Устройство для связи двух энергосистем Советский патент 1982 года по МПК H02J3/06 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЯЗИ ДВУХ ЭНЕРГОСИСТЕМ

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для связи источников переменного тока.

Известны устройства, представляющие собой асинхронизированные синхронные электромеханические преоб.разователи частоты (ЛС ЭМПЧ). АС ЭМПЧ состоит или из синхронной машины и асинхронизированной синхронной машины с жестко соединенными валами l , или из двух асинхронизированных синхронных машин с жестко соединенными валами 2.

В указанных устройствах вход тиристорного преобразователя частоты системы возбуждения каждой асинхронизированной синхронной машины подключен к своим статорным обмоткам, что при работе со скольжением снижает полную пропускную способность устройства и ухудшает качество электрической энергии на шинах асинхронизированных синхронных машин, так как тиристорный преобразователь частоты является источником субгармонических колебаний реактивной мощности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для гибкой связи энергосистем, содержащее две асинхронизированные синхронные машины с жестко соединенными валами, статорные цепи которых подсоединены каждая к соответствующей энергосистеме, а к роторным цепям машин подсоединены статические преобразователи частоты регулятора, связанные с переключателем с блоком уп10равления, подключенным к обоим энергосистемам, и двумя датчиками частот, каждый из которых подсоединен к соответствующей энергосистеме. Подключение к той или иной энерго15системе осуществляется.на основе Сравнения знаков напряжений перетоков активных мощностей в статорах и роторах машин р ,

Недостатком известных устройств

20 является ухудшение качества электрической энергии в энергосистеме, к которой подключены входы тиристорных преобразователей частоты систем возбуждения асинхронизированных

25 синхронных машин. Известно, что для возбуждения асинхронизированньсх синхроннЕлх машин применяют тиристорные преобразователи частоты с непосредственной связью и естест30венной коммутацией (циклоконварторы), Реактивная мощность, потребляемая циклоконверторсм из питающей электросети, модулирована по амплитуде с частотой вторичной сети. В устройстве-прототипе питающей сетью является сеть, к которой подключены статорные обмотки асинхрони зированной синхронной машины, а вто ричной сетью - ее обмотки возбуждения.. Поэтому .потребляемая реактивна мощность циклоконвертора будет моду лирована по амплитуде с частотой скольжения асинхронизированной синхронной машины. Причем число колеба ний значений реактивной мощности за период скольжения асинхронизированн синхронной машины зависит от числа фаз обмотки возбуждения. За период скольжения двухфазного ротора будет четыре колебания, трехфазного ротора - шесть колебаний. Глубина колеб НИИ в нормальном режиме тем больше, чем меньше число фаз ротора и .сколь жение, с которым работает асинхронизированная синхронная машина. Так при близких к нулю скольжениях глубина колебаний значения реактивной мощности на входе циклоконвертора составляет для двух- и трехфазного роторов соответственно примерно 30 и 14% от своего максимального значения. Если параллельно работают нескол ко асинхронизированных синхронных машин агрегатов АС ЭМПЧ, то соответ ственно возрастает абсолютное значе ние колебаний реактивной мощности. Это, как указывалось выше, ухудшает качество электрической энергии в цепи источника возбуждения машин устройства. Цель изобретения - улучшение качества электрической энергии в электросети, к которой подключены статические преобразователи частоты систем возбуждения асинхронизи,рованных синхронных машин устройства связи. Указанная цель достигается тем, что устройство для связи двух энергосистем, содержащее агрегат из дву электрических машин с жестко соединенными валами; одна из которых выполнена асинхронизированной синхронной, статорные обмотки машин подсоединены каждая к соответствующей энергосистеме, к роторной цепи асинхронизированной синхронной машины подсоединен статический преобразователь частоты с регулятором, связанным с переключателем с блоком управления, подключенным к обоим энергосистемам, и двумя датчикс1МИ частот, каждый из которых подсоединен к соответствующей энергосистеме, вторая электрическая машина первого aiperaTa выполнена синхронной, устройство снабжено вторым агрегатом из двух электрических машин, одна из которых выполнена асинхронизированной синхронной, а вторая - синхронной, вторым преобразователем частоты с регулятором, подключенным к роторным цепям второй асинхронизированной синхронной машины и трансформатором, подключенным между выводами обоих статических преобразователей частоты и переключателем, при этом обмотка возбуждения каждой асинхронг эированной синхронной машины смещена относительно соответствующей оси обмотки возбуждения синхронной машины своего агрегата. Трансформатор может быть выполнен двухобмоточным, а угол смещения обмоток возбуждения машин одного агрегата равен q-cp.+ d - i) KV, где Cpg - произвольный угол, одинаковый для всех агрегатов; число параллельно включенных агрегатов; число фаз обмотки возбуждения асинхронизированной синхронной машины; i - порядковый номер агрегата; К О, 1, 2...; и , - соответственно при двухи трехфазном роторе. Трансформаторы могут быть выполнены трёхобмоточными, обмотки возбуждения асинхронизированных синхронных машин выполнены трехфазными, при этом вторичные входы статических преобразователей частоты соединены в разные группы, а указанный электрический угол смещения обмоток возбуждения равен 1).1 %+ Ktf). На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства, с двухобмоточным трансформатором; на фиг.2 то же, с трехобмоточным трансформатором.. Устройство для связи двух энергосистем {фиг.1) содержит два агрегата, первый из которых состоит из асинхронизированной синхронной машины 1 и синхронной машиг1Ы 2, второй агрегат - из асинхронизированной синхронной МС1ШИНЫ 3 и синхронной машины 4. Обмотки возбуждения асинхронизированных синхронных машин 1 и 3 подключены к выходам соответственно статических преобразователей 5 и 6 частоты, управление работой которых осуществляется с помощью регуляторов 7 и 8. Входы статических преобразователей 5 и 6 -цастоты подключены к переключателю 9 входов статических преобразователей частоты через трансфер- , матор 10, первые контакты которого

подключены к одной энергосистеме, вторые контакты - к другой энергосистеме. Входы блока 11 управления переключателем соединены с датчиками 12 и 13 частот объединяемых энер госистем.

Для использования устройства по полной пропускной способности входы статических преобразователей 5 и б частоты систем возбуждения асинхронизированных синхронных машин 1 и 3 подключены с помощьюпереключателя 9 к одной из объединяемых энергосистем. Подключение к этой, или иной энергосистеме осуществляется на основе взаимного сравнения частот энергосистем в блоке 1,1 управления переключателем.. Датчики 12 и. 13 частот вырабатывают сигналы, пропорциональные частотам энергосистем. Эти сигналы поступают в блок 11, который управляет работой переключателя 9 так, что входы статических преобразовате.пей частоты всегда подключены к энергосистеме с меньшей частотой. Как следует из сказанного, для управления переключателем 9 необходимы лишь два сигнала частоты связываемых энергосистем, тогда как для управления переключателем 9 в устройстве-прототипе используется четыре параметра - активные мощности статоров и роторов обеих машин. При этом весьма проблематично обеспечить замер активной мощности в цепях роторов, так как частота токов и напряжений возбуждения мала (не более 1,5 Гц).

Кроме того, в предлагаемом устройстве многофазная обмотка возбуждения асинхронизированной синхронной машины каждого агрегата по отношению, например, продольной оси обмотки возбуждения своей синхронной машины на определенный электрический угол. I

Показанные на фиг.1 обмотки возбуждения машин 1 и 3 выполнены двухфазными. При этом продольные оси фаз обмоток возбуждения машин 1 и 3 смещены в пространстве на 45 эл. град, (угол между осями d и 32). Так как оба преобразователя 5 и 6 частоты питаются от одного источника возбуждения, то при дзу.хфазных обмотках возбуждения машин за период . скольжения их суглмарная реактивная мощность будет иметь восемь колебаний. При этом глубина колебаний реактивной мощности снижается в два раза по отношению к устройствупрототипу. Происходит это благодаря тому, что взаимный сдвиг обмоток возбуждения машин на указанный угол обеспечивает взаимный сдвиг по фазе на тот же угол колебаний реактивных мощностей статических преобразователей 5 и 6 частоты. При выполнении обмоток возбуждения маший 1 и 3 трехфазными (при этом угол сдвига между продольными осями фаз обмоток возбуждения машин 1 и 3 составпяет 30 эл.град.) число колебаний суммарной реактивной мощности на входах статических преобразователей 5 и 6 частоты за период сколь0жения удваивается и составляет двенадцать, а глубина колебаний так же уменьшается в два раза по сравнению с устройством-прототипом.

Как видим, снижение глубины коле5баний суммарной реактивной мощности на входах статических преобразователей 5 и б частоты для связи двух энергосистем улучшает качество элЬктрической энергии в энергосистеме, к

0 которой они подключены с помощью переключателя .

На фиг.2 показано устройство для связи двух энергосистем, когда параллельно включены два агрегата, каждый

5 из которых содержит по одной асинхронизированной синхронной машине с трехфазной обмоткой возбуждения. При этом есть возможность не только .механического смещения систем многофазных обмоток машин 1 и 3 на указан0ный электрический угол, как это сделано в устройстве на фиг.1, но и электрического смещения. Достигается это следующим образом. Первичная обмотка трехобмоточного трансформато5ра 10 подсоединена к выходу блока 11 управления переключателя. Одна из вторичных обмоток соединена с преобразователем 5 частоты, а другая с преобразователем б частоты. При

0 этом вторичные обмотки трансформатора 10 соединены в разные группы, например, У/У/Д-12-11, а системы многофазных обмоток возбуждениямашин 1 и 3 (фиг.2) по отношению друг к5другу не смещены. В этом случае электрическое смещение на указанный электрический угол в ЗО для трехфазных обмоток возбуждения машин 1 и 3 обеспечивается за счет

0 вторичных обмоток трансформатора 10.

Питание статических преобразователей 5 и 6 частоты осуществляется через общий трансформатор 10 и переключатель 9. Но каждый статический

5 преобразователь, частоты может быть снабжен своим трансформаторе и переключателем.

Изобретение может быть применено

0 как для объединения двух энергосистем с раз.ными номинальными частотами, так и для объединения энергосистем с одинаковыми номинальными частотами,, но имеющих взаимные колебания частот. Причем качество электри5ческой энергии в энергосети, к которой подключены входы статических преобразователей частоты систем возбуждения асинхронизированных синхронных машин, тем лучше, чем больше общее число параллельно включенных агрегатов АС ЭМПЧ, а следовательно, статических преобразователей частоты. Устройство может быть применено еслл возбуждение асинхронизированных синхронных машин агрегатов осуществляется от общей возбудительной машин переменного тока, например специальной синхронной машины. Формула изобретения 1. Устройство для связи двух энер госистем, содержащее агрегат из двух электрических машин с жестко соедине ными валами, одна из которых выполнена асинхронизированной синхронной статорные обмотки машин подсоединены каждая к соответствующей энергосистеме, к роторной цепи асинхронизирован-ной синхронной машины подсоедииен статический преобразователь частоты с регулятором, связанный с пере ключателем с блоком управления, подключенным к обеим энергосистемам, и двумя датчик 1Ми частот, каждый из которых подсоединен к соответствующей энергосистеме, отличающееся тем, что, с целью улучшения качества электрической энергии в энергосистеме, вторая электрическая машина первого агрегата вы полнена синхронной, оно снабжено вт рым агрегатом из двух электрических машин, одна из которых выполнена асинхронизированной синхронной, а вторая - синхронной, вторьте преобразователем частоты с регулятором, подключенным к роторным цепям второ асинхронизированной синхронной машины, и трансформатором, подключенным между выводами обоих статических преобразователей частоты и переключателем, при этом обмотка возбуждения каждой асинхронизированной синхронной машины смещена относительно соответствующей оси обмотки возбуждения синхронной машины своего агрегата. 2.Устройство по П.1, о т л и чающееся тем, что трансформатор выполнен двухобмоточным, а угол смещения обмоток возбуждения машин одного агрегата равен Cfg - произвольный угол, одинаковый для всех агрегатов; п - число параллельно включенных агрегатов; т - число фаз обмотки возбуждения асинхронизированной синхронной машины; 1 - порядковый номер агрегата , 1, 2...; у при двухфазном роторе; ( - при трехфазном роторе. 3.Устройство по П.1, отличающееся тем, что трансформатор выполнен трехфазным, причем обмотки, к которым присоединены статические преобразователи частоты, выполнены с различными схемами соединения обмоток, а обмотки возбуждения асинхронизированных синхронных машин выполнены трехфазными, указанный электрический угол равен Cf q;o Кц). Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 600662, кл. Н 02 J 3/06, 1976. 2.Авторское свидетельство СССР 502445, кл. Н 02 J 3/06, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР W 729746, кл. Н 02 J 3/06, 1977.