Устройство для связи двух энергосистем Советский патент 1991 года по МПК H02J3/04 

Изобретение относится к электроэнергетике, более конкретно к области производства и потребления электроэнергии, и может быть использовано для объединения энергосистем.

Целью изобретения является повышение экономичности путем упрощения оборудования.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - схема блока гармонических сигналов.

Устройство для связи энергосистемы 1 (выводы AI, 81, Ci) с энергосистемой 2 (выводы Аа, В2, С2) содержит фазоповоротный трансформатор с переключателем 3 с подвижными контактами 4-27 и неподвижными контактами 28-30 и датчиком 31 положения переключателя 3, датчики 32 и 33 напряжений энергосистем 1 и 2. Полная обмотка (фиг.1, последовательно соединенные жирные стрелки, каждая из которых пропорциональна значению и фазе напряжения данной секции обмотки) выполнена замкнутой из последовательно соединенных секций с выводами через каждые две соединенные в зигзаге секции, подключенными к неподвижным контактам 4-27 переключателя 3 (фиг.1, две секции обмотки между двумя любыми соседними неподвижными контактами). Фазы AiBiCi подсоединены или к трем (например, 4, 12 и 20) из указанных неподвижных контактов 4-27, сдвинутым друг относительно друга по фазе на 120 эл.град. и образующим вершины треугольника ABC линейных напряжений АВ, ВС, СА, например, через выключатели 34- 36, или к первым выводам первичных фазных обмоток 37-39 трансформатора, вторые выводы которых соединены или с теми же тремя неподвижными контактами 4, 12 и 20 переключателя 3, например, через выключатели 40-42, или соединены вместе, например, через выключатели 43-45. На практике на трансформаторе реализуется лишь одно из рассмотренных соединений, поэтому выключатели 34-36, 40-45 (фиг.1) имеют лишь демонстрационный характер. В пределах

дуги в 60 эл.град, в обе стороны от указанных вершин А, В, С, треугольника линейных напряжений (фиг.1, дуга между неподвижными контактами или для вершины

А; перевод подвижных контактов с любого неподвижного контакта на соседний обеспечивает поворот фазы вектора напряжения на 15 эл.град.) каждая нечетная секция обмотки выполняется с числом витков, пропорциональным доле первого в сторону отсчета от вершины треугольника вектора линейного напряжения (фиг.1 для вершины А влево - это вектор АВ, а вправо - вектор СА и т.д.).

Каждая четная секция обмотки выполняется с числом витков, пропорциональным для противоположного той же вершине треугольника вектора линейного напряжения (фиг.1, для вершины А - это вектор ВС).

Фазы энергосистемы 2 (А2, В2, С2) подсоединены к трем подвижным контактам 28-30, сдвинутым друг относительно друга по фазе на 120 эл.град. Первый, второй и третий входы регулятора 46 фазы напряжения соединены соответственное датчиками 32 и 33 энергосистем и датчиком 31 положения переключателя 3, а выход соединен с управляющим входом переключателя 3.

Регулятор 46 фазы напряжения содержит формирователь 47 угла между векторами напряжений и блок 48 управления. При этом два входа формирователя 47 угла образуют два первых входа регулятора 46 фазы напряжения, третий вход которого образует

первый вход блока 48 управления, второй вход последнего соединен с выходом формирователя 47 угла, а выход блока 48 управления образует выход регулятора 46 фазы напряжения

Формирователь 47 угла содержит блок 49 гармонических сигналов, компаратор 50, функциональный 5лок51 арккосинуса, умножитель 52, сумматор 53 и за датчик 54 угла. Первый и второй выходы блока 49 гармонических сигналов соединены соответственно с входами компаратора 50 и функционального блока 51 арккосинуса, выходы которых соединены с двумя входами умножителя 52. выход которого соединен с первым входом сумматора 52, второй вход которого соединен с задатчиком 54 угла. Два входа блока 49 гармонических сигналов образуют два входа формирователя 47 угла, выход которого образует выход сумматора 53. Блок 48 управления содержит регулятор 55, компараторы 56 и 57, задатчики 58 и 59, диоды 60 и 61 и сумматор 62. Два входа регулятора 55 образуют первый и второй входы блока 48 управления, выход регулятора 55 соединен с первыми входами компараторов 56 и 57, вторые входы которых соединены со своими задатчиками 58 и 59, а выходы соединены через диоды 60 и 61 с входами сумматора 62, выход которого образует выход регулятора 46 фазы напряжения.

При выполнении первичных фазных обмоток 37-39 трансформатора с РПН с пере- ключателем 63 устройство содержит второй блок 64 управления. Вход блока 64 соединен с датчиком 33 напряжения второй энергосистемы, а выход соединен с управляющим входом переключателя 63. Отличие блока 64 от блока 48 заключается лишь в том, что датчик 33 соединен через первый вход блока 46 с первым входом регулятора 55, а второй вход последнего соединен не с датчиком положения переключателя, а с задат- чиком уставки напряжения энергосистемы 2 (фиг.1, в блоке 48 этот задатчик условно показан кружком без номера).

Переключатели 3 и 63 представляют собой известные и широко применяемые в трансформаторах с РПН переключающие устройства и обеспечивают ступенчатое изменение величины и фазы напряжения под нагрузкой.

Блок 49 гармонических сигналов (фиг.2) содержит умножители 65-68 и сумматоры 69-70. Связи между элементами и функциональное назначение этихэлементов очевидны из приведенной схемы, Исг. пьзуемые в схемах функциональный блок, чители, а также сумматоры, компараторы и регулятор на операционных усилителях - все известные и широко используемые элементы.

Все задатчики (54, 58, 59 и др.) в простейшем случае представляют собой источ- ники с калиброванным напряжением и последовательно соединенные регулируемые потенциометры.

Устройство работает следующим образом.

Напряжения энергосистем 1 и 2 от датчиков 32 и 33 поступают на входы блока 49 гармонических сигналов, формирующего на своих выходах синусоидальный и косинусоидальный сигналы угла между векторами этих напряжений LM и U2.

Синусоидальный сигнал поступает на вход компаратора 50, формирующего на своем выходе прямоугольные импульсы соответствующей длительности и периодичности с единичной амплитудой. Косинусоидальный сигнал поступает на вход функционального блока 51 арккосинуса, формирующего на своем выходе значения угла 0 5i2 A между векторами напряжений LH и U2 при изменении тригонометричрс ой функции в пределах 1 COS)i2 I

Умножитель 52 перемножает выходные сигналы элементов 50 и 51 и благодаря этому удается охватить все четыре квадранта, т.е. угол меняется в пределах -л(512 . что позволяет сохранить управление и при асинхронном ходе между объединяемыми энергосистемами 1 и 2. К этому сигналу в сумматоре 53 прибавляется сигнал от задат- чика 54 угла, формирующего уставку do по углу между векторами Ui и LJ2. т.е. на выходе сумматора 53 имеем сигнал, пропорциональный сумме этих углов д (5i2 +60. Этот сигнал поступает на первый вход регулятора 55, на второй вход которого поступает сигнал от датчика 31 положения переключателя 3. пропорциональный углу между подвижными контактами и, например, каким-либо из неподвижных контактов. Так как регулирование фазы ступенчатое, то регулятор 55 выполнен в виде интегратора с отрицательной обратной связью, что обеспечивает заданную задержку времени для обеспечения надежного перехода подвижных контактов на соседние неподвижные контакты. Разностный сигнал с выхода регулятора 55 поступает на входы компараторов 56 и 57, на вторые входы которых поступают сигналы от задатчиков 58 и 59, пропорциональные соответственно (+ А) и (-Д )дуге между двумя соседними неподвижными контактами переключателя 3.

Пусть на входе регулятора 55 сигнала д- дп 0 , где дп - угол переключателя. Тогда на выходе этот сигнал будет положительным. Суммируясь с сигналом + Дот за- датчика 59 в компараторе, на выходе последнего будет отрицательный сигнал большой амплитуды, который через диод 61 в усилитель 62 не пройдет. В то же время, если д - дп |-Д1, то сигнал на выходе компаратора 56 будет положительным и сигнал через диод 60 также не пройдет, а это значит, что значение угла д находится в промежуточном диапазоне двух соседних неподвижных контактов, поэтому переключение подвижных контактов не будет происходить, т.е. требуемый режим установился и угол б между векторами напряжений Ui и U2 соответствует заданному положению переключателя с точностью, определяемой (- Д) или (- Д). В то же время если | д - дп I I - ДI, то сигнал на выходе компаратора 56 будет отрицательным и через диод 60 пройдет к сумматору 62, формирующему на своем выходе положительный управляющий сигнал с заданной амплитудой, далее поступающий на управляющий вход переключателя 3 и воздействующий на его приводной механизм, обеспечивая изменения угла (5П до тех пор, пока требуемый режим не установится. Аналогично будет работать устройство и в случае (5 - бп 0, только в этом случае на выходе сумматора 62 сигнал будет отрицательным, что будет действовать на уменьшение угла 6п.

Предлагаемое устройство обеспечивает надежное объединение энергосистем и в случае, если их частоты не равны и если асинхронный ход между ними не превышает 3-3,5 ч, т.е. ресурс переключателя ограничен 1 млн переключений.

В случае, если вторые выводы первичных обмоток 37-39 с. РПН через выключатели 40-42 подключены соответственно к неподвижным контактам 4, 12 и 20 переключателя 3 (автотрансформаторная схема устройства) или через выключатели 43-45 соединены вместе (трансформаторная схема устройства), устройство осуществляет регулирование значения напряжения. По сигналам отдатчика 33 напряжения и задат- чика уставки напряжения энергосистемы 2 блок 64 управления на выходе формирует сигнал управления (работа блока 64 аналогична работе блока 4Ь), поступающий на управ- ляющий вход переключателя 63 и воздействующий на его приводной механизм до тех пор, пока его подвижные контакты не займут положение, соответствующее уставке требуемого напряжения. Если фазопово- ротный трансформатор по требованиям релейной защиты или каким-либо другим требованиям должен иметь обмотки, соединенные в звезду, и снабжен трехфазной вторичной обмоткой (фиг. 1, фазные обмотки показаны штрихпунктирными линиями 0- 26, 0-18, 0-10), выводы соединенных в звезду фаз указанной вторичной обмотки подключены к любым трем неподвижным контактам (например, 10, 18 и 26) переключателя, сдвинутым друг относительно друга на 120 эл.град. При этом полная обмотка, соединенная с неподвижными контактами 4-27 компаратора 3, выполнена разомкнутой на три дуги по 120 эл.град. На фиг.1 показаны контакты 9,17 и 25 в виде кружков, разделенных на две половины, между собой не соединенные. При этом первая дуга (фазы А) охватывает контакты 9А-25А. Дуга фазы В охватывает контакты 9В-17В, а фазы С контакты 17С-25С, где. например, 9А обозначает половину контакта 9, соединенной с фазой А и т.д. Работа устройства при соединении обмоток в звезду аналогична рассмотренной.

0 Предлагаемое устройство позволяет решить задачу регулирования фазы напряжения в диапазоне 360 эл.град. на одном трансформаторе, а также осуществлять раздельное регулирование модуля и фазы напряжения, что

5 позволяетупростить оборудование и в целом снизить стоимость устройства.

Устройство может быть применено для объединения энергосистем при кратковременных взаимных асинхронных ходах, огра0 ничиваемых ресурсом переключателей, для устранения влияния неоднородности электрических сетей и для экономически оптимального распределения перетоков мощности в замкнутых сетях.

5Формула изобретения

1. Устройство для связи двух энергосистем, содержащее фазоповоротный трансформатор с регулированием под нагрузкой (РПН) с переключателем с подвижными и

0 неподвижными контактами и датчиком положения переключателя, датчики напряжений энергосистемы, отличающееся тем, что, с целью повышения экономичности путем упрощения оборудования, оно снаб5 жено регулятором фазы напряжения и полной обмоткой, выполненной замкнутой из последовательно согласно соединенных секций с выводами через каждые две соединенные в зигзаг секции, подключенными к

0 неподвижным контактам переключателя, при этом зажимы для подключения к фазам первой энергосистемы связаны с тремя из указанных неподвижных контактов, сдвинутым друг относительно друга по фазе и образую5 щими вершины треугольных линейных напряжений, с первыми выводами первичных фазных обмоток трансформатора, вторые выводы которых связаны с теми же тремя неподвижными контактами переключателя, атакже

0 имеют средства для соединения друг с другом, зажимы для подключения к фазам второй энергосистемы подсоединены к трем подвижным контактам переключателя, сдвинутым друг относительно друга по фазе, при

5 этом первый, второй и третий входы регулятора фазы напряжения соединены соответственно с датчиками напряжений первой и второй энергосистем и датчиком положения переключателя, а выход соединен с управляющим входом переключателя.

2. Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что в пределах дуги в 60 эл.град. в обе стороны от вершин треугольника линейных напряжений каждая нечетная секция обмотки выполнена пропорциональной по числу витков доле AUi(i) первого в сторону отсчета от вершины треугольника вектора линейного напряжения Us, определяемой соотношением

v(n+1) .. J1 ,,( 60./ дЧ+1

Ш

-1Л(,1

idj-M) f (1-cos -Д-f) j i-i

где n - число неподвижных контактов коммутатора на указанной дуге в 60 эл.град., I - 1, 2а каждая четная секция обмотки выполнена пропорциональной по числу витков доле AUt(2) противоположного той же вер шине треугольника вектора линейного напряжения, определяемой соотношением

Hriu.f.(«-«WfW«

/--Т

Изобретение относится к электроэнергетике. Цель изобретения - повышение экономичности путем упрощения оборудования. Напряжения энергосистем 1 и2 отдатчиков 32 и 33 поступают на входы блока 49 гармо- нических сигналов, формирующего на своих выходах синусоидальный и косинусоидаль- ный сигналы угла между векторами этих напряжения Ui и Синусоидальный и косинусоидальный сигналы поступают соответственно на входы компаратора 50 и фун

Фиг. 2.