Устройство для объединения энергосистем

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХРЕСГ 1 УБЛИК 191 О 1)21 нхроннои токами возеиия соототке 7 мамашины 4, мой вектор СССР1977,Ю.Г, У тельство Ю 3/34, акарян Авторское 74818, клБотвинник М., Ш а пер пряжение ок нн вллемая маши Наука, 196 водимые СУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМИ П(НТ СССР 4282524/2409,07.8730.08.89. БВсесоюзныйинститут эР.С.Цгоев621.316,72Патент 1,1 в1 Р 45/01тент ФРГ Р1 сР 42/04(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕД ГОСПСТЕМ(57) Изобретение относит ротехнике. Цель пзобрете щение устройства для обь энергосистем. При соедин якорной обмотки 7 и кача обмотки 8 синхронной маш чалом якорной обмотки си машины 4 ЭДС, наводимые буждения обмоток возбужд ветственно в якорной обм шины 3 и якорной обмотке суммируются, образуя пря ЭДС, взаимодействующий с энергосистемы 1, а ЭДС,1504727 30 теми же токами возбуждения соответственно в якорной обмотке 8 машины 3 и якорной обмотке машины 4вычитаются, образуя сопряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2. При такомсоединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 устройство в целомэквивалентно двум асинхронизированным синхронным машинам (АСМ), Г 1 риэтом первая эквивалентная АСМ работает в асинхронизированном синхронном режиме, устойчива по скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу от датчика 19.Так как при этом ЭДС второй эквиваИзобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для объединения гибкими связями энергосистем, обеспечивающим возможность их параллельной работы при различных частотах.Цель изобретения - упрощение устройства для объединения энергосистем,На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства для объединения энергосистем; на фиг.2 - схема датчика углового положения ротора; на фиг,3 - схема автоматического регулирования возбуждения; на фиг.4 схема блока преобразования координат.Устройство для объединения энергосистем 1 и 2 содержит синхронные 40 машины 3 и 4, продольные оси жестко соединенных роторов 5 и 6 которых расположены под углом 90 эл, град друг к другу. Синхронная машина 3 выполнена с двумя параллельными якор ными обмотками 7 (Х ) и 8 (Х ) с двумя выводами каждая, Обмотки 9 и 10 возбуждения синхронных машин 3 и 4 подсоединены к своим возбудителям 11 и 12, выполненным, например, в виде тиристорных преобразователей частоты (ПЧ) с непосредственной связью (циклоконверторов), управляющие входы которых соединены с выходами автоматического регулятора возбуждения (АРВ) 13. Выходы датчика 14 углового положения ротора, датчиков 15 и 16 токов роторов, датчиков 17 и 18 частот объединяемых энерголентной АСМ формируется как сопряженный вектор первой ЛСМ, то оцаустойчива по углу между векторамиЭДС и напряжением сети второй АСМ.Частота вращения ротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. При этом векторы ЭДС эквивалентных АСМ являются сопряженнымивекторами, поэтому одна из эквивалентных АСМ будет работать двигателем, другая - генератором, обеспечивая тем самым заданный перетокмощности через устройство и нормальное его Функционирование какустройства для объединения энергосистем, 4 ил. систем 1 и 2 и датчика 19 напряжения соединены с соответствуюшИья входами АРВ 13. У синхронной машины 3 цачало (со звезцочкой) якорной обмотки 7 соединено с энергосистемой 1 и ее датчиками частоты 17 л напряжения 19Конец якорной обмотки 8 соединен с энергосистемой 2 и с датчиком 18 ее частоты. Синхронная машина 4 выполнена с одной якорной обмоткой (Х ) с одним выводом (со звездочкой), соединенным с вторыми выводами якорных обмоток 7 и 8 маппгны 3.Датчик 14 углового положения ротора содержит синхронный тахогенератор 20, выводы которого соединены с выпрямительным блоком 21, на входе которого формируется сигнал, пропор - циональный частоте (ьз) вращения вала, и с блоком 22 пассивных интеграторов (РС-цепочки), ца выходе которого формируются гармонические сигналы практически постоянной амплитуды (е о ) об угловом положении вала. АРВ 13 выполнен по типу АРВ асинхронизированной синхронной машины, Входы пропорционально-интегрального регулятора 23 соединены с выходами блока 24 задания коэфФициента регулирования , датчика 19 напряжения и/ офблока 25 задания уставки напряжения, а на выходе формируется сигнал напряжения управления в кацапе реактивной мощности, поддерживающий напряжение Б, статора в соответствии с уставкой 1)с1504727 где р, К,К Ь, - коэффициент регулио и02рования, 5Входы пр опор ци онального р егулятора 26 соединены с выходами блока 27 задания коэффициента регулирования о(о, датчиков 17 и 18 частоты энергосистем и датчика 14 углового положения ротора, а на выходе формируется сигнал напряжения управления в канале электромагнитного момента, обеспечивающий заданную скорость вращения вала д15 где ы ь 32- частоты объединяемыхэнергосистем;е Кз - коэффициент регулирова 20ния,Сигналы (1) и (2) на постоянном токе, образующие закон управления Ц , далее в блоках 28, и 282 пРеобразования координат соответственно25 умножаются на вектор напряжения О, от датчика 19 и единый вектор е е от датчика 14, На выходе АРВ 13 имеется сигнал напряжений с учетом обратных связей по токам роторов от датчиков 15 и 16, подаваемые на управляющие входы преобразователей 11 и 12 частоты; 1 созе+1 3 здп)е -е31 е 3 Г(10) 35 Если 40 ловие Из (3) следует, что при большихкоэффициентах отрицательных обратныхсвязей (К с ) в операционных уси 5Фо д, (цо 1) 9( юШееЦе ЦЕс+3 ЦЕ,е КеЦХу еы СхЦ,е -К Х д 1с - ц 3,1 . у 1К Ц Ц ее)- К 1 е где ы - Ю= м, Хо д= 1.Учитывая, что при Кж справедливо с, -, можно записать:Кыеее) 45Ке(ццы 1) е=Ке(ц 1 ц) Гсоз(ы +сЕ) + +1 здп(ь 3+ р )3. (3)Блоки 28, и 28преобразования координат содержат блоки 3 1 - 34 про изведения и сумматоры 35 и 36.Контурные уравнения цепей якорных обмоток машин имеют вид при частоте координатных осей ы = ь 1,+ )е -е2 Ы- Ыгде г"=Т +- аргумент гар Г монического изменения напряжения возбуждения устройства,модуль токов возбуждениямашин, численно равный ЗДС,соответственно прямой и сопряженный векторы,Ж 1 - 22- частота напряжениявозбуждения,в (7) и (8) выполняется усучитываются (9) и (10) уравнения= -ыу что обусловлено соединениеми возбуждением обмоток возбуждениясинхронных машин, получаютлителях 29 и 30 по токам роторовуравнения роторов можно не рассматривать, так как при этом происходиткомпенсация инерционности обмоток5роторов и справедливо соотцошение13 - 1. При этом уравнения (12) и(13) позволяют сделать вывод, чтоустройство эквивалентно агрегату издвух асицхроцизированных синхронныхмашин (АСМ),Предлагаемое устройство работаетследующим образом.По сигналам от датчиков 14, 17 и19 энергосистемы 1 и от датчика 18частоты энергосистемы 2 автоматический регулятор 13 возбуждения,реализующий законы управления (1)и (2), Формирует сигналы управления, поступающие в возбудители 11и 12. По этим сигналам возбудители11 и 12 возбуждают токами возбуждения обмотки 9 и 10 соответственнороторов 5 и 6 синхронных машин,Частота изменения токов возбуждения 25машин в соответствии с уравнениями(9) и (10) равна полуразности частот сигналов от датчиков 17 и 18.При соединении конца якорной обмотки 7 и начала якорной обмотки 8синхронной машины 3 с началом якорной обмотки синхронной машины 4 ЭДС,наводимые токами возбуждения обмотоквозбуждения соответственно в якорнойобмотке 7 машины 3 и якорной обмотке35машины 4 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС, взаимодействующий снапряжением энергосистемы 1, а ЭДС,наводимые теми же токами возбуждениясоответстьецно в якорной обмотке 8машины 3 и якорной обмотке машины 4,вычисляются, образуя сопрякенныйвектор ЭДС, взаимодействующий снапряжением энергосистемы 2, Притаком соединении якорных обмоток син 45хронных машин 3 и 4 устройство вцелом, как было показано выше приполучении уравнений (12) и (13), эквивалентно двум АСГ 1. При этом учитывая законы управления (1) и (2),первая эквивалентная АСМ, описываемая уравнением (12), работает в асинхронизированцом синхронном режиме,устойчива по скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу от датчика 19. Так как при этомЭДС второй эквивалентной АСМ, описываемой уравнением (13) Формируетсякак сопряженный вектор первой АСМ,то она, упитывая при этом те же законы управления (1) и (2), устойчивапо углу между векторами ЭДС и напряжением сети второй АСМ, что очевидноиз (13) . В соответствии с закономуправления (2) частота вращенияротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. При этом векторы ЭДС эквивалентных АС машин являются сопряженными векторами, поэтому в законе (2) коэФФициент регулирования имеет для АСМ, описываемойуравнением (13) знак, противоположный знаку для АСМ, описываемой уравнением (12), Поэтому одна из эквивалентных АСМ работает двигателем,вторая - генератором, обеспечиваязаданный переток мощности черезпредлагаемое устройство и нормальноеего функционирование как устройствадпя объединения энергосистем,Преимуществом предлагаемого устройства является то, что при выполнении условия (11) исключается взаимное влияние токов энергосистем, поэтому с двумя якорными обмотками Выполняется лишь Одна из синхронных машин. Кроме того, цет необходимости специально формировать токи возбуждения по аргумецту, равному половице угла между векторами цапряжений энергосистем, так как в предлагаемом устройстве это достигается схемойсоединения элементов в со четаниис выполнением АРВ. Все это удешевляет и упрощает устройство в целом.Предлагаемое устройство обеспечивает, как и известпые устройства, объединение двух энергосистем с, одинаковыми частотами цли с различающимися частотами. Прэтом оцо преимущественно может применяться для объединения энергосистем, когда напряжение сетей равно напряжениям на выводах двух якорных обмоток машины агрегата и нет необхо;пмостп в силовом трансФорматорном оборудовании, В основном это системы небольшой мощности, например, ца судах и др, Можно его использовать и для объединения мощных энерг осистем, применяя двухобмоточпыс трансформаторы для повышения напряжения, подключенные к выводам дву.; якорных, обмоток машины устройства.Формула и з о б р е т е н и яУстройство для объе"п.пения энергосистем, содержашее дцс сцхронныемашины, продольные оси жестко соединенных роторов которых расположены под углом 90 эл. град, друг к другу, первая синхронная машина выполнена5 с двумя якорными обмотками с двумя выводами каждая, причем обмотки возбуждения машин подключены к своим возбудителям, управляющие входы которых соединены с выходами автоматического регулятора возбуждения, датчик углового положения ротора, датчики частот объединяемых энергосистем и датчик напряжения одной из энергосистем, о т л и ч а .ю щ е е - 5 с я тем, что, с целью упрощения, автоматический регулятор возбуждения выполнен как автоматический регулятор возбуждения асинхронизированной синхронной машины с каналом регули рования напряжения, вход которого соединен с выходом датчика напряжения одной из энергосистем и с каналом регулирования электромагнитного момента, входы которого соединеныс выходами датчиков частот объединяемых энергосистем и датчиком углового положения ротора, у первой синхронной машины первый вывод одной якорной обмотки соединен с первой энергосистемой, к которой подключены датчики ее частоты и напряжения, один вывод второй якорной обмотки соединен с второй энергосистемой, к которой подключен датчик ее частоты, при этом указанные якорные обмотки соединены встречно, вторая синхронная машина выполнена с одной якорной обмоткой с одним выводом, соединенным с вторыми выводами указанных якорных обмоток первой синхронной машины, а полное индуктивное сопротивление якорной обмотки второй синхронной машины выбрано равным сопротивлению взаимной индукции якорных обмоток первой синхронной машины.l.5 й 64 1,;- у Ц.И Тираж 608венного комитета и113035, Москва, Ясное Заказ 5260/ ВНИИПИ Гасу КИТ ССС изобретениям и открытия Раушская наб д, 4/5