СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Российский патент 2018 года по МПК H02J3/42 

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

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является техническое решение из патента JP S 54150662. Способ заключается в том, что трехфазные напряжения, обнаруженные детектором напряжения и датчиком напряжения нагрузки, добавляются друг к другу цепями фазового дополнения. Выходы схем сложения фаз преобразуют в абсолютные значения по модулям абсолютного значения. Абсолютные значения поступают на вход трехфазного сумматора, выходной сигнал которого сравнивают с помощью компаратора с напряжением заданного уровня.

Однако данный способ обладает недостаточной точностью.

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в недостаточной точности определения момента времени подачи сигнала на включение на нагрузку синхронизируемого генератора.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение чувствительности и точности определения момента времени подачи сигнала на включение токового автомата подключаемого генератора.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе синхронизации синхронных генераторов входные сигналы, пропорциональные разнице между мгновенными фазными напряжениями одноименных фаз работающего на сеть генератора и подключаемого генератора, возводят в квадрат, а затем суммируют с помощью сумматора, выходной сигнал сумматора сравнивают с установленным уровнем напряжения, в случае превышения установленным уровнем напряжения значения напряжения выходного сигнала сумматора на выходе компаратора формируют импульс, по переднему фронту которого формируют сигнал на включение токового автомата подключаемого генератора.

Раскрытие заявляемого изобретения показано с помощью фигур 1-4, на которых изображены:

Фиг. 1 - блок-схема реализации заявляемого способа;

Фиг. 2 - вектор разности изображающих векторов напряжения сети и синхронного генератора;

Фиг. 3 - осциллограммы заявляемого способа;

Фиг. 4 - сравнение осциллограмм наиболее близкого аналога (внизу) и заявляемого способа (вверху).

На фиг. 1-3 позициями 1-17 показаны:

1 - первый блок выделения разности;

2 - второй блок выделения разности;

3 - третий блок выделения разности;

4 - первый блок перемножения;

5 - второй блок перемножения;

6 - третий блок перемножения;

7 - сумматор;

8 - компаратор;

9 - изображающий вектор напряжения трехфазной цепи, U_s;

10 - изображающий вектор напряжения синхронного генератора, U_g;

11 - электрическая угловая скорость вращения изображающего вектора напряжения синхронного генератора, ω_g;

12 - электрическая угловая скорость вращения изображающего вектора напряжения сети, ω_s;

13 - текущий угол между изображающими векторами напряжения сети и синхронного генератора, δ;

14 - вектор разности между изображающими векторами напряжения сети и синхронного генератора, ΔU;

15 - импульсное напряжение;

16 - кривая параметра ΔU²(t) при разности частот сети и подключаемого синхронного генератора, равной 2 Гц;

17 - установленное значение напряжения U_y, соответствующее максимально допустимому углу δ, при котором синхронизация возможна.

Способ осуществляют следующим образом.

Входные сигналы, пропорциональные мгновенным фазным напряжениям работающего и подключаемого генератора, поступают на входы блоков выделения разностей 1-3, при этом на неинвертирующий вход каждого блока выделения разности подают напряжение сети, а на инвертирующий - генератора. После разностные сигналы поступают на входы первого, второго и третьего блоков перемножения 4-6, где происходит возведение в квадрат каждого разностного сигнала. Возведенные в квадрат разностные сигналы поступают на вход сумматора 7, где их суммируют между собой. Полученный обобщенный сигнал подают на инвертирующий вход компаратора 8, на неинвертирующий вход которого поступает установленное значение напряжения, определяющее допустимый угол между роторами генераторов при синхронизации, сравнивая таким образом обобщенный сигнал с установленным значением напряжения. В случае превышения установленным значением напряжения величины напряжения на выходе сумматора 7 по переднему фронту выходного сигнала компаратора 8 формируют сигнал на включение генераторного автомата.

Для наглядности и понимания предложенного способа показана синхронизация генератора с сетью или с другим синхронным генератором с помощью модуля вектора разности изображающих векторов трехфазного напряжения сети и синхронизируемого генератора (фиг. 2).

Так как роторы "скользят" относительно друг друга из-за неравенства электрических угловых скоростей, то модуль разности изображающих векторов напряжения сети и генератора будет представлять собою известную огибающую напряжения биения между одноименными фазами сети и синхронного генератора. Математически этот параметр имеет вид:

u_a=U_scosω_st;

u_b=U_scos(ω_st-120);

u_c=U_scos(ω_st+120);

u_ag=U_gcos(ω_gt+ϕ_g);

u_bg=U_gcos(ω_gt+ω_g-120);

u_cg=U_gcos(ω_gt+ϕ_g+120);

где u_a,u_b,u_c - мгновенные фазные напряжения сети;

u_ag,u_bg,u_cg - мгновенные фазные напряжения подключаемого синхронного генератора;

U_s - мгновенный модуль изображающего вектора напряжения трехфазной сети - 9;

U_g - мгновенный модуль изображающего вектора напряжения синхронного генератора, подключенного к сети - 10;

ΔU - модуль вектора разности изображающих векторов сети и подключаемого генератора - 14;

ω_g, ω_s - электрические угловые скорости вращения синхронного генератора и сети - 11 и 12 соответственно;

ϕ_g - начальная фаза изображающего вектора напряжения синхронного генератора;

δ - текущий угол между изображающими векторами напряжения сети и синхронного генератора -13.

Пусть U_g=U_s=U, что обеспечивается автоматическими регуляторами напряжения.

Разности мгновенных фазных напряжений будут представлять выражения:

;

;

;

При возведении в квадрат полученных разностей и последующем их сложении данное выражение принимает следующий вид:

;

где U - модуль изображающего вектора трехфазного напряжения для сети и для синхронного генератора является величиной мгновенной.

Для обобщенного сигнала наиболее близкого аналога имеют место следующие выражения:

Т.е. обобщенный сигнал наиболее близкого аналога представляет собой сумму абсолютных значений мгновенных межфазных разностей напряжений между работающим на сеть генератором и подключаемым генератором. Мгновенные межфазные разности напряжений представляют из себя гармонические колебания с угловой частотой, равной разности (w_s-w_G), а амплитуда этих гармонических колебаний меняется во времени по закону «огибающей биения». Затем эти мгновенные межфазные разности напряжений суммируются друг с другом по абсолютному значению. Как видно из осциллограмм на фиг. 4, при сравнении этого сигнала с установленным значением напряжения U_y с помощью компаратора при близких значениях ΔU(t) и U_y компаратор выдает несколько импульсов, близко находящихся друг от друга, что снижает точность работы наиболее близкого аналога.

Из формулы видно, что сигнал на неинвертирующем входе компаратора представляет собой разность гармонических колебаний с различной частотой и фазой, образуя биения, которые снижают точность работы устройства (фиг. 4).

Предлагаемые осциллограммы для заявляемого способа (фиг. 3) получены путем записи выходного сигнала сумматора 7. Кривая 16 изображает параметр ΔU²(t) при разности частот сети и подключаемого синхронного генератора, равной 2 Гц. Прямой 17 показано установленное значение напряжения U_y, соответствующее максимально допустимому углу δ, при котором синхронизация возможна. Импульсное напряжение, представленное кривой 15, является выходным сигналом компаратора 8, и по его переднему фронту формируют сигнал на включение генераторного автомата, если установленное значение напряжения U_y больше величины параметра ΔU².

Приведенные примеры являются частными случаями и не исчерпывают всех возможных реализаций заявляемого изобретения.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные вариации заявляемого способа не изменяют сущность изобретения, а лишь определяют его конкретные воплощения.

Использование: в области электротехники. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение чувствительности и точности определения момента времени подачи сигнала на включение токового автомата подключаемого генератора. В способе синхронизации синхронных генераторов входные сигналы, пропорциональные разнице между мгновенными фазными напряжениями одноименных фаз работающего на сеть генератора и подключаемого генератора, возводят в квадрат, а затем суммируют с помощью сумматора. Выходной сигнал сумматора сравнивают с установленным уровнем напряжения. В случае превышения установленным уровнем напряжения значения напряжения выходного сигнала сумматора на выходе компаратора формируют импульс, по переднему фронту которого формируют сигнал на включение токового автомата подключаемого генератора. 4 ил.

Способ синхронизации синхронных генераторов, характеризующийся тем, что входные сигналы, пропорциональные разнице между мгновенными фазными напряжениями одноименных фаз работающего на сеть генератора и подключаемого генератора, возводят в квадрат, а затем суммируют с помощью сумматора, выходной сигнал сумматора сравнивают с установленным уровнем напряжения, в случае превышения установленным уровнем напряжения значения напряжения выходного сигнала сумматора на выходе компаратора формируют импульс, по переднему фронту которого формируют сигнал на включение токового автомата подключаемого генератора.