Энергосистема Советский патент 1981 года по МПК H02J3/24 

I

Изобретение относится к группе устройств, называемых компенсаторами и применяемых в электроэнергетике для решения проблемы повышения качества и надежности функционирования энергетических систем. К числу указанных проблем относится и проблема функционирования энергетических систем в условиях возникновения кратковременного (на несколько секунд) дефицита генерируемой мощности энергосистемы. Этот дефицит может достигать значительной величины в результате аварийного отключе ния группы генераторов энергосистемы или дополнительно питающей систеф му ЛЭП. Как следствие возникновения дефицита генерируемой мощности может иметь место значительное снижение частоты системы. При этом в действие прежде всего вступает регу лируюцая станция, стремящаяся поддержать частоту системы. Если регуляторы станции не обладают нужным

уровнем быстродействия, а мощности станции недостаточно для покрытия дефицита, то частота системы продолжает снижаться и в действие вступает устройство аварийной частотной разгрузки (АЧР). Это устройство отключает ряд потребителей, в результате чего удается восстанолзить баланс активной монщости энергосистемы и предотвратить дальнейшее понижение частоты р J.

Однако применение АЧР может привести к существенному экономическому ущербу, возникающему в результате нарушения нормального функционирования аварийно отключенных потребите-лей.

Наиболее близкой к предполагаемой является эиергосистема, которая содержит турбоагрегат с первичным и вторичным регуляторами, асинхронизированную синхронную машину (АСМ) с маховиком. Статор АСМ подключеи к шинам ведущей станции. Ротор подключен к регулируемому источнику питания, например тиристорному цепи управления которого подключены к выходу регулятора скорости и напряжения асинхронизированной синхронной мапшн Входы указанного регулятора подключены к выходам хатчика углового положения ротора относительно синхронно вращающейся системы координат, датчика скорости, датчиков фазовых токов статора и ротора, датчиков напряжения без статора, датчика модуля напряжения электрической сети и регулятора частоты знергосистемы, вход обратной связи которого соединен с выходом датчика частоты энергосистемы 2 . Недостатком известного устройства является то, что оно не предотвр щает срабатывание устройств, автома ческой частотной разгрузки, так как АСМ установлена на шинах ведущей станции. Цель изобретения - повышение надежности функционирования энергосис темы путем предотвращения аварийног отключения ее потребителей. Указанная цель достигается тем что в энергосистеме, содержащей источники электроэнергии, линии электропередачи, связывающие источники питания с узлами нагрузки, АСМ с ма ховиком, ротор которой подсоединен к регулируемому источнику питания, например тиристорному преобразователю частот, к выходу регулятора ск рости и напряжения, входы которого подключены к выходам датчика углово го положения ротора- относительно си хронно вращающейся системы координа датчика скорости, датчика фазовых токов статора и ротора, датчика нап жения фаз статора, задатчика модуля напряжения электрической сети и регулятора частоты энергосистемы, вход обратной связи которого соединен с выходом датчика частоты, энергосистемы, АСМ включена в узел нагрузки, а энергосистема снабжена регулятором скорости, выход которого соединен с управляющим входом регулятора частоты энергосистекш, вход обратной связи соединен с датчиком скорости АСМ, а вход задания подключен к дополнительно введенному источнику задания установившегося значения скорости АСМ. 44 На чертеже дана функциональная схема энергосистемы. Устройство содержит асинхронизированную синхронную машину 1 (АСМ)., регулируемый источник 2 питания, например тиристорный преобразователь частоты, управляемый сигналами U,,. , ир1|Д, .сцд датчик 3 скорости ротора; регулятор 4 АСМ; датчик 5 частоты; регулятор 6 частоты; регулятор 7 установившегося значения скорости АСМ; задатчик 8 модуля напряжения сети; датчик 9 углового положения ротора 3 системе синхронно вращающихся осей t - р, ось оС которой жестко связана с BeixTopOM Vg напряжения статора АСМ, датчики 10-12 напряжений и токов фаз статора и ротора соответственно . Регулятор 4 АСМ 1 управляющими выходами подключен к регулируемому источнику 2 питания, например тиристорному. На входы регулятора подаются сигналы , и |jg , и. датчика 10 напряжения статора АСМ; Us fS датчика П тока статора АШ; - с датчика 9 углового положения .ротора АСМ; Icj4t Ъч cv с датчика тока ротора АСМ; Uco с задатчика 8 модуля напряжения сети и 1% - с датчика 3 скорости ротора АСМ Кроме того, вход регулятора 4 АСМ подключен к выходу регулятора 6 частоты энергосистемы, к управляющему входу которого подключен выход регулятора 7 скорости. Постоянная времени контура скорости АСМ Tg- на два-три порядка превьщ1ает постоянную времени контура регулирования частоты Т0. Следовательно, процессы регулирования частоты энергосистеьяы имеют большую скорость протекания на фоне практически постоянного задания по частоте iHm которое может медленно изменяться под действием регулятора устаиовившегося зиачения скорости АСМ. В случае возбуждения АСМ от шеститактного преобразователя частоты с иепосредстаенной связью минимально допустимое значение Тц составляет 0,002-0,005 с, определяя весьма высокое быстродействие контура регулирования частоты. Работа энергосистемы протекает следующим образом. В статическом ретхиме работы энергосистемы при фиксированном значении частоты Ш const баланс активной мощности обеспечивается активной мощ ностью генераторов системы Pj;,j- ц -ЯК тивной мощностью РАЭП Р нулевой ак тивности мощности Pg ACM. Таким образом Р р Р + гнагр -1иагр п.натр с.г и vftj const. В этих условиях за счет работы регуляторов 7 установившегося .значения скорости, регулятора6 частоты энергосистемы и регулятора 4 АСМ об печивается работа АСМ с нулевым активным током на скорости UUg UL. Реактивный ток АСМ равен нулю, если U- равно напряжению задания UCQ,. Динамика асинхронизированного син хронного компенсатора определяется взаимодействием всех рассмотренных контуров регулирования. Процесс компенсации кратковременного дефицита генерируемой активной мощности энергосистемы протекает сле дующим образом. При отключении, например, одной из ЛЭП в энергосистеме возникает де.фидит генерируемой активной мощности Нагр ген частота системы начинает пошгааться, приводя по линии об ратной связи в действие регулятор 6 частоты. Воздействующий на управляющий вход регулятора АСМ 4. На управляющем входе регулятора АСМ 4 появляется сигнал, вызывающий понижение скорости АСМ и выдачу в энергосистему активной мощности РЗ в точности соответствующей возникшему в системе дефициту. АСМ воспринимает на себя этот дефицит за время, равное приблизительно. 0,05 с. Баланс активной мощности и частота энергосистемы восстанавливаются при отключенной ЛЭП. Дпя генерирования активной мощности АСМ расходует запас кинетической энергии вращающегося ротора и маховика. АСМ несе- на себе активную мощность, равную дефициту в течение всего промежутка времени Л откл° ключения ЛЭП. По истечении этого прб межутка времени происходит включение на энергосистему ранее отключенной ЛЭП. При этом в энергосистеме вновь возникает нарушение баланса мощности (обратного знака), который восстанавливается приблизительно за 0,05 с за счет прекращения генерирования мрщности АСМ в результате действия регулятора 6 частоты, который обеспечивает разгрузку АСМ вследствие возрастания частоты энергосистемы после включения ЛЭП. На этом эаканчивается первый этап переходного процесса, связанный, в основном, с работой быстродействующей части системы регулирования АСМ (регуляторы 6,4), генерирующей активную мощность за счет расхода своих энергетических ресурсов (кинетическая энергия) при понижении скорости вращения ротора. Второй этап переходного процесса заключается в восстановлении энергетических ресурсов АСМ, т.е. восстановлении скорости ее ротора, после включения ранее отключенной ЛЭП. Развитие процесса восстановления скорости вращения ротора АСМ начинается одновременно с йоментом отключения ЛЭП, когда начинает понижаться скорость вращения ротора АСМ. При этом по линии обратной связи на вход медленно действующего регулятора 7 установившегося значения скорости ротора АСМ поступает сигнал, вызывакиций появление на управляющем входе регулятора б частоты сигнала, соответствующего заданию на понижение (Л}щ частоты энергосистемы. Однако изменение этого сигнала задания происходит настолько медленно, что весь первый этап переходного процесса проходит практически при условии Шда const. После включения ЛЭП сигнал ()щ продолжает, понижаться, вызывая за счет работы регулятора 6 частоты потребление из энергосистемы активной мощности асинхронизированной синхронной машиной. Это приводит к медленному разгону АСМ, и, в конечном итоге, к восстановлению энергетических ресурсов компенсатора. При заканчивается второй этап переходного процесса. АСМ полностью разгружается от активного тока и энергосистема приходит в стационарное состояние, предшествующее отключению ЛЭП. Предлагаемая энергосистема аналогичным образом обеспечивает компенацию и избытка активной мощности нергосистемы. Таким образом, изобретение повыает надежность энергосистемы путем омпенсации дефицита мощности, что предотвращает излишнее отключение потребителей. Формула изобретения Энергосистема, содержащая источники электроэнергии, линии электропередачи, связывающие источники питания с узлами нагрузки, асинхронизированную синхронную машину (АСМ) маховиком, ротор которой подсоедине к регулируемому источнику питания, например тиристорному преобразователю частот, цепи управления которо го подключен к выходу регулятора скорости и напряжения, входы которо го подключены к выходам датчика углового положения ротора относительн синхронно вращающейся системы координат, датчика скорости, датчика фа зовых токов статора и ротора, датчи ка напряжения фаз статора, задатчика модуля напряжения электрической сети и регулятора частоты энергосис

Ч

ffi

8 , вход обратной связи которого соединен с выходом датчика частоты энергосистемы, отличающаяс я тем, что, с целью повышения надежности функционирования энергосистемы путем предотвращения аварийного отключения потребителей энергосистемы, АСМ включ.ена в узел нагрузки, а энергосистема снабжена регулятором скорости, выход которого соединен с управляющим входом регулятора частоты энергосистемы, вход обратной связи соединен с датчиком скорости АСМ, вход падания подключен к дополнительно введенному источнику задания установившегося значения скорости АСМ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе I. Беркович М. А. и Семенов В.А. Основы автоматики энергосистем. М., Энергия. 1968,с. 296-304. 2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2704805/24-07, кл. Н 02 J 3/24, 1979.