Устройство для связи двух энергосистем Советский патент 1990 года по МПК H02J3/06 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромеханическим преобразователям частоты для гибкой связи энергосистем с различающимися частотами.

Цель изобретения - улучшение качества электроэнергии в энергосистемах путем исключения колебаний реактивной мощности на входах управляемых тиристорных преобразователей частоты.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства: на фиг. 2 - схема силовой части устройства; на фиг. 3 - схема блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот энергосистем при двухфазных обмотках возбуждения машин; на фиг. 4 - трансформатор с регулированием фазы напряжения.

Устройство для связи двух энергосистем 1 и 2 (фиг. 1 и 2) состоит из двух асин- хронизированных синхронных машин 3 и 4 с жестко соединенными валами, обмотки роторов машин 3 и 4 через управляемые преобразователи 5 и 6 частоты соединены с источниками возбуждения. Управляющие входы преобразователей 5 и 6 частоты соединены с выходами регуляторов 7 и 8 возбуждения через коммутаторы 9 и 10 соответственно, а также между собой с взаимно обратным чередованием фаз через коммутатор 11. Первые входы регуляторов 7 и 8 возбуждения соединены с датчиками 12 и 13 частоты соответствующих энергосистем 1 и 2, а вторые входы подключены к выходу коммутатора 14. Первый вход ком- . мутатора 14 подключен к датчику 15 углового положения вала агрегата, второй вход - к выходу блока 16 формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, входы которого подключены к датчикам 12 и 13 частоты энергосистем 1 и 2. Управляющий вход коммутатора 14 соединен с первым выходом блока 17 контроля регуляторов возбуждения, второй и третий выходы которого соединены, соответственно, с управляющими

входами коммутаторов 9 и 10, а четвертый выход подсоединен к управляющему входу коммутатора 11. Первый и второй входы блока 17 контроля регуляторов возбуждения подключены, соответственно, к вторым

выходам регуляторов 7 и 8 возбуждения. Обмотки 18 и 19 трехобмоточных трансформаторов 20 и 21 соединены параллельно (фиг. 1) или последовательно согласно (фиг. 2) и подключены через блок 22 выключателей к энергосистеме 1 как к источнику возбуждения. Обмотки 23 и 24 трансформаторов 20 и 21 соединены параллельно (фиг. 1) или последовательно встречно (фиг. 2) и подключены через блок 25 выключателей к энергосистеме 2 как к источнику возбуждения. Силовые входы одноименных фазных управляемых тиристорных преобразователей 26 и 27 частоты, входящих в состав соответственно управляемых преобразователей 5 и 6 частоты, соединены и подключены к обмотке 28 трансформатора 20. Силовые входы одноименных фазных управляемых тиристорных преобразователей 29 и 30 частоты, также входящих в состав

управляемых преобразователей 5 и 6 частоты, соединены и подключены к обмотке 31 тра нсформатора 21.

Блок 16 формирования гармонических .сигналов полусуммы частот связываемых

энергосистем (фиг. 3) содержит два элемента 32 и 33 половинной частоты энергосистем, которые выполнены как в известном устройстве, и элемент 34 произведения. Последний содержит перемножители 35-38 и

сумматоры 39 и 40, взаимосвязь и функциональное назначение которых очевидны (фиг. 3). Блоки 22 и 25 выключателей содержат два параллельных выключателя (фиг. 1) или один выключатель.

Для регулирования напряжения при- меняют трансформаторы 41 последовательного включения (ТПВ) (фиг. 4). у которых вторичная обмотка 42 включается в сеть последовательно, а первичная 43 питается от специального трансформатора 44 (РТ), регу- лируемого под нагрузкой. У последнего в общем случае имеются две вторичные обмотки 45 (d) и 46 (q). Одна из них, например 45 (d), создает продольную составляющую напряжения UiAd , совпадающую по фазе с напряжением рассматриваемой фазы сети или сдвинутую относительно напряжения на 180°, а другая обмотка 46 (q) - поперечную составляющую напряжения UiAq, .сдвинутую относительно напряжения рассматриваемой фазы сети на 90°. Напряжения UiAcf и UiAq можно регулировать независимо друга, и в результате первичное напряжение трансформатора 41 (ТПВ), равное ..

UlA UlAd+ UiAq ,

а также его вторичное напряжение U2A, складывающееся с напряжением ОА, можно изменять по величине и . Напряжение сети за ТПВ U2A. Регулирова- ние напряжений всех фаз производится одновременно. Для регулирования фазы можно обойтись только обмоткой q.

Устройство работает следующим обра- зом.

В нормальном режиме, когда регуляторы 7 и 8 исправны, один из блоков 22 или25 выключателей отключен, блок 17 контроля регуляторов возбуждения на выходах выра- батывает такие сигналы, что коммутатор 14 подключает к вторым входам регуляторов 7 и 8 выход датчика 15 углового положения вала агрегата, а выход блока 16 формирования гармонических сигналов полусуммы ча- стот связываемых энергосистем отключен, коммутаторы 9 и 10 включены, а коммутатор 11 отключен. При зтом режим устройства для связи двух энергосистем аналогичен режиму известного устройства, т.е. обеспечи- вается независимое регулирование параметров режима: активной мощностью устройства, скоростью вращения вала агрегата и напряжениями машин. Управляющие сигналы на выходах регуляторов 7 и 8 воз- буждения по сигналам датчика 15 углового положения вала агрегата и датчиков 12 и 13 частот энергосистем 1 и 2 имеют частоту

(Wfl - (р - } .

- Щ - (

(1) 40 (2)

где бф , ад , 0fi - частоты, соответственна, вращения вала, энергосистем и скольжения машин ( 2).

При выходе из строя какого-либо регулятора (7 или 8) возбуждения сигнал с его второго выхода поступает на блок 17 контроля (регуляторов возбуждения. С первого выхода блока 17 контроля регуляторов воз;, буждения подается сигнал на управляющий вход коммутатора 14. При этом коммутатор 14 отключает выход датчика 15 углового положения вала агрегата и подключает выход блока 16 формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем 1 и 2 к вторым входам регуляторов 7 или 8 возбуждения (в зависимости от того, какой регулятор неисправен). На управляющий вход коммутатора 9 или 10 поступает сигнал на отключение неисправного регулятора 7 или 8 от входа управляемого преобразователя 5 или 6 частоты соответственно. Сигнал с четвертого выхода блока 17 включает коммутатор 11, Тем самым происходит объединение управляющих цепей преобразователей 5 и 6 частоты с взаимно обратным чередованием фаз, т.е. сигнал с выхода исправного регулятора поступает на оба управляемых преобразователя 5 и 6 частоты. Блок 17 контроля регуляторов возбуждения распознает нормальные режимы от аварийных, т.е. производит диагностику регуляторов 7 и 8. Например, нормальный режим определяется по наличию нормальных уровней напряжений на выходах блока питания регулятора, по симметрии выходных гармонических сигналов регуляторов и др. Симметрия может быть оценена простым суммированием гармонических сигналов трех фаз выхода - суммарный сигнал должен быть нулевым. Если машина имеет двухфазные обмотки, то для контроля симметрии управляющие сигналы преобразуются в трехфазный сигнал и т.д. В блок 17 контроля регуляторов могут быть заложены различные принципь диагностики.

На входы элементов 32 и 33 половинной частоты поступают с выходов датчиков 12 и 13 частот энергосистем гармонические

сигналы е и е . С выходов элементов 32 и 33 гармонические сигналы е и

gj(VJ2t/2 поступают на входы элемента 34 произведения, с выхода которого гармонические сигналы е поступают через коммутатор 14 на вторые входы регуляторов 7 и 8 (они в регуляторы 7 и 8 подаются вместо гармонических сигналов е от датчика 15 углового положения вала агрегата). Пусть, например, неисправен регулятор 7. Тогда на входы регулятора 8 возбуждения поступают гармонические

сигналы е + )2блока 16 и е от датчика 13. Аргументы этих гармонических сигналов в регуляторе 8 возбуждения вычитаются, и на выходе получаются гармонические сигналы управления частоты скольжения машины 4

gJ(Wf4t g J (0)1 -Ьад )t/2 . g : gj(Wl -«2)(3j

Т.е. a)f4 (wi -б«г)/2 - частота скольжения машины 4 равна полуразности частот связываемых энергосистем. Но так как управляющие входы преобразователей 5 и 6 частоты через коммутатор соединены с взаимно обратным чередованием фаз, то для машинЫ(ЛОлучают

g g-j (ал )t/2 (4j

Из (3) и (4) следует, что значения частот скольжения машин 3 и 4 равны полуразности частот связываемых энергосистем, но имеют противоположные направления вращения. Это обеспечивает выполнение условия связи двух энергосистем с различающимися частотами - Од4 + ( - alfa) 2wf4

2((yz)/2 .(5)

Однако, как отмечалось выше, реактивные мощности на силовых входах управляемых преобразователей частоты совершают колебания с двойной частотой скольжения машин.

Включают оба блока 22 и выключателей. При этом напряжение Ui с частотой. U) энергосистемы 1 подается на обмотки 18 и 19 трансформаторов 20 и 21, а напряжение U2 с частотой Щ2 энергосистемы 2 подается на обмотки 23 и 24. Так как обмотки 18 и 23 соединены согласно по отношению к обмотке 28, то в последней наводится напряжение, равное при

Ui+U2 Ui eJ 1 -f-U2ei

2Ue ().(6)

Обмотки 19 и 24 соединены встречно по отношению к обмотке 31, и в последней наводится напряжение, равное

Ui-02 2Ue ()t.

Напряжения (6) и (7) имеют основную частоту, равную полусумме частот ft)i и ад , соответственно, связываемых энергосистем 1 и 2, модулированную частотой, равной поуразности этих же частот wi и ад ,. Эти напряжения (6) и (7) сдвинуты по фазе на угол г /2 и подаются, соответственно, на сило- вУе входы управляемых тиристорных преобразователей 2.6 и 27 частоты и. управляемых тиристорных преобразователей 29 и 30 частоты, Асинхронизированные синхронные машины 3 и 4 должны работать со скольжением соответственно (4) и (3), равным полуразности. частот объединяемых энергосистем, но вместо с тем и частота модуляции напряжений (6) и (7) равна требуемой частоте скольжения машин 3 и 4. . Благодаря тому, что в устройстве напряжение возбуждения требуемой низкой частоты получено на трансформаторах 20 и 21, управляемые тиристорные преобразователи 26, 29, 27 и 30 частоты не осуществляют формирование напряжения низкой частоты

из практически постоянной по амплитуде напряжения энергосистемы, а работают в выпрямительном и инверторном режимах с постоянными углами открытия тиристоров в установившихся режимах. Достигается это

для общих маШин одинаковым образом.

Таким, образом, предлагаемое устройство, сохраняя надежность, обеспечиваемую известным устройством, одновременно позволяет повысить качество электроэнергии энергосистем за счет исключения колебаний реактивной мощности на входах управляемых тиристорных преобразователей частоты системы возбуждения мащин агрегата.

Фор м у ла изобретения .

Устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхронизированные синхронные машины с жестко соединенными валами, статорные обмотки которых подключены к соответствующим энергосистемам, управляемые преобразователи частоты, датчик углового положения

вала агрегата, датчики частот связываемых энергосистем, регуляторы возбуждения с двумя входами каждый, блок формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, блок контроля

регуляторов возбуждения и четыре коммутатора, при этом обмотки возбуждения машин подключены к выходам своих управляемых преобразователей частоты, первый вход каждого регулятора возбужДения соединен с выходом датчика частоты своей энергосистемы, а выходы регуляторов связаны с управляющими входами своих преобразователей частоты, первый и второй входы блока формирования гармонических

сигналов полусуммы частот соединены, соответственно, с датчиками частот энергосистем, первый вход первого коммутатора соединен с выходом датчика углового положения вала агрегата, второй - с выходом блока формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем, управляющий вход первого коммутатора - с первым входом блока контроля регуляторов возбуждения, выход первого коммутатора - с вторыми входами регуляторов возбуждения, первые выходы которых соединены с управляемыми преобразователями частоты, соответственно, через второй и третий коммутаторы, управляющие входы которых соединены, соответственно, с вторым и третьим выходами блока контроля регуляторов возбуждения, вторые . выходы регуляторов возбуждения соединены, соответственно, с первым и вторым входами блока контроля регуляторов возбуждения, четвертый выход которого подсоединен к управляющему входу четвертого коммутатора, соединяющего

управляющие входы преобразователей частоты с взаимно обратным чередованием фаз, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии

5 энергосистем путем исключения колебаний реактивной мощности на входах управляемых тиристорных преобразователей частоты, оно снабжено двумя блоками выключателей и двумя трехобмоточными

10 трансформаторами, первые обмотки которых соединены параллельно или последова- тельно согласно и подключены через первый блок выключателей к первой энергосистеме, вторые обмотки соединены парал15 лельно или последовательно встречно и подключены через второй блок выключателей к второй энергосистеме, силовые входы управляемых тиристорных преобразователей частоты одноименных фаз обмоток

20 возбуждения машин обьединены и подключены к третьей обмотке соответствующего трансформатора, а трансформаторы выполнены с возможностью регулирования фазы напряжения.

Z

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно - к электромеханическим преобразователям частоты для гибкой связи энергосистем с различающимися частотами. Цель изобретения - улучшение качества электроэнергии в энергосистемах путем исключения колебаний реактивной мощности на входах управляемых тиристорных преобразователей частоты. При выходе из строя какого-либо регулятора (7 или 8) возбуждения сигнал с его второго выхода поступает на блок 17 контроля регуляторов возбуждения. С первого выхода блока 17 подается сигнал на управляющий вход коммутатора 14. При этом коммутатор 14 отключает выход датчика 15 углового положения вала агрегата и подключает выход блока 16 формирования гармонических сигналов полусуммы частот связываемых энергосистем 1 и 2 к вторым входам регуляторов 7 и 8 возбуждения. С второго или третьего выхода блока 17 контроля регуляторов возбуждения на управляющий вход коммутатора 9 или 10 поступает сигнал на отключение неисправного регулятора 7 или 8 от входа управляемого преобразователя 5 или 6 частоты. Сигнал с четвертого выхода блока 17 включает коммутатор 11. Тем самым происходит объединение управляющих цепей преобразователей 5 и 6 частоты с взаимно обратным чередованием фаз, т.е. сигнал с выхода исправного регулятора поступает на оба управляемых преобразователя 5 и 6 частоты. 4 ил.

fuz.Z

.J

/ (гпв)