератора.