Способ управления асинхронизированным электромеханическим преобразователем частоты

(51) 4 Н 02 ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОСУДАРС О ДЕЛА ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН(21) (22) (46) стоты для связи дву осуществляется по з щим поддерживать за нергосистем на зволяюннь ени о-иссле энергет В,В,Сар ян тел кий(54) СП ВАННЫМ ЗОВАТЕЛ (57) Изтехникенадежно электро - повышениестем. Упм элекателем чаавл ромеха Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3760614/24-0728,06,8423.11.87, Бюл. РВсесоюзный научнинститут электроИ.Ю.Мирошников,гоев и Ю.Г.Шакар621.316.728(088.8Авторское свидет740, кл. Н 02 1еленохат Н.И., КоК.З. Управлениеежсистемной связись депонирована1983, Ф 1348 эн ОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОНИЗИРОЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЕМ ЧАСТОТЫобретение относится кЦель изобретениясти работы энергосие асинхронизированньническим преобразов НЯО 135433 активнои мощности однои из машин, частоту вращения вала и напряженийэнергосистем. При наступлении консольного режима переводят управлениена закон, обеспечивающий поддержание равенства частот связываемых энергосистем. Для фиксирования фактанаступления консольного режима производят измерение установившихся значений частот энергосистем, сравнивают эти значения с текущими и при выходе какой-либо разности за заданные пределы формируют сигнал управления, обеспечивающий подтягиваниетекущих значений частот к установившимся значениям. При неоднократномформировании указанного сигнала фиксируют наступление консольного режима. В длительном консольном режимешунтируют устройство для связиэнергосистем. 7 ил .ка лПрос ктная,ч олиграфическое предприятие, г.ужго тве 08/51Тираж 618ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушс Подписмитета СССРткрытийя наб., д.4/51 135Изобретение относится к электротехнике, аименно к устройствам для связи энергосистем, и может быть использовано для управления асинхронизированным электромеханическим пре образователем частоты (АС ЭМПЧ).Целью изобретения является повышение надежности работы энергосистем, объединенных посредством АС ЭМПЧ.На фиг, 1 приведена принципиальная схема энергосистемы с АС ЭМПЧ на фиг.2 - принципиальная схема АС. ЭМПЧ; на фиг,З - датчик проекций тока ротора; на фиг,4 - структурная схема регулятора возбуждения первой по направлению перетока мощности машины АС ЭМПЧ; на Фиг.5 - структурная схема регулятора возбуждения второй по направлению перетока мощности машины АС ЭМПЧ; на фиг.6 - принципи:- альная схема блока управления регулятором; на фиг.7 - временные диаграммы, поясняющие предлагаемый способ управления.Две асинхронизированные синхронные машины (АСМ) 1 и 2 (фиг.2), соединенные общим валом 3, подключены через трансформаторы 4 и 5 связи в рассечку линии электропередачи (фиг,1), которая связывает две энергосистемы. Для подключения АСМ и шунтирования АС ЭМПЧ имеются выключатели 6-8. Управление АС ЭМПЧ осуществляется посредством регуляторов 9 и 10 возбуждения, выходные сигналы которых управляют силовой частью системы управления, состоящей из преобразователей 11 и 12 частоты с непосредственной связью (ПЧНС) с системой импульсно-Фазового управления тиристорами (СИФУ) и трансформаторами 13 и 14 питания ПЧНС.На входы регуляторов 9 и 10 возбуждения поступает информация от датчиков 15-26 режимных параметров, а именно: 15 и 16 - датчики опорных напряжений; 17 и 18 - датчики проекций токов ротора на опорные напряжения; 19 и 20 - датчики напряжений;21 и 22 - датчики частоты связываемых энергосистем, 23 - датчик активной мощности второй АСМ; 24 - датчик разности фаз напряжений связываемых энергосистем; 25 - датчик углоного положения вала; 26 - датчик частоты вала. Указанные датчики подключены к измерительным трансфодма 4334 2 40 Функций регулирования. На вход блока 33 поступает управляющий сигнал с выхода.34 регулятора 10 возбуждения.Датчик проекций тока ротора наопорное напряжение (фиг.З) состоит 45из преобразователя 35 трехфазного напряжения в двухфазное, из преобразователя 36 трехфазного тока в двух 38, двух инверторов 39 и 40 с соответствующими коэффициентами передачи, двух сумматоров 41 и 42, четырех аналоговых перемножителей 43-46 и двух выходных усилителей 47 и 48,10 15 20 25 30 35 торам 27 и 28 тока, к измерительнымтрансформаторам 29 и 30 напряженияи к угло-измерительной машине 31,находящейся на одном валу с АСМ.Датчик 15 опорного напряжения,датчик 19 напряжения и датчик 21 частоты подключены к трансформатору напряжения 29, измеряющему напряжение на шинах первой АСМ, датчик 17 проекций тока ротора на опорное напряжение подключен к трансформатору напряжения первой АСМ. Соответственно датчик 16 опорного напряжения, датчик 20 напряжения, датчик 22 частоты подключены к трансформатору 30 напряжения, измеряющему напряжение на шилах второй АСМ, датчик 18 проекций тока ротора на опорное напряжение и датчик 23 активной мощности подключены к трансформатору 28 тока статора и трансформатору напряжения второй АСМ. Датчик 24 разности фаз напряжений связываемых энергосистем подключен к обоим трансформаторам 29 и 30 напряжения. Датчик 25 углового положения ротора и датчик 28 частоты вращения ротора подключены к углоизмерительной машине 31.Шунтирование АС ЭМПЧ может осуществляться посредством выключателя 8, причем разрешение на включение указанного выключателя осуществляется с помощью автоматического синхронизатора 32. В систему управления АС ЭМПЧ входит блок управления ключами и автоматическим синхронизатором 33, осуществляющий переключение фазный, из двух интеграторов 37 и Первичная информация от датчиковрежимных параметров поступает навходы регуляторов 9 и 10 возбужцения АС ЭМПЧ. Причем на входы 49-57регулятора 9 возбуждения соответственно поступает информация от датчи 1354334ка 15 опорного напряжения первой АСМ, датчика 25 углового положения ротора, датчика 17 проекций тока ротора, датчика 19 напряжения,датчика 21 частоты, датчика 26 частоты вращения ротора, датчика 22 частоты напряжений и датчика 24 разности фаз напряжений, а на вход 57 поступает информация об уставке разности фаз напряжений с выхода 58 регулятора 10 возбуждения.На входы 59-67 регулятора 10 возбуждения соответственно поступают сигналы от датчика 16 опорного на пряжения, датчика 25 углового положения ротора, датчика 18 проекций тока ротора, датчика 20 напряжения, датчика 23 активной мощности, датчика 21 частоты, датчика 26 частоты вращения ротора, датчика 22 частоты и от датчика 24 разности фаз напряжений.Регулятор 9 возбуждения (фиг.4) состоит из двух пропорционально-ин тегрально-дифференциальных (ПИД) пре - образователей, первый из которых состоит из операционных усилителей 68-70 (дифференциатор, усилитель, интегратор), к входам которых подключены входы 53-57 регулятора. Ко второму ПИД-преобразователю, состоящему из операционных усилителей 71-73,подключен вход 52 регулятора и задатчик уставки напряжения первой АСМ, выпол 35 ненный как потенциометр 74, Выход первого ПИД-преобразователя подключен к сумматору 75, на вход которого также поступает информация о токе ротора (вход 51 регулятора). На вход сумматора 76 соответственно поступает сигнал от второго ПИД-преобразователя и от входа 51 регулятора. Выходы сумматоров 75-76 подключены к формирователю 77 напряжения возбужде-45 ния, на другие входы которого поступают сигналы от датчика 15 опорного напряжения (входы 49 и 49 регулято/ра) и от датчика 25 углового положе(ния ротора (входы 50 и 50 регулято 50 ра). Формирователь 77 напряжения возбуждения функционально состоит из восьми блоков аналогового перемножения 78-85 и четырех сумматоров 86-89,Регулятор 10 возбуждения второй машины АС ЭМПЧ (фиг.5) состоит из55 двух П 1 Щ-преобразователей, первый из которых состоит из операционных усилителей 90-92, Второй ПИД-преобвазователь состоит из операционных усилителей 93-95, входы которых подключены к датчику 20 напряжения и к задатчику уставки напряжения, выполненному в виде потенциометра 96, Входыусилителей 90-92 через ключи 97 и 98подключены соответственно к датчику23 активной мощности и к формирователю уставки активной мощности, выполненному в виде потенциометра 99.На входы усилителя 91 и интегратора 92 через ключи 100 и 101 поступает информация соответственно от датчика 24 разности фаз напряжений связываемых энергосистем и от задатчика уставки этой разницы фаз, выполненного в ниде потенциометра 102,Сигнал от задатчика уставки разности фаз напряжений связываемых энергосистем через ключ 103 подаетсятакже на вход 57 регулятора 9 возбуждения, Выход сумматора 104, на входы которого подаются сигналы от,датчиков 22 и 26 частоты, подключен кусилителю 91 и через ключ 105 - кинтегратору 92 ПИД-преобразователя.На входы сумматора 106 подаются сигналы от датчиков 21 и 22 частоты иот измерителей (датчиков) установившихся значений частоты, выполненныхв виде инерционных звеньев 107 и 108с большими постоянными времени (несколько секунд), на входы которых поступают сигналы от указанных датчиков 21 и 22 частоты. Выход сумматора 106 через трехпозиционный релейный элемент 109 и через ключ 110 подключен к одному из входов интегратора 92. Выходы сумматоров 111 и 112подключены к формирователю 113 напряжения, выполненному аналогичноформирователю 77. Выход формирователя 113 напряжения возбуждения является выходом регулятора 10 возбуждения,На фиг.6 приведен пример реализации блока 33 управления ключами97, 98, 100, 10 1, 103, 105, 110 иавтоматическим синхронизатором, обе -спечивающего работу устройства. Навход блока управления ключами поступает сигнал ф ( Ь и 6 у ) с выхода трехпозиционного релейного элемента 102, т.е. управляющий сигнал,поступающий на интегратор 92.Прямойи инвертированный на инверторе 114сигналы ф и Ч , прошедшие черездиоды 115, 116 и ограниченные огра+К,х 35 50 5 135 ннчителями 117 и 118, поступают на логическую схему ИЛИ 119. После схемы ИЛИ 119 получается последовательность импульсов, показанная на фиг, 7 в. По фронту первого импульса запускаются таймеры 120 и 121. Таймер 120 совместно со схемами И 122, 123 на определенное время (задержка задает ся равной времени бестоковой паузы при успешном АПВ) задерживает прохож- дение импульсов. После отработки таймером 120 заданной задержки времени появляется возможность работы следующей части схемы, а именно во время работы таймера 121 разрешена работа счетчика 124, Если за время, определяемое таймером 121, счетчик 124 насчитает заданное количество импульсов, то на логической схеме ИЛИ 125 появится сигнал логической единицы, который с помощью схемы И 126 и ИЛИ 127 запретит дальнейший счет и сброс счетчика 124. Это означает, что АС ЭМПЧ работает на кон- - сольную нагрузку и необходимо изменить закон управления, т,е. отключить ключи 98 и 110, включить ключ 105 и обеспечить подтягивание частоты отделившегося энергорайона к частотездоровой энергосистемы. Одновременно запускается в работе автоматиче-, ский синхронизатор 32 (фиг,2), кото" рый при выполнении условий синхронизации Б, = Ч , й = Е 8 = В"2 включает шунтирующий выключатель 8. После включения выключателя 8 отключается управление по углу, которое обеспечивало подтягивание разности фаз напряжений к нулю (необходимое условие включения шунтирующего выключателя 8), и машина переводится в режим компенсатора. Информация о включенном положении выключателя поступает с блока состояния выключателей 128 через логический элемент И 129. Усилители 130-132 служат для согласования логической схемы с силовой частью управления ключ ами,Предлагаемый способ управленияАС ЭМПЧ осуществляют следующим образом,Первичная информация от датчиков режимных параметров агрегатаАС ЭМПЧ поступает на входы регуляторов возбуждения, где формируютсясигналы управления, в дальнейшем поступающие на силовые элементы систе 4334 5мы управления. Изменение законовуправления осуществляется с помощьюблока управления ключами,Напряжения управления, формиру 5емые в регуляторах возбуждения, мог;,т быть записаны с помощью математических соотношений. Так, на выходеусилителей 76 и 75 регулятора 9 возбуждения формируются напряжения Чи Ч в следующем виде:1(,ЫНа выходе усилителей 112 и 113регулятора 10 возбуждения формируются напряжения Ч и Ч 1е 40 Ч Ку (П П+) Кач1 р(4)- текущие значениянапряжений, активной мощности, скорости вала и частоты опорныхнапряжений, Г и; - уставки по напряжению, активной . 15мощности и разности фаз напряжений- логические перемен- .ные; 20 - коэффициенты усиления; Ф(еи ви,)о,если (и, -и,-и+и Рели . е (и, -и и +и )с 1 если (и, -и, -и +и, )с 7 25- установившиеся значения частот связываемых энергосистем.зона нечувствительности ре- , 30 лейного элемента.Формирователи 77 и 113 напряжения возбуждения преобразуют векторы напряжения управления, сформированные по соотношениям (1) и (2), в на- З 5 пряжение возбуждения, которое непосредственно должно подаваться в обмотки возбуждения АСМ, т.е. осуществляют преобразование координат:(5)- хй гдеО, Ц 40- )х,7 е-)о где Ц напряжение управления (выходные сигналы усилителей 88 и 89 или аналогичных 45 усилителей в формирователе напряжения возбужде 113);угол поворота ротора;угол опорного напряжения; 50 модуль опорного напряжения. На фиг.7 приведены временные ди-.аграммы, поясняющие способ управления при авариях в энергосистеме. Диаграммы а-и поясняют работу устройства при аварийной ситуации, приводящей к консольному режиму, диаграммы к-н - при аварии в энергосистеме, приводящей лишь к снижению частоты без образования консольной нагрузки.55На диаграммах а и к приведены изменения частоты (а и изменения установившихся значений частот ы, и Я , причем пунктирной линией отмечена зона нечувствительности реДатчики 15 и 16 опорного напряжения и датчик 25 углового положения ротора представляют собой преобразователи числа фаз напряжений, т.е. преобразователи. трехфазного напряжения в двухфазное и реализуют одним из известных способов (на опеусилителях, трансформато ) следующие соотношения: где Ц , ЦЬ, Ц, - фазные напряжениятрехфаэной системынапряжений,Це(, Цр - фазные напряжениядвухфазнои системынапряжений.Датчики 17 и 18 проекций тока ротора на соответствующие опорные напряжения, принципиальная схема которых представлена на фиг.3, предназначены для выделения проекций тока ротора на основе информации о токе статора и напряжения статора. Указанные датчики реализуют следующее математическое выражение: Х - , =- Ц+а 110 О вектор и сопряженныйвектор двухфазного напряжения статора АСМ;двухфазный вектор токастатора;проекция тока роторана вектор напряжения;индуктивное сопротивление взаимной индукциимежду обмотками ротораи статора;индуктивное сопротивление статорной цепи;активное сопротивлениестаторной цепи10 135 10 15 25 ЗО 35 40 45 лейного элементаНа диаграммах б ил приведен сигнал Р с выхода релейного элемента; на диаграмме в - последовательность импульсов послесхемы ИЛИ 119; на диаграммах г и м -интервалы работы таймеров 120 и 121соответственно с выдержками времениТ, и Т; на диаграмме д - сигнална выходе схемы ИЛИ 125; на диаграммах е, ж, з - сигналы, управляющиеработой соответствующих ключей, причем сигнал логического нуля соответствует отключенному состоянию ключа, а сигнал логической единицы -включенному состоянию ключа; на диаграммах и, н - активная мощность Ри Р соответственно первой и второйАСМ.В нормальных режимах работы межсистемной связи ключи 97, 98 и 110регулятора 10 находятся в замкнутомсостоянии и режим работы АС ЭМПЧ определяется уставками по активноймощности Р и напряжений У. При этомрегулятор возбуждения 9 поддерживает скорость вращения вала АС ЭМПЧ,равную средней частоте связываемыхэнергосистем, На выходе трехпозиционного релейного элемента сигнал равеннулю, так как установившиеся значения частот связываемых энергосистем практически равны текущим, аестественные колебания частоты меньше зоны нечувствительности релейного элемента,При отключении одного участка линии электропередачи (фиг,1) АС ЭМПЧоказывается подключенным к нагрузке, которая может быть больше илименьше мощности, протекавшей черезАС ЭМПЧ, в доаварийном режиме, Рассмотрим случай, когда мощность нагрузки оказалась больше мощности,передаваемой через АС ЭМПЧ, т.е. образовался энергодефицитный район ичастота в этом энергорайоне начинает снижаться (фиг,7 а - и). На выходе сумматора 106 регулятора 10 появляется напряжение, которое поступает на трехпозиционный релейный эле -мент, При срабатывании релейногоэлемента, т.е. когда напряжение сумматора превысит зону нечувствительности релейного элемента, на вход интегрирующего элемента 92 будет подан управляющий сигнал, который должен быть выбран заведомо больше суммарного напряжения, поступающего от 4334 формирователя 99 уставки активной мощности (задатчика мощности) и датчика 23 активной мощности. Этот управляющий сигнал скомпенсирует сигнал, действующий на поддержание постоянства активной мощности, и позволит подтянуть частоту к старому установившемуся значению, Но, так как управляющий сигнал подается наинтегратор, то частота превысит установившееся значение и выйдет запределы верхней границы зоны нечувствительности (момент г). С этогомомента времени на интегратор 92 будет подан управляющий сигнал обратного знака, и т.д. После отработки таймером 120 блока 33 выдержки времени Т, (фиг.7), с момента времени будет работать счетчик 110 импульсов. После третьего импульса(момент С, ) на выходе логическойсхемы ИЛИ 125 появляется сигнал логического нуля и произойдет отключение ключей 98, 110, 97, одновременно включаются ключи 100, 101, 103,105 и автосинхронизатор 32, действующий на включение выключателя 8,.После включения шунтирующего выключателя 8 (момент , ) включаетсяключ 97 и отключаются ключи 100,101, 103, 105, т.е. АС ЭМПЧ переводится в режим компенсатора реактивной мощности,При снижении текущего значениячастоты при авариях в энергосистеме, не приводящих к консольному режиму, произойдет форсирование мощности АС ЭМПЧ в энергодефицитнуюэнергосистему (фиг,7 к - м). Но,так как действие релейного элемента будет однократным, закон управления АС ЭМПЧ останется неизменными через некоторое время АС ЭМПЧ будет работать с прежней загрузкой поактивной мощности. Таким образом, предлагаемый способ управления АС ЭМПЧ по сравнению , с известным позволяет обеспечить вы 50сокое качество частоты напряжения у потребителей в консольном режиме работы АС ЭМПЧ, не допустить действия АЧР энергосистем и тем самым повысить надежность электроснабжения указанных потребителей, уменьшить потери электроэнергии путем разгрузки АС ЭМПЧ в длительном консольном режиме,.1 11 .3543 формула изобретенияСпособ управления асинхронизированным электромеханическим преобразователем частоты (АС ЭМПЧ), при коб тором измеряют. активную мощность одной из машин АС ЭМПЧ, текущие значения частот связываемых энергосистем, частоту вращения вала, напряжения на шинах АС ЭМПЧ к формируют сигналы управления, позволяющие обеспечить заданное значение активной мощности одной иэ машин, частоту вращения вала, равную средней частоте связываемых энергосистем, заданные значения 15 напряжений, при наступлении консольного режима переводят управление АС ЭИПЧ на закон, обеспечивающий поддержание равенства текущих значений) частот связываемых энергосистем, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы энергосистем, дополнительно производят измерение установившихся зна 3 12чений частот связываемых энергосистем, сравнивают эти значения с текущими к при выходе какой-либо разности за заданные допустимые пределыформируют сигнал управления, обеспечивающий подтягиваки текущих значений частот к установившимся значениям, причем указанный сигнал подают в машину, управляемую по активноймощности, при восстановлении частотснимают сформированный сигнал управления, а при неоднократном заданномколичестве выходов разности частотза допустимые пределы в течение заданнбго времени Фиксируют наступление консольного режима и переводятна указанный закон управления, Формируют управляющие сигналы, обеспечивающие условия синхронизации нашунтирующем выключателе, при достижении всех условий синхронизации производят шунтирование АС ЭАИТЧ ипереводят его в режим компенсатора