Устройство для связи двух энергосистем Советский патент 1987 года по МПК H02J3/04 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для соединения двух энергосистем, входящих в единое энергообъединение и работающих несинфазно, а также для связи двух несинхронно работающих энергосистем, частоты в которых мало различаются между собой.

Цель изобретения - обеспечение плавного поперечного регулирования напряжения при неизменном модуле коэффициента трансформации между синхронно работаю- щими энергосистемами, а также удещевле- ние и осуществление соединения двух несинхронно работающих энергосистем, частоты которых отличаются не более чем на 1,5 Гц.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства для связи двух несинфазно работающих энергосистем; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства для связи двух несинхронно работающих энергосистем; на фиг. 3 - векторная диаграмма напряжений на одном фазоповоротном трансформаторе; на фиг. 4 - поворот вектора напряжения, осуществляемый устройством при двух положениях блока транспозиции фаз (БТФ); на фиг. 5 - упрощенная схема устройства с блоком транспозиции фаз, состоящим из двух выключателей.

Устройство (фиг. 1) содержит два фазо- поворотных трансформатора ФПТ-1 и ФПТ-2 и блок 3 транспозиции 3. Один из применяемых ФПТ является понижающим, а другой- повышающим. Блок 3 транспозиции фаз выполняется на пониженном напряжении и представляет собой три трехфазных выключателя 4.

Схемы соединения обмоток ФПТ-1 и ФПТ-2 одинаковы. Обмотки 5 высокого напряжения А, В, С и Ai, 82, Сг соединены в звезду. Обмотки 6 низкого напряжения AI В| С| и А2 82 С2 соединены с дополнительными обмотками 7 и 8 по схеме «двойной зигзаг. Каждая дополнительная обмотка 7 и 8 снабжена отпайками 9-22 и 9-22 для продольно-поперечного регулирования, имеет число витков, равное 1/3 от основной обмотки низкого напряжения и разделена на секции. На фиг. 1 и 2 представлен вариант выполнения дополнительных обмоток из щести секций. Для уменьшения ступени регулирования количество секций может быть увеличено. Секции дополнительных обмоток подключаются с помощью коммутирующих ключей регулятора под нагрузкой (РПН) (фиг. 1) или тиристорных выключателей (фиг. 2).

На фиг. 1 и 2 и в.таблице указаны входные ключи 9-15 первых дополнительных обмоток 7 и выходные - 9-15, входные ключи 16-22 вторых дополнительных обмоток 8 и выходные - 16-22.

В зависимости от числа подключенных витков дополнительных обмоток, согласного или встречного включения этих обмоток

вектор напряжения обмотки низкого напряжения (ВН) может упираться в верщину любого из ромбов (фиг. 3). При этом возможно продольное и поперечное регулирование напряжения.

Поскольку в предлагаемом устройстве цель - изменение фазы, а не модуля, то коммутируют ключи РПН таким образом, чтобы число секций, подключаемых в каждой из дополнительных обмоток, было одинаково, а напряжение включения одной из дополнительных обмоток было согласное, а другой - встречное или наоборот. Тогда суммарный вектор напряжения, индуктируемого в обеих дополнительных обмотках, повернут относительно вектора напряжения основной обмотки на 90° и обеспечивает поворот вектора напряжения вторичной обмотки (U) относительно первичной (U) (фиг. 3). Изменяя число подключенных секций в дополнительных обмотках и направление их вклю-. чения, осуществляют изменение угла 0 в диапазоне ±30° (фиг. 3).

Регулирование дополнительных обмоток в обоих ФПТ производится согласованно. При этом числа подключенных секций в ФПТ1 и ФПТ2 выбираются одинаковыми, а направления включения - противополож- нь1ми. Тогда при повороте Ui относительно Ui на угол в, поворот Оз относительно Щ будет на угол 0, а суммарный поворот Oz относительно 0, осуществляемый обоими ФПТ, равен 20. Следовательно, поворот вектора С12 относительно Ui возможен в диапазоне ±60°.

Рассматривая для простоты приведенные трансформаторы, у которых числа витков основных первичных и вторичных обмоток одинаковы, имеем

TI 1 II 2 Ul ГГГЬ. U2 ;.

созЭ

COS0

Согласно фиг. 1, всегда . Следовательно, при любых углах 0 Ui U2, т. е. продольное регулирование модуля напряжения отсутствует.

В общем случае напряжение LL| может быть не равно Ua. Так, например, возможен случай, когда кВ, а кВ. Однако, поскольку у каждого из ФПТ число витков любой из дополнительных обмоток равно 1/3 от числа витков основной его вторичной обмотки, результирующий модуль коэффициента трансформации всего устройства будет неизменным при любом диапазоне изменения углов 0

ff K- „iM

- .

U2

где /Cpes const.

U,

На фиг. 1 и 2 зафиксирован момент, когда ток протекает по трем из шести секций дополнительных обмоток. При этом на ФПТ1 в первой группе дополнительных обмоток

10

ток течет встречно (от зажимов к нейтрали), а во второй группе обмот ок - согласно. Поэтому на фиг. 3 вектор им повернут относительно tJai на -(-15°. У ФПТ2 в первой группе дополнительных обмоток ток течет согласно, во второй - встречно, и вектор UA2 повернут относительно Uaa на угол -15°. Поскольку на фиг. 1 и 2 у блока транспозиции фаз включена первая группа выключателей (1), то вектора Clai и Ua2 совпадают, а вектор Ол2 повернут относительно UAI по часовой стрелке или на угол -30° (фиг. 4)

БТФ при переключении с первой группы выключателей на вторую (II) поворачивает вектор Соотносительно Ui на -120°, а при переключении с первой группы на третью (III) вектор напряжения поворачивается на -|-120° (или -240°) как показано на фиг. 4.

На фиг. 2 показана схема устройства для связи двух несинхронно работающих энергосистем. Схема этого устройства анало- 20 гична схеме, приведенной на фиг. 1. Отличное заключается в том, что все коммутации секции дополнительных обмоток у обоих ФПТ осуществляются с помощью тиристоров. БТФ также состоит из тиристорных коммутаторов. Все тиристорные коммутаторы выполнены по двухполупериодной схеме и переключаются циклически.

Порядок переключений для осуществле15

25

Скорость переключения или количество переключений в единицу времени в устройстве зависит от разности частот связываемых энергосистем. Если в одной системе частота /1, а в другой /2, то

(/1 (/e - i ; иг ,

а преобразователь частоты должен обеспечить

А L (/) (У

В этом случае мощность, передаваемая из одной энергосистемы в другую через устройство, равна

Р,2 sin6, Ла

где и - модуль приведенного напряжения; Х -суммарное индуктивное сопротивление обоих ФПТ; б - угол между векторами связываемых

систем.

При изменении частоты в одной из систем это проявляется в изменении перетока мощности через устройство относительно заданного РП. Если Р(, то преобразователь частоты компенсирует это изменение скорости переключений AV в зависимости от изменения перетока мощности

.,

35

ния непрерывного поворота вектора Cl2 относительно Ui по часовой стрелке показан , где Я,, Р(+т-мощности, протекающие через в таблице. При различии частот в связываемых энергосистемах на 0,5 Гц за 2 с должен быть проведен полный цикл- коммутации с 1 до 40 переключения (см. таблицу).

Согласно фиг. 1 и 2 и таблице при выбранном числе секций дополнительных обмоток одновременная коммутация одной секции на всех дополнительных обмотках меняет угол с щагом, равным приблизительно 10°. Этот шаг можно уменьшить в четыре раза, если коммутации одной ступени производить

не одновременно в четырех дополнительных 40 ход и обусловленные этим колебания актив- обмотках, в последовательно, первой обмот- ной мощности через устройство. Противо- ке ФПТ1, затем во второй обмотке ФПТ2, затем во второй обмотке ФПТ1, затем в первой обмотке ФПТ2. В случае преобразования частоты такая последовательность коммутации производится со сдвигом во времени.

При необходимости открыть /С-ую группу тиристоров и закрыть (К-1)-ю, сначала открывается /С-я группа, а (/(-1)-я закрывается через некоторый интервал времени. Последнее уменьшает коммутационные перенапряжения в дополнительных обмотках и сглаживает ступенчатость изменения угла. При работе блока транспозиции фаз открытие одних его тиристоров и закрытие других

45

устройство в моменты времени t и /4-Г;

Т - интервал времени, через который сравниваются перетоки мощности.

При резком изменении частоты, связанном с аварийным возмущением в одной из систем, возможно кратковременное возникновение разности частот более А/мдкс и ограничение скорости коммутации VHAKC. Тогда допустим кратковременный асинхронный

аварийная автоматика типа АЧР 1 снижает разность частот А/ /МАКС и восстанавливает нормальное функционирование устройства. Поэтому можно устройство не отключать, если частота восстанавливается и нет каскадного развития аварии.

50

Для управления перетоками мощности между двумя несинфазно работающими в энергообъединении системами в большинстве случаев (режимов) достаточно диапазона поперечного регулирования -|-60°. Необходимость в больщем диапазоне углов и работе переключателя фаз появляется гораздо реже (один-два раза в неделю или в сезон).

производится в момент перехода тока через

Для управления перетоками мощности между двумя несинфазно работающими в энергообъединении системами в большинстве случаев (режимов) достаточно диапазона поперечного регулирования -|-60°. Необходимость в больщем диапазоне углов и работе переключателя фаз появляется гораздо реже (один-два раза в неделю или в сезон).

нуль и одновременно с перекоммутацией Поэтому блок транспозиции фаз, выключа- тиристоров на всех дополнительных обмот- тели которого работают лищь 10-20 раз ках (переключения 13-14, 26-27, 39-40 и т. д. в таблице).

в год или менее, можно удешевить по сравнению со схемой, представленной на фиг. 1.

0

0

5

5

Скорость переключения или количество переключений в единицу времени в устройстве зависит от разности частот связываемых энергосистем. Если в одной системе частота /1, а в другой /2, то

(/1 (/e - i ; иг ,

а преобразователь частоты должен обеспечить

А L (/) (У

В этом случае мощность, передаваемая из одной энергосистемы в другую через устройство, равна

Р,2 sin6, Ла

где и - модуль приведенного напряжения; Х -суммарное индуктивное сопротивление обоих ФПТ; б - угол между векторами связываемых

систем.

При изменении частоты в одной из систем это проявляется в изменении перетока мощности через устройство относительно заданного РП. Если Р(, то преобразователь частоты компенсирует это изменение скорости переключений AV в зависимости от изменения перетока мощности

.,

где Я,, Р(+т-мощности, протекающие через

где Я,, Р(+т-мощности, протекающие через

ход и обусловленные этим колебания актив- ной мощности через устройство. Противо-

устройство в моменты времени t и /4-Г;

Т - интервал времени, через который сравниваются перетоки мощности.

При резком изменении частоты, связанном с аварийным возмущением в одной из систем, возможно кратковременное возникновение разности частот более А/мдкс и ограничение скорости коммутации VHAKC. Тогда допустим кратковременный асинхронный

ход и обусловленные этим колебания актив- ной мощности через устройство. Противо-

аварийная автоматика типа АЧР 1 снижает разность частот А/ /МАКС и восстанавливает нормальное функционирование устройства. Поэтому можно устройство не отключать, если частота восстанавливается и нет каскадного развития аварии.

Для управления перетоками мощности между двумя несинфазно работающими в энергообъединении системами в большинстве случаев (режимов) достаточно диапазона поперечного регулирования -|-60°. Необходимость в больщем диапазоне углов и работе переключателя фаз появляется гораздо реже (один-два раза в неделю или в сезон).

Поэтому блок транспозиции фаз, выключа- тели которого работают лищь 10-20 раз

Поэтому блок транспозиции фаз, выключа- тели которого работают лищь 10-20 раз

в год или менее, можно удешевить по сравнению со схемой, представленной на фиг. 1.

Предлагается в БТФ вместо трех установить два выключателя, каждый из которых с помощью трех трехфазных групп разъединителей позволяет обеспечить любое переключение фаз (фиг. 5). Пусть выключатель В1 через группу разъединителей Pil соединяет одноименные фазы ФПТ1 и ФПТ2, а регулирование осуществляется в диапазоне ±60°. Если угол приближается к величине -60°, то заранее у отключенного выключателя В 2 замыкаются разъединители P2II (фиг. 5). Когда угол в должен превысить величину -60°, включается В 2 и одновременно отключается В 1, благодаря чему осуществляется поворот на -120°. Согласованно с этим переключением производятся необходимые переключения у РПН обоих ФПТ для ступен- чатого изменения их сдвига фаз с -60° на -f 60° (см. переход с позиции 13 на пози- цию 14 в таблице), чтобы результирующий угол на фазоповоротном устройстве остался неизменным. После выполненных коммутаций устройство обеспечивает регулирование углов с помощью РПН в диапазоне -(60-

-180)°. Если в процессе дальнейщей работы энергосистем угол увеличится до -(160-

-170)°, то у разомкнутого выключателя В 1 (вместо Р|1) замыкается разъединитель PiHI. Если же угол не достигает 180°, а начинает уменьщаться до 70-80°, то у В1 замыкается вместо PiIII разъединитель Pjl,

а в нужный момент включается В, отключается BI и производятся соответствующие коммутации у РПН. Таким образом, пред- варительные коммутации разъединителей у отключенного выключателя позволяют в результате чередования работы двух выключателей обеспечить любой диапазон регулирования углов ±60°; +(60-180)° и (-60-180)°.

Применение принципа выполнения БФТ, описанного согласно фиг. 5, может быть использовано для повыщения надежности работы БТФ, выполненного из трех трехфазных выключателей (фиг. 1). Если к каждому из трех выключателей подключить три группы разъединителей (фиг. 5), то выход из строя или вывод в ремонт любого из этих выключателей приводит к схеме БТФ (фиг. 5) и не нарущает нормального функционирования всего устройства.

I9-15 : 2-1б 15-9 16-22 60

9-14 22-17 is-ltf16-21 50 9-12 22-19 15-12 16-19 30

9-9 : 2-22 15-15 1б-1б О

10-9 ; .1-22 14-15 17-16 -10

Таким образом, применение предлагаемого устройства в различных его модификациях позволяет связать несинфазно или несинхронно работающие энергосистемы. Формула изобретения

1. Устройство для связи двух энергосистем, работающих несинфазно, содержащее фазоповоротный трансформатор с регулятором под нагрузкой (РПН) и двумя дополнительными обмотками, имеющими отпайки для продольно-поперечного регулирования и соединенными со встречной обмоткой фазо- поворотного трансформатора по схеме «двойной зигзаг с числом витков в каждой дополнительной обмотке не менее 1/3 от числа витков вторичной обмотки фазоповоротного трансформатора, а также блок транспозиции фаз из трехфазных выключателей, подключенный последовательно к вторичной обмотке фазоповоротного трансформатора, отличающееся тем, что, с целью обеспечения плавного поперечного регулирования напряжения при неизменном модуле коэффициента трансформации между синхронно работающими энергосистемами, в него введен второй фазоповоротный трансформатор, аналогичный первому и подсоединенный вторично обмоткой к блоку транспозиции фаз последовательности, дополнительные обмотки фазоповоротных трансформаторов включены у одного фазоповоротного трансформатора первая - согласно, вторая - встречно, у другого фазоповоротного трансформатора первая - встречно, вторая - согласно или наоборот, причем на каждой из дополнительных обмоток включено одинаковое число секций, зависящее от угла поворота фазы.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью удещевления, блок транспозиции фаз выполнен из двух трехфазных выключателей, к каждому из которых подключено по три трехфазных разъединителя.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью соединения двух несинхронно работающих энергосистем, частоты которых отличаются не более чем на 1,5 Гц, отпайки дополнительных обмоток присоединены к РПН через тиристорные ключи, а блок транспозиции фаз представляет собой три трехфазных тиристорных коммутатора.

....Xi10 12-9 19-22 12-15 19-16 -30 13 15-9 16-22 19-15 22-16 -60

II 9-15 22-16 15-19 16-22 -60

9-12 22-19 15-12 16-19 -90

9-9 22-22 15-15 16-16 -120

12-9 19-22 12-15 19-16 -150

15-9 16-22 19-15 22-16 -180

III 9-15 22-16 15-9 16-22 -180 9-12 22-19 15-12 16-19 -150 9-9 22-22 15-15 16-16 -120 12-9 19-22 12-15 19-1б +90 15-9 16-22 19-15 22-1б +60

40 1 9-15 22-16 15-9 16-22 +60 43 9-12 22-19 15-12 16-19 +30

0/1, о/, о О

д д О

Продолжение таблицы

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - плавное поперечное регулирование напряжения при неизменном модуле коэффициента трансформации между синхронно работающими энергосистемами, а также соединение двух несинхронно работающих энергосистем, частоты которых отличаются не более чем на 1,5 Гц. Устр-во представляет собой два последовательно соединенных фазоповоротных тр-ра и блок 3 транспозиции фаз, подключенный к вторичным обмоткам 6 тр-ров. Вторичные обмотки 6 соединены по схеме «двойной зигзаг с двумя дополнительными обмотками 7 и 8 каждого из тр-ров. Дополнительные обмотки включены у одного тр-ра первая - согласно, вторая - встречно, а у другого - первая - встречно, а вторая согласно, или наоборот. Для статического поворота вектора напряжения для связи несинфазно работающих систем витки дополнительных обмоток подключаются с помощью обычного коммутатора регулятора под нагрузкой. В случае необходимости непрерывного поворота вектора напряжения для связи несинхронно работающих систем витки дополнительных обмоток подключаются с помощью тиристорных ключей. 2 з. п. ф-лы, 5 ил., 1 табл. оо о со to 0 д 2 Ьгki /л..„ ,г

и

и а, Ua2

270

Фиг.З

9ПТ1

0( 1

(paz.fy