Устройство для объединения энергосистем Советский патент 1989 года по МПК H02J3/34 

СП

О

j;

ю

00

цом обмотки 23 AByxo6tioTO4Horo трансформатора 22 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток 7 и 8 соответственно в якорных обмотках синхронных машин 3 и 4, трансформируются, причем для трансформатора 18 ЭДС через обмотку 21 трансформируется в обмотки 19 и 20, а для трансформатора 22 ЭДС через обмотку 24 трансформи- руется в обмотку 23. Трансформируемые ЭДС в обмотках 19 и 23 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС взаимодействующий с напряжением энергосистемы 1, а трансформируемые ЭДС

1504728

в обмотках 20 и 23 вычитаются, образуя сопряженньш вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2, При таком соединении якорных обмоток синхринных машин 3 и 4 обмоток трансформаторов 18 и 22 устройство в целом эквивалентно двум асин- хронизированным синхронным машинамэ одна из которых работает двигателем, другая - генератором. Тем самым обеспечивается заданньй переток мощности через устройство и его нормальное функционирование как устройства для объединения энергосистем, 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - упрощение устройства для объединения энергосистем. По сигналам от датчиков 12 углового положения ротора, датчиков частоты 15, напряжения 17 энергосистемы 1 и от датчика 16 частоты энергосистемы 2 автоматический регулятор 11 возбуждения формирует сигналы управления, поступающие в возбудители 9 и 10. Частота изменения токов возбуждения машин равна полуразности частот сигналов от датчиков 15 и 16. При соединении конца обмотки 19 и начала обмотки 20 трехобмоточного трансформатора 18 с концом обмотки 23 двухобмоточного трансформатора 22 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток 7 и 8 соответственно в якорных обмотках синхронных машин 3 и 4, трансформируются, причем для трансформатора 18 ЭДС через обмотку 21 трансформируется в обмотки 19 и 20, а для трансформатора 22 ЭДС через обмотку 24 трансформируется в обмотку 23. Трансформируемые ЭДС в обмотках 19 и 23 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 1, а трансформируемые ЭДС в обмотках 20 и 23 вычитаются, образуя сопряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 обмоток трансформаторов 18 и 22 устройство в целом эквивалентно двум асинхронизированным синхронным машинам, одна из которых работает двигателем, другая - генератором. Тем самым обеспечивается заданный переток мощности через устройство и его нормальное функционирование как устройства для объединения энергосистем. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для объединения гибкими связями энергосистем, обеспечивающим возможность их параллельной работы при различ- ных частотах.

Цель изобретения - упрощение устройства для объединения энергосистем.

На фиг.1 изображена схема предла- гаемого устройства для объединения энергосистему на фиг.2 - схема датчика углового положения ротора на фиг.З - схема автоматического регулятора возбужденияJ на фиг.4 - схе- ма блока преобразования координат.

Устройство для объединения энергосистем 1 и 2 содержит синхронные машины 3 и 4, продольные оси жестко соединенных роторов 5 и 6 которых расположены под углом 90 эл. град друг к другу, а обмотки 7 и 8 возбуждения роторов 5 и 6 подсоединены к своим возбудителям 9 и 10 соответственно, выполненным, напри- мер, в виде тиристорных преобразователей частоты (ГГЧ) с непосредственной связью (циклоконверторов), управляющие входы которых соединены с выходами автоматического ре- гулятора 11 возбуждения (АРВ),входы которого соединены с выходами датчика 12 углового положения ротора, датчиками 13 и 14 токов роторов, датчиками 15 и 16 частот объединяемых энергосис- тем и датчиком 17 напряжения энергосистемы 1. У трехобмоточного транформатора 18 начало обмотки 19 подсоединено к энергосистеме 1, конец

обмотки 20 - к энергосистеме 2, а обмотка 21 - к якорной обмотке синхронной машины 3. У двухобмоточ- ного трансформатора 22 обмотка 23 соединена с концом обмотки 19 и началом обмотки 20 трехобмоточного трансформатора 18, а обмотка 24 двух обмоточного трансформатора 22 - с обмоткой якоря винхронной машинь 4.

Датчик 12 углового положения ротора состоит из синхронмого токо- генератора 25, выводы которого соединены с выпрямительным блоком 26, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональньБ частоте (Wp) вращения вала, и блоком 27 пассивных интеграторов (RC-цепочки), на выход которого формируются гармонические сигналы практически постоянной амплитуды () об угловом положении вала,

АРВ 11 выполнен по типу АРВ-асин- хронизированной синхронной машины. Входы пропорционально-интегрального регулятора 28 соединены с выходами блока 29 коэффициента регулирования PJJ , датчика 17 напряжения и блока 30 задания уставки напряжения. На выходе формируется сигнал напряжения управления в канале реактивной мощности, поддерживаюшд й напряжение на статоре машины и, в cooTseTC i-BJiH с уставкой и

о

и

fVol

1%+к (и,,-иО + К f (и,„-и, )o/t

Ui

где /ifl Ку , K(j - коэффициенты регулиропания.

Входы пропорционального регулятора 31 соединены с выходами блока 32 задания коэффициента регулирования о/д , датчиков 15 и 16 частоты энерго- систем и датчика 12 углового положения ротора, а на выходе формируется сигнал напряжения управления в канале электромагнитного момента,обеспечивающий заданную скорость вращени ротора о/рГ

W, +UJ2

и,

где W,,

КЛ-WP)

(2)

uL - частоты объединяемых

энергосистем cfg , К - коэффициенты регули-

рования.

Сигналы (1) и (2) на постоянном токе, образующие закон управления и , далее в блоках 33 и 34 преобразования координат соответственно умножаются на вектор напряжения U от датчика 17 и единичньй вектор датчика 12. На выходе АРВ 11, т.е. на выходах операционных усилителей 35 и 36, имеется усиленные в Кр раз сигналы напряжений возбуждения с учетом сигналов обратных связей по токам роторов ifn датчиков 13 и 14, обеспечивающих жесткие отрицательные обратные связ по этим токам и линеаризующих каналы регулирования устройства:

,,Uf,

j(u)c-wplt + q ,., ,-U,- .

-K,-lf , li , e -l.

При этом 3 Xgj-i 1.. Учитывая, что при больших значениях коэффициента К е () величина фазы тока ротора М стремится к фазе сигнала напряжения управления Ч мЕ можно записать

jCur-ttlf,r) . U.fXK5(U, Uf,,-l)e

Ке(и, U,,(u,t+tr,,p +

+j sin(w.

f

4

(3)

Блоки 33 и 34 преобразования координат содержат блоки 37-40 npoijs- ведения и сумматоры 41 и 42.

Обозначив для упрощения индуктивные сопротивления обмоток 19, 20,

21, 23, 24 и якорньк обмоток синхронт- ных машин 3 и 4 через Х, X , Xj,

X.,

Х и X и ., контурные уравя JQ

t5

20

нения имеют вид при частоте координатных осей а)

Г -и, , i,-X

+Хз i.+X, i..),

12

ia+Xi4 14 +

-и, jWa(X, i,-X, i,-X, 1 +

H-Xji +X i);

0 X

+x,;. i,-x

v4Mlf 4-bX,

4

n 1 I

+X

0 ;X,-i,

if 3 )

+j Ifd5+ f 5-

li +

1-,

(4)

U

(5) (6)

(7) (8)

где X .. - сопротивления взаимной индукции между соответствующими обмотками i| - токи в этих обмотках. В уравнениях (4) - (7) сопротивление i-й обмотки

X , - X ij

+ X

6;

(9)

где X,. - сопротивление взаимной индукции между i-й и j-й обмотками; - сопротивление рассеяния

i-й обмотки.

Для трехобмоточного трансформатора 18 справедливо, что

0

5

X

la

Y Y

Л 4 14

О,

ТОК намагничивания

i, {,i, 1, откуда

ii ia - i,

Для двухобмоточного трансформатора 22 ток намагничивания

(13)

(10)

(11) (12)

f/ (lai -

О,

откуда

-1.

(1)

Подставляя (6) и (7) в (4) и (5) и учитывая при этом (8), (9), (10), (12) и (14), получают

55

-и, ju),(,+X 5+XM4+ XM5)i(X63- 6r 64+X,MrXM4)i -( ifdpr; (15)

7150W

-U .Jw(X,+XA3+X,,,-f +X,j)i,+(X,3+X.-X,,)i, -.

+Clf,-J Ifds) . 5

Из (15) и (16) очевидно, что если синхронные машины в агрегате одинаковые, т.е.

. (17) 10

и при этом индуктивное сопротивление рассеяния обмотки 21 равно индуктивному сопротивлению рассеяния трансформатора 22, т.е.

15

64

61 65

(18)

то взаимное влияние токов энергосистем 1 и 2 в трансформаторах исключается, а уравнения (15) и (16) можно записать в виде:

-и, jw,(X +2Xji,- -df.J Ifd5)(9)

-U jw,(X +y-Xji + + IH.-J )

где Хб, Х,+Х,.,+Х,+Хб5-, Хбг+Х(, . К (19) и (20) можно применить из- вестные соотношения

Ifcisbd cosy + lj sinj.j) ,.

)

-1 e -i,

(21)

4cV4-J 1 COSTTf-l j ,

jTf

, ,e +e e -e ч 1( о

т 1 1-e 1,

(22)

50

U)i -СОо. г

де I - j--i+ Ч .р - аргумент гар- 45

монического изменения

напряжения возбуяздения

устройства; 1 - модуль токов возбуждения

машин, численно равный .. л ЭДС i 1,1- соответственно прямой и

сопряженный векторы,

U, - Wi

(.JA - частота напряжения возбуждения.

Записав уравнения (19) и (20) в сях координат U)p+ ..де

i 1, 2, и учитывая при этом Шр (Y,,4To обусловлено соединением и возбуждением обмоток возбуждения синхронных машин 3 и 4, получают

.

у, е jca, (Хб,+

r ,

-,( -Wplt v,

(23)

-и,

(X,,+2Xj.i + l.

(24)

5

0.

5

О

,

0

0

. г

5

Из (3) очевидно, что при болыш-jx коэффициентах жестких отрицательных обратных связей К р- в операционных усилителях 35 и 36 по токам роторов if;.) и уравнения роторов можно не рассматривать, так как при этом происходит компенсация инерционности обмоток роторов и справедли- во, что и f VJ :: 1. При этом уравнения (23) и (24) позволяют сделать вывод, что устройство эквивалентно агрегату из двух асинхронизированных синхронных машин (АСМ).

Предлагаемое устройство работает ел едующим об р а 3 ом,

По сигналам от датчиков 12, 15, 17 энергосистемы 1 и от датчика 16 энергосистемы 2 АРВ 11, реализующий законы управления (1) н (2), формирует сигналы управления, поступающие в возбудители 9 и 10, Возбудители 9 и 10 возбуждают обмотки 7 и 8 соответственно роторов 5 и 6 синхронных машин 3 и 4. Частота изменения токов возбулодения машин в соответствии с уравнениями (21) .и (22) равна полуразности частот сигналов от датчиков 15 и 16. При соединении конца обмотки 19.и начала обмотки 20 трехобмоточного трансформатора 18 с концом обмотки 23 двух- обмоточного трансформатора 22 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток возбуждения 7 и 8 соответственно в якорных обмотках синхронных машин 3 и 4,, трансформируются, причем для трансформатора 18 ЭДС через обмотку 21 трансформируется в обмотки 19 и 20, а для трансформатора 22 ЭДС через обмотку 24 трансформируется в обмотку 23. Трансформируемые ЭДС в обмотках 19 и 23 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС, взапмодейст- вуювщй с напряжением энергосистемы 1, 1 трансформируемые ЭДС в обмотках 20 и 23 вычитаются, образуя сопряженньБ вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 обмоток трансформаторов 18 и 22 устройство в целом, как бьшо показано при получении уравнений (23) и (24), эквивалентно двум АСМ. При этом учитывая законы уравнения (1) и (2), первая эквивалентная АСМ, описываемая уравнением (23), работает в асинхронизи- рованном синхронном режиме, устойчива по скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу от датчика 17.

Так как при этом ЭДС второй АСМ, описываемой уравнением (24), формируется как сопряженный вектор первой АСИ, то она, учитывая при этом те же законы уравнения (1) и (2), устойчива по углу между векторами ЭДС и напряжением сети второй АСМ, что очевидно из (24). В соответствии с законом управления (2), частота вращения ротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. При этом векторы ЭДС эквивалентных машин являются сопряженньми векторами, поэтому в законе (2) коэффициент регулирования o(jj имеет для АСИ, описываемой уравнением (24),знак, противоположный знаку для АСМ, описываемой уравнением (23). Поэтому одна из эквивалентных АСМ работает двигателем,вторая - генератором, обеспечивая заданный переток мощности через устройство и нормальное его функционирование как устройства для объединения энергосистем.

Предлагаемое устройство обеспечивает, как и известные устройства, объединение двух энергосистем с разными частотами. Преимуществом предлагаемого устройства является то, что при вьтолнеггии условий (17) и (18) исключается взаимное влияние токов энергосистем, поэтому из двух трансформаторов трехобмоточным выполняется лишь один, что удешевляет устройство. Кроме того, нет необходимости специально формировать возбуждение по аргументу, равному половине угла между векторами напряжений энергосистем, так как в предлагаемом устройстве это достигается схемой соединения элементов в сочетании с АРВ, выполненными по типу АРБ асинхронизированной синхронной машины. Все это упрощает устройство 3 цел ом.

Применение в предлагаемЬм устройстве трехобмоточного и двухобмо- точного трансформаторов позволяет решить одновременно с повышением напряжения и задачу развязывания мощных энергосистем по частоте, при этом Q синхронные машины имеют обычную конструкцию.

Формула изобретения Устройство для объединения энер5 rocfTcTeM, содержащее две синхронные машины, продольные оси жестко соединенных роторов которых расположены под углом 90 эл. град друг к другу, а обмотки возбуждения роторов

0 подсоединены к своим возбудителям, управляюш 1е входы которых соединены с выходами автоматического регулятора возбуждения, два трансформатора, один из которых вьлолнен трех5 обмоточным, начало первой обмотки

которого 17одсоединено к первой энергосистеме, конец второй обмотки подсоединен к второй энергосистеме, а третья обмотка подсоединена к обмот0 ке якоря одной из синхронных машин, датчик углового положения ротора, датчики частот объединяемых энергосистем и датчик напряжения одной из энергосистем, отличающее- с я тем, что, с целью упрощения, автоматический регулятор возбуждения выполнен как автоматический регулятор возбуждения асинхронизированной синхронной машины с каналом

регулирования напряжения, вход которого соединен с датчиком напряжения одной из энергосистем, и каналом регулирования электромагнитного

5

5

момента, входы которого соединены с датчиками частот объединяемых

энергосистем и датчиком углового положения ротора, второй трансформатор выполнен двухобмоточным, первая обмотка которого соединена с концом первой и началом второй обмоток трех- обмоточного трансформатора, вторая обмотка двухобмоточного трансформатора соединена с обмоткой якоря второй синхронной машины, а двухобмоточный трансформатор выполнен -с индуктив5

ным сопротивлением рассеяния, равным индуктивному сопротивлению рассеяния третьей обмотки трехобмоточного трансформатора.

11 n

1,ДМ T- Tl 57

Л I U-tuef 1 X h™

17

-iy-H™™ - a)p