Устройство для объединения энергосистем

(56) Патент Швейцарии У 429921;кл. 21 сР, 45/01, 1958.Патент ФРГ Ф 1012371,кл. 21 сР, 42/04, 1967.Авторское свидетельство СССРМ, кл, Н 02 3 3/34, 1977.Авторское свидетельство СССРК 577606, кл. Н 02,Х 3/34, 1977.Ботвинник М,М Шакарян Ю.Г.Управляемая машина переменного тока, - М.: Наука, 1969,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕДИНЕНИЯЭНГРГОСИСТЕМ(57) Изобретение оттехнике. Цель изобрние устройства длягосистем. По сиги12 углового положечиков частоты 15, нэнергосистемы 1 и ототы энергосистемырегулятор 11 возбусигналы управления,возбудители 9 и 10. Частота иния токов возбуждения машиполуразности частот сигналовчиков 15 и 1.6. При соединенобмотки 19 и начала обмоткиобмоточного трансформ а ваетик; змрави от да ии конца 20 трех с конатор 4 ь ОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР носится к электроетения - упрощеобъединения энералам от датчиков ния ротора, датапряжения 17 т датчика 16 час автоматический ждения формируетпоступающие в15047 3цом обмотки 23 двухобмотачнаго трансформатора 22 ЭДС, наводимые токами возбуждения обмоток 7 и 8 соответственно в якорных обмотках син 5 хронных машин 3 и 4, трансФормируются, причем для трансформатора 18 ЭДС через обмотку 21 трансформируется в обмотки 19 и 20, а для трансформатора 22 ЭДС через обмотку 24 трансформируется в обмотку 23. Трансформируемые ЭДС в обмотках 19 и 23 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС взаимодействующий с напряжением энергосистемы 1, а трансформируемые ЭДС 28 4в обмотках 20 и 23 вычитаются, образуя сопряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы 2, При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 обмоток трансформаторов 18 и 22 устройство в целом эквивалентно двум асинхронизированкым синхронным машинам, одна из которых работает двигателем, другая - генератором. Тем самым обеспечивается заданный переток мощности через устройство и его нормальное функционирование как устройства для объединения энергосистем. 4 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам дляобъединения гибкими связями энергосистем, обеспечивающим возможностьих параллельной рабаты при различных частотах.Цель изобретения - упрощение устройства для объединения энергосистем,На фиг,1 изображена схема предлагаемого устройства для объединенияэнергосистем, на фиг.2 - схема датчика углового положения роторами нафиг.З - схема автоматического регулятора возбуждения, на фиг,4 - схема блока преобразования координат.Устройство для объединения энергосистем 1 и 2 соцержит синхронныемашины 3 и 4, продольные оси жесткосоединенных роторов 5 и б которых 40расположены под углом 90 эл, граддруг к другу, а обмотки 7 и 8 возбуждения роторов 5 и б подсоединены к своим возбудителям 9 и 10 соответственно, выполненным, например, в виде тиристорных преобразователей частоты (ПЧ) с непосредственной связью (циклоконверторов),управляющие входы которых соединены с выходами автоматического регулятора 11 возбуждения (АРВ),входыкоторого соединены с выходами датчика12 углового положения ротора, датчиками 13 и 14 токов роторов, датчиками 15и 16 частот объединяемых энергосистем и датчиком 17 капряжекия энергосистемы, 1. У трехабмоточнога трансформатора 18 начало обмотки 19 подсоедикека к энергосистеме 1, конец обмотки 20 - к энергосистеме 2, а обмотка 21 - к якорной обмотке синхронной машины 3. У двухабматочного трансформатора 22 обмотка 23 соединена с концом обмотки 19 и началом обмотки 20 трехабмотачнаго трансформатора 18, а обмотка 24 двух- обмоточного трансформатора 22 - с обмоткой якоря еикхронной машины 4.Датчик 12 углового положения ротора состоит из синхронного токо- генератора 25, выводы которого соединены с выпрямптельным блоком 2 б, на выходе которого Формируется сигнал, пропорциональный частоте (Я) вращения вала, и блоком 27 пассивных интеграторов (КС-цепочки), ка выходе которого формируются гармонические сигналы практически постоянной амплитуды (е Р) об уг:тавам положении вала.АРВ 11 выполнен по типу ЛРВ-асинхронизираванкай сикхоаккай машины, Входы пропорциональна-интегрального регулятора 28 соединены с выходами блока 29 коэффициента регулирования ,8 датчика 17 напряжения и блока 30 задания уставки напряжения, 11 а выходе формируется сигнал напряжения управления в канале реактивной мощности, поддерживающий нап ряжение на статоре машины 0, в соответствия с ус"( где /Ь, К К 1 - каффициенты регулирования.5 15047Входы пропорционального регуляторра 31 соединены с выходами блока 32 задания коэффициента регулирования с , датчиков 15 и 16 частоты энергосистем и датчика 12 углового положе 5 ния ротора, а на выходе формируется сигнал напряжения управления в канале электромагнитного момента,обес - печивающий заданную скорость вращения 10 ротора ьу: 28(9)где Х, - сопротивление взаимной ин )30 дукции между д-й и 5-й обмотками,Х. - сопротивление рассеянияО 1д-й обмотки.Для трехобмоточного трансформатора 18 справедливо, что 35 Осо)с-"Г ф " е 15 Еу(12) дд е Для двухтора 22 ток др (еи д+д О,(13) откуда 55 где ы и) - частоты объединяемыхэнергосистем;сь, К - коэффициенты регули рования.Сигналы (1) и (2) на постоянном токе, образующие закон управления И , далее в блоках 33 и 34 преобразования координат соответственно умножаются на вектор напряжения 15 от датчика 17 и единичный вектор е" е от датчика 12. На выходе АРВ 11, т.е. на выходах операционных усилителей 35 и 36, имеется усиленные в К е раз сигналы напряжений возбуждения с учетом сигналов обратных связей по токам роторов дсь д датчиков 13 и 14, обеспечивающих жесткие отрицательные обратные связи по этим токам и линеаризующих каналы регулирования устройства:- -ь ьи =да, +5 иВ =Ке иЬ еИКех дГ д К е (11 15 уее-1 ееГПри этом м - сд - с)1, Хд- 1.Учитывая, что при больших значениях коэфФициента К е (Кьо) величина Фазы тока ротора ,.стремится к фазе сигнала напряжения управленияЕ, можно записатьуЕ3(м 1П - К,(Б, 15; - 1) еКе(15 (1 Г 1(сов(4 +) +Ф+5 здп(ь +-)1 (3)й Блоки 33 и 34 преобразования координат содержат блоки 37-40 произведения и сумматоры 4 1 и 42.Обозначив для упрощения индуктивные сопротивления обмоток 19, 20,21, 23, 24 и якорных обмоток синхрон-,. ных машин 3 и 4 через Х Хе, Х, Х , Х и Х и Х , контурные урав 4 ф гм . мРкения имеют вид при частоте координатных осей ы= ы н, = 5 й,(Х, д 1 Хд +Хд+ 5 2( 1 д 2 Х 1 11 Х 14 дФ+ О Хм. де+1 +Х д ++ м дз2 Зф где Х, - сопротивления взаимной ин 1дукции между соответствующими обмотками- токи в этих обмотках.В уравнениях (4) - (7) сопротивление д-й обмотки Х - Х 1+= Хлток намагничивания обмоточного трансформа- намагничивания д 5 д 3 (14) Подставляя (6) и (7) в (4) и (5) и учитывая при этом (8), (9), (10),(12) и (14), получают+(1 -3 1 )Е 4 (16) Из (15) и (16) очевидно, что если синхронные машины в агрегате одинаковые, т.е.(17) м 4 мб Хм и при этом индуктивное сопротивлениерассеяния обмотки 21 равно индуктивному сопротивлению рассеяния трансформатора 22, т,е,то взаимное влияние токов энергосистем 1 и 2 в трансформаторах исключается, а уравнения (15) и (16) можно записать в виде:3 ыХ +2 Х ) д, -) =- 1.е = 1,(22) о, -,где = с+ ср - аргумент гарЕ 2 .Гмонического изменениянапряжения возбужденияустройства;1 - модуль токов возбуждениямашин, численно равныйЭДС1, 1 - соответственно прямой исопряженный векторы,Ч -сМ = - частота напряжения возбуждения.Записав уравнения (19) и (20) в осях координат ы =ар+ ы .,где где Х б, = Х, +Х +Х +Х,Хг - Х+Х,+Х+Х,К (19) и (20) можно применить известные соотношения1, 2, и учитывая = с ,что обусловлено возбуждением обмоток хроннг,х машин 3 и 4,при этом ы12соединением ивозбуждения синполучают У,(24) Из (3) очевидно, что при больших 15 коэффициентах жестких отрицательныхобратных связей К - с в операционных усилителях 35 и 36 по токам роторов д и д уравнения роторовможно не рассматривать, так как при 20, этом происходит компенсация инерционности обмоток роторов и справедливо, что Бр - 1. При этом уравнения(23) и (24) позволяют сделать вывод,что устройство эквивалентно агрегату 25 из двух асинхронизированных синхронных машин (ЛСМ) .Предлагаемое устройство работаетследующим образом.По сигналам от датчиков 12, 15, 30 17 энергосистемы 1 и от датчика 16энергосистемы 2 АРВ 11, реализующийзаконы управления (1) н (2), формирует сигналы управления, поступающие в возбудители 9 и 10. Возбудители 9 и 10 возбуждают обмотки 7 и 8соответственно роторов 5 и 6 синхронных машин 3 и 4. Частота изменения токов возбуждения машин в соответствии с уравнешгями (21) и(22) равна полуразности частот сигналов от датчиков 15 и 16. При соединечии конца обмотки 19 и начала обмотки 20 трехобмоточного трансформатора 18 с концом обмотки 23 двухобмоточного трансформатора 22 ЭДС,наводимые токами возбуждения обмотоквозбуждения 7 и 8 соответственно вякорных обмотках синхронных машин 3и 4 р трансформируются, причем для 50трансформатора 18 ЭДС через обмотку21 трансформируется в обмотки 19 и20, а для трансформатора 22 ЭДС через обмотку 24 трансформируется вобмотку 23. Трансформпруемые ЭДС вобмотках 19 и 23 суммируются, образуя прямой вектор ЭДС, взаимодействуюший с напряжением энергосистемы1, а трансформируемце ЭПС н обмотках 20 и 23 вычитаются, образуя со 1504728 10токов энергосистем, поэтому из двухтрансформаторов трехобмоточным выпалняется лишь один, что удешевляетустройство. Кроме того, нет необходимости специально формировать возбуждение па аргументу, равному половине угла между векторами напряженийэнергосистем, так как в предлагаемом устройстве это достигается схемой соединения элементов в сочетании с АРВ, выполненными по типу АРВасинхранизираванной синхронной ма 50 55 пряженный вектор ЭДС, взаимодействующий с напряжением энергосистемы2. При таком соединении якорных обмоток синхронных машин 3 и 4 обмоток5трансформаторов 18 и 22 устройствов целом, как было показано при получении уравнений (23) и (24), эквивалентна двум АСМ. При этом учитываязаконы уравнения (1) и (2), первая ;0эквивалентная АСМ описываемая уравнением (23), работает в асинхранизированном синхронном режиме, устойчива па скольжению и обеспечивает поддержание напряжения по сигналу ат 15датчика 17,Так как при этом ЭДС второй АСМ,описываемой уравнением (24), формируется как сопряженный вектор первойАСИ, та она, учитывая при этом те 20же законы уравнения (1) и (2), устойчива по углу между векторами ЭДС инапряжением сети второй АСМ, что очевидно из (24). В соответствии с законом управления (2), частота вращения 25ротора равна полусумме частот связываемых энергосистем. При этом векторы ЭДС эквивалентньгх машин являютсясопряженными векторами, поэтому взаконе (2) коэффициент регулирования 30имеет для АС 11, описываемой уравнением (24),знак, противоположныйзнаку для АСМ, описываемой уравнением (23). 11 оэтому одна из эквивалентных АСМ работает двигателем,вторая - генератором, обеспечивая заданный переток глащнасти через устройство и нормальное его функционирование как устройства для объединенияэнергосистем, 40Предлагаемое устройство обеспечивает, как и известные устройства,объединение двух энергосистем с разньгчи частотами. Преимуществом предлагаемого устройства является то,что при выло:ненни условий (17) и(18) исключается взаимное влияние пь, Все это упрощает устройство в целом.Применение в предлагаемом устройстве трехобмоточнога и двухобмоточного трансформаторов позволяетрешить одновременно с повышением напряжения и задачу развязывания мощных энергосистем по частоте, при этомсинхронные машины имеют обычную конструкцию,Формула изобретенияУстройство для объединения энергосйстем, содержащее двс сгпхронные машинь, продольные оси жестко соединенных роторов которых расположены пад углом 90 эл. град друг к другу, а обмотки возбуждения роторов подсоединены к своим возбудителям, управляющие входы которых соединены с выходами автоматического регулятора возбужденя, два трансформатора, один из которых выполнен трехабготочньм, начало первой обмотки которого в ,одсаединено к первой энергосистеме, конец второй обмотки подсоединен к второй энергосистеме, а третья обмотка подсаединена к обмотке якоря одной из синхронных машин, датчик углового положения ротора, датчики частот объединяемых энергосистем и датчик напряжения одной из энергосистем, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения, автоматический регулятор возбуждения выполнен как автоматический регулятор возбуждения асинхронизированнай синхрочной машины с каналом регулирования напряжения, вход которого соединен с датчикам напряжения одной из энергосистем, и каналам регулирования электромагнитногомомента, входы которого соединеныс датчиками частот объединяемыхэнергосистем и датчиком углового положения ротора, второй трансформатор выполнен двухобмоточным, первая обмотка которого соединена с концом первой и началам второй обмоток трех- обмоточного трансформатора, вторая обмотка двухабмоточного трансформатора соединена с обмоткой якоря второи синхронной машины, а двухобмоточный трансформатор выполнен с индуктивным сопротивлением рассеяния, равным индуктивному сопротивлению рассеяния третьей обмотки трехобмоточнога трансформатора.(орректор О.1 ила одписн КНТ СС Производственно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 аказ 5260/52 Тираж 608 ИИПИ Государственного комитета п 113035, Москва, 71 Яизобретениям и открытиям пр Раужская наб д. 1/5