Устройство для связи двух энергосистем Советский патент 1980 года по МПК H02J3/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ ДВУХ ЭНЕРГОСИСТЕМ Изобретение относится к электротехнике, а именно к электромашинным преобразователям частоты для связи источников переменного тока. Известны устройства для связи дву энергосистем, где используются две асинхронные машины на одном валу l Однако при объединении отдельных энергосистем в единую систему во многих случаях межсистемные связи ок зываются маломощными, так что при зн чительных возмущениях в одной из них, вызванных сбросами(набросами) нагрузки, в частности аварийными, взаимная синхронная работа часто ока зывается.невозможной. С другой стороны нежелательна и раздельная работа систем, так как при этом в одной из них может возникнуть дефицит энергии. Есть также энергетические системы, в которых частота меняется из-за колебания мощных нагрузок. При объединении таких систем с системами, к которым предъявляются повышенные требования к качеству элект роэнергии, возникают те же трудности взаимной синхронной работы. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство .для связи двух энергосистем, состоящее из двух асинхронных машин на однсм валу с электрическим соединением обмоток роторов. На валу устройства имеется вспомогательная (нагрузочная)синхронная машина, питаемая от управляемого преобразователя, частоты. Система управления преобразователем содержит блок выделения частоты враицения вала, на вход которого поданы сигналы от датчиков частот напряжений обеих энергосистем, и блок управления мощностью, на вход которого поданы сигналы от датчиков частоты напряжения и тока одной из энергосистем 2 Недостатком устройства является необходимость использования в качестве вспомогательной мгииины синхронной машины, более сложной по конструкции и менее надежной, чем, например, асинхронная машина с короткозамкнутым ротором. Кроме того, система управления вспомогательной машиной не облещает достаточной гибкостью в переходных режимах . Цель изобретения - упрощение и повьшение нгщежности. Цель достигается тем, что известное устройство, содержащее две асинхронные машины с жестко соединенными валами, статорные обмотки каждой из которых подключены к своей энергосистеме, а роторные обмотки соединены между собой, третью вспомогательную электрическую машину на этом же валу, статорная обмотка которой.подключена к выходу управляе мого преобразователя частоты , блок частоты вращения вала,-входы которог соединены с датчиками частот обеих энергосистем,датчик тока одной из энергосистем, снабжено блоком активной мощности,интегратором астатического регулирования мощности с задаЮ7 щим и функциональным входами, задатчиком частоты, блоком частоты скольжения и блоком частоты управления,пр этом входы блока активной мощности соединены датчиками тока и частоты напряжения первой энергосистемы, а выход подключен к функциональному вход интегратора астатического регулирова ния мощности выход которого соединен с входом задатчика частоты, выход которого подсоединен к первому входу блока частоты скольжения, вто рой вход которого соединен с датчик частоты напряжения второй энергосис темы, а выход подключен к первому входу блока частоты управления, ко второму входу, которого подсоединен выход блока частоты вращения вала, причем выход блока частоты управления соединен с входом управляемого преобразователя частоты. В качестве вспомогательной машин может быть использована асинхронная машина с короткозамкнутым ротором. При этом во всем устройстве исключаются узлы скользящего токосъема, вспомогательная машина имеет простую и надежную конструкцию, что в делом повынает надежность устройств Кроме того, в предложенном устройстве за счет гибкой обратной св зи по приращен-ию скорости в функци мощности, независимо от типа вспом гательной машины улучшается качест во переходных процессов. Причем при применении вспомогательной асинхронной машины улучшается демпф рование колебаний вала устройства. На чертеже схематически изображ но предлагаемое устройство. На общем валу размещены асинхронные машины 1 и 2, роторные обмотки которых соединены меящу собо а статорные обмотки подключены к энергосистемам 3 и 4, и вспомогате ная машина 5. Статорная обмотка ма шины 5 подключена к преобразовател б частоты. Сигналы с выходов датчи ков 7 и 8 частот lOj и U)g энерго систем поданы на блок 9 частоты вр щения вала, где вьеделяется сигнал, ропорциональный разности указанных астот . игналы с выходов датчика 7 частоты напряжения U) и датчика 10 тока дной из энергосистем подаются на ход блока 11 активной мощности, выходной сигнал которого подается на ункциональный вход интегратора 12 астатического регулирования мощности. Сигнал с выхода интегратора 12, снабженного задающим входом, на который подается сигнал заданной мощности ,пост у пае т на вход задатчика 13 частоты UJg, формируемой по заданному закону в функции активной мощности. Блок 14 частоты скольжения, на первый вход которого подан сигнал датчика 8, соответствующий частоте Ыд напряжения второй энергосистемы, а на второй вход сигнал с выхода задатчика 13, формирует частоту скольжения лЫгЫр-и) в функции активной мощности. Сигнал пропорциональный ли) подается на первый вход блока 15 частоты управления, на второй.вход которого подан сигнал, пропорциональный частоте вращения и) с выхода блока 9. ; Блок 15 формирует частоту LOsiiU) сигнала управления преобразователем 6. Таким ооразом, система управления реализует сигнал, где в соответствии с заданной активной мощностью формируется частота питающего напряжения машины 5 с учетом скольжения ее ротора. В общем случае асинхронные машины 1 и 2 могут иметь разное число пар полюсов Р и PIJ, Допустим, что обмотки их роторов соединены с обратным порядком чередования фаз. Для нормального режима работы машины 1 должно выполняться условие U)j-U)--U,pP, Соответственно для нормального режима работы машины 2 необходимо выполнить условие (2) Общий знак минус в левой части равенства (27 вызван принятым выше условием об обратном чередовании фаз ротора машины 2. При этом справедливо равенство где -частоты напряжения соответственно первой и второй энергосистем) Ц)р -частота вращения общего вала машин 1,2 и 5; Ч,f2 -частоты переменных токов в обмотках роторов соответственно машин 1 и 2. Складывая соотношения (1) и(2) и учитывая (З) получаем выражение для UJp CUi - и)ц Р 1 - 2 В случае равенства номинальных ча тот энергосистем и) выгод РО г Р , где Р но принять выбирается наименьшим с точки зрения минимума массогабаритных показателей С теоретической точки зрения удобно принять Р 1. Выражение (4) показывает, что при равенстве частот объединяемых энерго систем роторы машин 1 и 2 остаются неподвижными, а устройство в целом работает, как трансформатор. В любых других случаях частота вращения машин 1 и 2 будет при прочих равных условиях тем меньшей, чем меньше раз ность частот объединяемых энергосисВ том случае , когда номинальные частоты объединяемых энергосистем различны, числа пар полюсов Р. и Р/ выбираются в каждом конкретном случа исходя из минимума установленной мощности всех агрегатов устройства, предельно допустимой частоты питания вспомогательной нагрузочной машины 5 определяемой возможностями преобразователя 6 частоты и т. п. Общая час тота токов ротора машин 1 и 2 может быть определена из (1),{2) и (4) . (5) м Выражение (5) показывает, что объединяемые системы по частоте развязаны. Но для передачи, активной мощности из одной системы в другую на общем валу необходимо нагрузочное устройство - вспомогательная машина. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Сигналы, пропорциональные частота UJj и ujj каждой системы, с датчиков 7 и & поступают на вход блока 9. В соответствий с выражением (4) блок 9 формирует сигнал частоты U; (tOj-U ;j)/2(T,T,lj. Сигналы напряжения с датчйка 7 и тока с датчика 10 поступают на вход блока 11, где формируется сигнаш, пропорционал ный мощности Р, передаваемый через устройство. Этот сигнал сравнивается с сигналом заданной мощности сигнал рассогласования поступает на :вход блока 12,частотаWQ выходного Сигнала которого является линейной функцией входного сигнала (астатическое регулирование мощности). В блоке 14 производится сравнение сигналов и из ( или Шт) и выделяется сигнал частоты приргщёния А о), зави сящий от мощности Р. В блоке 15 формируется сигнал ) ) , ynpa ляющий частотой напряжения на выходе преобразователя 6. Таким образом, на статор вспомогательной машины 5 подается напряжение такой частоты Ых , что ее синхронная скорость оказывается выше, чем скорость вращения вала устройства на величину ДШ,- т. е. на величину скольжения, определяемого заданным перетоком мощности Р через устройство. В результате обеспечивается переток заданной мощности в требуемом направлении. В общем случае обмотки роторов машин 1 и 2 могут быть соединены как с обратным порядком чередования фаз, так и с прямым. Конструктивно, каскад из двух асинхронных машин может быть выполнен в одном корпусе или в виде бесконтактной машины со совмещенными магнитными и электри-ческими цепями. Число полюсов вспомэгательной асинхронной машины определяется максимальной частотой вращения вала, которая зависит от разности частот напряжений систем, и частотой напряжения источника ее питания. Формула изобретения 1, Устройство для связи двух энергосистем/ содержащее две асинхронные машины с жестко соединенными валамч статорные обмотки каждой из которых подключены к своей энергосистеме, а роторные обмотКи соединены между собой, вспомогательную электрическую машину,установленную на том же валу,статорная обмотка которой подключена к выходу управляемого преобразователя частоты, блок частоты вращения вала, входы которого соединены с.датчиками частот обеих энергосистем и датчик тока, установленный в одной из энергосистем, о тличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, оно снабжено блоком активной мощности, интегратором астатического регулирования мощности с задающими и Функциональными входами, задатчиком частоты, блоком частоты . скольжения и блоком частоты управления, при этом входы блока активной мощности соединены с датчиком тока и датчиком частоты первой энергосис,-; темы, а выход подсоединен к функционгшьному входу интегратора астатииеского регулирования мощности, выход которого соединеа со входом заатчика частоты, выход которого подсоединен к первому входу блока астоты скольжения, второй вход которого соединен с датчиком частот второй энергосистемы, а выход подключен к первому входу лока частоты управления, ко второму входу которого подсоединен выход блока частоты вращения вала, причем выход блока частоты управления соединен со входом управляемого преобра зователя частоты. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что, с целью повышения надежности, вспомогательная электрическая машина выполнена .7 8 в виде асинхронной машины с короткозамкнутым ротором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 502445, кл. Н 02 J 3/06, 1976. 2.Патент США № 3975646, кл. Н 02 J 3/12, 1975.