Устройство для связи двух энергосистем Советский патент 1981 года по МПК H02J3/06 

I

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к электромеханическим преобразователям частоты для объединения энергосистем

Современная электроэнергия имеет тенденцию к объединению отдельных энергосистем в единую систему. Однако во многих случаях межсистемные связи оказываются настолько маломощными, что супСественного влияния системы на режим друг друга не могут оказать, и взаимная синхронная работа часто оказывается невозможной, вместе с тем нежелательна н разделительная работа, так как при этом в какой-нибудь из них создается дополнительный дефицит. Кроме того.« есть электрические системы, в которых частота меняется из-за колебаний мощных нагрузок. При объединении таких систем с ситемами с повышенными требованиями к качеству электроэнергии возникают те же трудности взаимной синхронной работы.

В этих случаях возможно применение вставок постоянного тока, построенных на высоковольтных тиристорных блоках (ВТВ).

Вставка постоянного тока состоит из преобразователей частоты, способных работать как в выпрямительном, так и в инверторном режиме. Преобразователи частоты соединены между собой линией постоянного тока. Такая вставка постоянного тока включается . в рассечку линии электропередачи |.

Недостатком этого устройства является дороговизна и сложность конструкции. Кроме того, требуются допол.нительные источники реактивной мощности для устойчивой работы преобразователей частоты и для покрытия нужд нагрузок.

Наиболее близким к изобретению является устройство для связи двух энергосистем, содержащее две асинхронизированные синхронные машины (АСМ) с жестко соединенными валами. статорные обмотки каждой из которых Подключены к своей энергосистеме, управляемые преобразователи частоты, датчики частот объединяемых энергосистем и скорости вращения вала, регуляторы возбуждения, суммирующий, интегрирующий и дифференцирующий элементы, причем входы суммирующего элемента подключены к датчикам частот энергосистем и датчику скорости вращения вала, а выходы подсоединены ко входам дифференцирующего и интегрирующего элементов f2J, Недостатком данного устройства является то, что когда частоты объединяемых энергосистем равны для нормальной работы с нулевьм скольжением и номинальным режимом по статору требуется усложнение и удорожание конструкции устройства для связи двух энергосистем, что в некоторых случаях может сузить область его при менения. Это связано с тем, что при равенстве частот объединяемых энергосистем векторы напряжений шин энер госистем, к которым подключены статорные обмотки АСМ, агрегата асинхро низированного электромеханического преобразователя частоты (АС ЭМПЧ), могут занять в пространстве любое положение по отношению друг кбдругу. Обе АСМ агрегата при W (S) работают с нулевым скольжег-шем, поэтому по обмоткам возбуждения ротора каждой машины протекает постоянный ток равный амплитудному значению вектора тока возбуждения, В этом режиме ротор каждой АСМ может занять в пространстве любое положение по отношению к вектору напряжения на шинах подключения статора, в частности, и такое положение, когда ток протекает по одной фазе обмотки возбуждения. Так как этот режим может продол жаться сколь угодно долго, то потребуется увеличение установленной мощности обмотки возбуждения в yl раз т. е. необходимо эти обмотки возбуждения рассчитать на амплитудное значение тока возбуждения (обычно обмо ки возбуждения АСМ рассчитывают на действующее значение тока возбуждения), что потребует или увеличения расхода меди и увеличения габаритов машин, или применения форсированных методов охлаждения обмоток возбужде ния, а в конечном итоге удорожание АС ЭМПЧ. Однако этого можно избежат 4 если применить специальное управление. Цель изобретения - упрощение устройства за счет снижения расхода меди и габаритов машин, расширение области применения устройства. Поставленная цель достигается тем, что устройство для связи двух энергосистем, содержащее две машины переменного тока с жестко соединенными валами, по крайней мере одна из которых АСМ, статорные обмотки которых подключены раздельно к знергосрютемаМр управляемые преобразователи частоты, датчик скорости вращения вала, датчики частот энергосистем, регуляторы возбуждения, суммирующий, интегрирующий и дифференцирующий элементы, причем входы суммирующего элемента подключены к датчикам частот энергосистем и датчику скорости вращения вала, а выходы подсоединены к входам дифференцирующего и интегрирующего элементов, дополнительно снабжено блоком сравнения частот энергосистем и задатчиком скорости вращения вала, при этом входы блока сравнения частота соединены с датчиками частот энергосистем, а выход соединен с входом задатчика скорости вращения вала, выход которого соединен с входом суммирующего элемента. На чертеже представлена схема предлагаемого устройства ( рассмотрение ведется для устройства, в котором обе машины -являются асинхронизированными синхронными, однако все сказанное справедливо и для устройства, в котором одна из мащин синхронная ). Устройство для связи двух энергосистем А и Б состоит из двух АСМ 1 и 2 с жестко соединенными валами, обмотки роторов которых через управляемые преобразователи 3 и 4 частоты соединены соответственно через трансформатор и переключатель со статорной цепью машины 1 или 2, т. е. с энергосистемой А или Б. Входы управляемых преобразователей 3 и 4 частоты соединены с выходами соответственно регуляторов 5 и 6 возбуждения. Входы регуляторов 5 и 6 возбуждения соединены соответственно с датчиками 7 и 8 частот энергосистем и с датчиком 9 скорости вращения вала. Входы суммирукяцего элемента 10 соединены с датчиками 7 и

8 частот энергосистем и датчиком 9 скорости вращения вала, а выходы соединены с входом регулятора 6 возбуждения и с входами дифференцирующего элемента 1 и интегрирующего элемента 12, при этом выходы послед,них двух элементов соединены с вхо1дами регулятора 6 возбуждения. Вхо;ды блока 13 сравнения частот энергосистем соединены с датчиками 7 и 8 частот, а выход соединен со входом задатчика 14 скорости вращения вала. Выход задатчика 14 соединен со входом суммирующего элемента 10, В суммирующем элементе 10 оруществляется формирование задания скоросVCT

ти вращения J вала, равное полусумке частот объединяемых энергосистем, и совместно с элементами 11 и 12 осуществляется пропорциональноинтегрально-дифференциальное регулирование скорости вращения вала устройства. Если разность между частотами энергосистем становится меньше заданного значения (например, равна нулю), на выходе блока 13 сравнения частот появляется управляющий

сигнал, поступающий на вход задатчика. 14 скорости вращения вала, который формирует на своем выходе постоянный сигнал, пропорциональный добавке к сигналу задания скорости вращения вала суммирующего элемента 10. Полный сигнал теперь равен jyVCT дц j(3j( видим, суть предлагаемого управления, заключается в том что если взаимное скольжение между частотами объединяемых энергосистем равно нулю, то обе АСМ агрегата АС ЭМПЧ переводятся в режим скольжения одного знака. Величина этого скольжения может быть любой вплоть до наибольшего значения, когдаU Практически желательно, чтобы скольжение было минимальным, так как с ростом скольжения машин общий КПД установки АС ЭМПЧ падает. Примечательным в этом режиме является то, что при скольжении одного знака по статору машины работают в разных режимах (например, АСМ 2 - двигатель, АСМ 1 - генератор), поэтому потоки активных мощностей р( и имеют разные знаки, и обмотки возбуждения машин через преобразователи 3 и 4 ча стоты обмениваются активной мощностью, а через трансформатор и переключатель от источника возбуждения системы возбуждения машин поступает

активная мощность лишь для покрытия потерь в элементах системы возбуждения и требуемая по режиму реактивная мощность.

Предлагаемое устройство может быт применено для объединения энергосистем как с одинаковыми, так и с разными номинальнь ми частотами, имеющих взаимные колебания частот. Регулятор скоростиуказанного типа М9жет использоваться как в одной АСМ, так и в двух машинах устройства. Необходимость в этом появляется в случае варьирования направления передачи активной мощности через устройство.

Формула изобретения

Устройство для связи двух энергосистем, содержащее две машины переменного тока с жестко соединенными валами, по крайней мере одни из которых асинхронизированная синхронная машина, статорные обмотки которых подключены раздельно к энергосистемам, управляемые преобразователи частоты, датчик скорости вращения вала, датчики частот энергосистем, регуляторы возбуждения, суммирующий, интегрирующий и дифференцирующий элементы, причем входы суммирующего элемента подключены к датчикам частот энергосистем и датчику скорости вращения вала, а выходы посоединены к входам дифференцирующег и интегрирующего элементов, отличающееся тем, что, с целью упрощения устройства за счет снижения расхода меди и габаритов машин, оно дополнительно снабжено блоком сравнения частот энергосистем и зада тчиком скорости вращения вала, при этом входы блока сравнения частот соединены с датчиками частот энергосистем, а выход соединен с вхдом задатчика скорости вращения вала, выход которого соединен с входо суммирующего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 Гройс К.С. Перспективные области применения электропередач и вставок постоянного тока. - Электричество, 1978, № 3.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2672154/24-07, кл. Н 02 J 3/06, 1978. ffeptocucfrteffCL I Энергосистема ff