Устройство для моделирования энергосистемы Советский патент 1982 года по МПК G06G7/62 

Изобретение относится к физическому моделированию и предназначено для обучения технического персонала организаций, занимающихся эксплуатацией энергетических систем, практическим навыкам по управлению режимами работы системы при синхронизации генераторов, при их подключении к энергетической системе, при асинхронном ходе и т.д.

Известна электродинамическая модель сложных электрических схем, выполненная на постоянную номинальную мощность, содержащая модель генератора с последовательно включенной моделью трансформатора, трансформатор тока и схему управления, последовательно соединенную с мощным управляемым источником тока lj,

Недостатком данной модели является сложная настройка на постоянную величину токовой загрузки блока генератор-трансформатор, что не дает

ВОЗМОЖНОСТИ моделировать переходные процессы в сложных энергетических системах в условиях, приближенных к реальным, где в широких пределах изменяются активная и реактивная составляющие тока, ток и напряжение.

Наиболее близкой к предлагаемой является физическая модель, представляющая собой миниатюрную копию реальной энергосистемы и содержащая генератор с регулятором возбуждения, линию электропередачи, трансформатор электродвигатель и осветительные лампы, изображающие нагрузку 2j.

Однако известная модель характеризуется .недостаточной точностью, из-за невозможности создания всех режимов, а именно режима асинхронного хода, что не позволяет проводить обучение технического персонала в условиях, приближенных к реальным условиям эксплуатации энергетических систем. Цель изобретения - повышение точ ности моделирования. Поставленная цель достигается тем, что 8 устройство для моделирования энергосистемы, содержащее генератор переменного тока, вход возбуждения которого соединен с регуля тором тока возбуждения, выполненным в виде переменного резистора, подключенного к источнику переменного тока, выходные клеммы генератора пе манного тока через замыкающий контак первого ключа соединены с электрической лампой, моделирующей нагрузку, приводной электродвигатель, вал которого механически соединен с валом генератора переменного тока, тре фазный трансформатор, первичная обмо ка которого подсоединена к трехфазной сети, дополнительно введены второй ключ, выпрямительный мост, катуш ка индуктивности, контактор и регуля тор оборотов, выполненный в виде двух параллельно соединенных переменн1,1Х резисторов, причем катушка . индуктивности подсоединена параллел но замыкающему контакту второго ключа, один вывод генератора переменного тока .через катушку индуктивности, а другой вывод - непосредственно соединены с соответствующими замыкающими контактами контактора, подключенными к однофазным выводам вторичной обмотки трансформатора, которые соединены с одной диагональю Выпрямительного моста, другая диагональ которого через регулятор оборотов, выполненный в виде двух параллельно включенных переменных резисторов, подключена к приводному электродвигателю, выполненному в виде двигателя постоянного тока, а генератор переменного тока выполнен в виде однофазного синхронного генера тора. Использование однофазного синхронного генератора и дросселя, а так же возможность регулирования активно нагрузки с помощью регулятора двигателя постоянного тока позволяет создавать режимы по нарушению устойчивости и выполнять операции по синхронизации, включению генератора к системе в условиях, приближенных к условиям работы реальной энергосистемы. На чертеже изображена электрическая схема предлагаемого устройства моделирования энергосистемы. Устройство содержит однофазный синхронный генератор 1 с регулятором 2 тока возбуждения. На одном валу с однофазным синхронным генератором 1 расположен приводной двигатель постоянного тока 3 с регулятором k оборотов, имеющим два переменных резистора 5 и 6, которые предназначены для изменения оборотов приводного двигателя 3 постоянного тока, один из регуляторов 5 . подстроечный, другой регулятор 6 - грубый. Приводной двигатель 3 постоянного тока соединен с вторичной обмоткой трехфазного понижающего трансформатора 7 через выпрямитель 8, преобразующий переменный ток в постоянный, и предохранители 9- Отключение первичной обмотки трехфазного понижающего тран сформатора 7 от электрической, сети системы производится с помощью пакетного выключателя 10. Для подключения однофазного синхронного генератора 1 к выводам вторичной обмотки понижающего трансформатора 7 применен контактор 11, ключ 12 включения и ключ 13 отключения с (красной и зеленой) контрольными лампочками 1+ и 15 и сопротивлениями 16 в цепи контрольных лампочек 14 и 15- К выводам ,17 однофазного синхронного генератора 1 подключена нагрузочная электро-, лампа 18 с первым ключом 19 и предохранителем .20. Между последовательно соединенными однофазным синхронным генератором 1 и понижающим трансформатором 7 включена катушка 21 индуктивности, моделирующая дальнюю линию электропередачи. Катушка 21 зашунтирована выключателем 22. Физическая модель снабжена комплектом регистрирующих приборов, отражающих текущие значения основных параметров на выводах однофазного синхронного генератора 1 и на выводах вторичной обмотки понижающего трансформатора 7, а именно, вольтметры 23 и 24, амперметр 25, ваттметр 26, частотомер 27 и 28, дифвольтметр 29, синхроноскоп 30. Синхроноскоп 30 и дифвольтметр 29 подключены как к выводам 17 однофазного синхронного генератора 1, так и к выводам вторичной обмотки понижающего трансформатора 7. Синхроноскоп 30 со стороны понижающего трансформатора 7 включен на три фазы. Синхроноскоп 30, снабженный системой улавливания момента включения однофазного синхронного генератора 1, показывает угол и скорость расхождения векторов напряжений между шинами в оричной обмотки понижающего трансформатора 7 и однофазным синхронным генератором 1 в процессе его синхронизации и включения на параллельную работу с электросетью системы. Устройство работает следующим образом. Устройство подключаем к электрической сети системы, например напряжением 380 В, с помощью пакетного выключателя 10. На выводах вторичной обмотки понижающего трансформатора 7 появляется напряжение, например 100 В (устройство рассчитано на напряжение от 0-380 В, а синхронный генератор на .напряжение 100130 в) с частотой 50 Гц; Одновременно подается напряжение на приводной двигатель 3 постоянного тока. Для включения однофазного синхронного генератора 1 к силовой цепи (на вторичной обмотки понижающего трансформатора 7) производят возбуждение однофазного синхронного генератора 1 до 100 В путем регулирования тока возбуждения однофазного синхронного генератора 1 регулятором 2 и регулирования числа оборотов при водного двигателя 3 постоянного тока регулятором 4, вначале грубым резист ром 6, Затем подстроечным резистором 5 до тех пор, пока частота и напряжение на выводах 17 однофазного синх ронного генератора 1 не приблизятся к частоте и напряжению на выводах вторичной обмотки понижающего трансформатора 7. При разности частот, не превышающей 1-О,1 Гц, и расхождении фаз напряжений однофазного синхронного генератора 1 и на шинах вторичной обмотки понижающего трансформатора .не более 20 производится подключение однофазного синхронного генератора 1 к силовой цепи на параллельную работу с электрической сетью системы. После включения однофазного синхронного генератора к силовой сети тренажера можно демонстрировать нарушения устойчивости синхронной работы однофазного синхронного генератора с силовой сетью при включенной катушке индуктивности 21 путем подъема активной нагрузки до 30-50 Вт, изменяя сопротивление в цепи зозбуждения приводного двигателя постоянного тока 3 регулятором Ц. Контроль за активной нагрузкой ведется по ваттметру 26, дифвольтметру 29 и амперметру 25. При изменении активной или реактивной нагрузки на выводах 17 однофазного синхронного генератора 1 дифвольтметр 29 показывает изменение угла сдвига фаз напряжений по концам катушки индуктивности 21 (линии электропередачи). При наступлении асинхронного хода генератора происходит возрастание частоты напряжения однофазного синхронного ге нератора 1 в режиме выдачи активной мощности и снижение частоты напряжения в режиме потребления мощно.сти однофазным синхронным генератором 1. Ликвидация асинхронного хода производится или путем изменения нагрузки на генераторе, на выводах 17 однофазного синхронного генератора 1j или путем шунтирования катушки 21 индуктивности. Если при этом синхронный генератор 1 не втянется в синхронизм, то необходимо немедленно отключать его от силовой цепи контактором 11 путем воздействия на ключ 13 отключе ния. Затем можно повторить опыт при меньшей нагрузке однофазного синхронного генератора 1. Перед отключением синхронного генератора 1 от силовой цепи необходимо снять нагрузку с генератора. Таким образом, .предлагаемое устройство позволяет моделировать режим асинхронного хода однофазного синхронного генератора и на базе этого режима обучать персонал правилам и непосредственно действию по ликвидации аварийных режимов, связанных с нарушением параллельной работы генераторов, их отключением, затем синхронизацией и включением в систему методом точной ручной синхронизации по синхроноскопу, дифвольтметру или несинхронно при допустимой разности частот (1 Гц) межд-у включaeмы синхронным генератором и силовой сетью при условии наличия между ними индуктивного сопротивления. Формула изобретения Устройство для моделирования энергосистемы, содержащее генератор переменного тока, вход возбуждения которого соединен с регулятором тока возбуждения, выполненным в виде пере79менного резистора, подключенного к источнику постоянного тока, выходные клеммы генератора переменного тока через замыкающий контакт первого ключа соединены с электрической лампой, моделирующей нагрузку, приводной электродвигатель, вал которого, механически соединен с валом генератора переменного тока трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого подсоединена к трехфазной сети отличающееся тем., что, с целью увеличения точности моделирования, в него дополнительно введены второй ключ, выпрямительный мост, катушка индуктивности, контактор и per гулятор оборотов, выполненный в виде двух параллельно соединенных переменных резисторов, причем катушка индуктивности подсоединена параллельно за.мыкающему контакту второго ключа, один вывод генератора переменного тока через катушку индуктивности, а 4 другой вывод - непосредственно соединены с соответствующими замыкающими контактами контактора, подключенными к однофазным выводам- вторичной обмотки трансформатора, которые соединены с одной диагональю выпрямительного моста, другая диагональ которого через регулятор оборотов, выполненный в виде двух параллельно включенных переменных резисторов, подключена к приводному электродвигателю, выполненному а виде двигателя постоянного тока, а генератор переменного тока выполнен в виде однофазного синхронного генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 377815, кл. G 06 G 7/62, 1971. 2.Веников В.А. и др. Физическое моделирование электрических систем. М-Л., Энергия, 1956, с. 8-15 (прототип)