СПОСОБ ФАЗОВОГО УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ Российский патент 2016 года по МПК H02J3/12 

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.

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.

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.