Энергосистема

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфюз СфеетскмкСоциалистическихрескубккк и 817856(53) УДК 621.311, ,016.33 (088,8) Опубликовано 30.03.81. Бюллетень 12Дата опубликования описания 05.04.81 нв лемм нэнбрнтвннй и аткрытнйИ. В. Бородина, А. М. Вейнгер, А, Л. Виницкий, М. Н, Кузьмин, И. М. Серый, А. А. Я Т ницкий,Климов, Л. Г, Мамиконянц, Т, В. Плотни .-ГЫака,рзн 72) Авторы изобретения Б и-политехнический ",о-исследовательский1 Уральский ордена Трудового Красного Зна институт им. С. М. Кирова и Всесоюзный нау институт электроэнергет(54) ЭНЕРГОСИСТЕМ Изобретение относится к группе устройств применяемых в энергетических системах для решения целого комплекса проблем, связанных с надежностью и качеством функционирования этих систем, К числу указанных проблем относится и проблема стабилизации на заданных уровнях частоты и обменной мощности объединенной энергетической системы (ОЭС) при изменении ее активной нагрузки.В настоящее время эта проблема решается в рамках систем автоматического регулирования частоты и активной мощности (АРМЧ), строящихся по иерархическому принципу с широким использованием ЭВМ 1, 2 и 3;Достигнутый уровень развития характе ризуется способностью систем АРМЧ осуществлять стабилизацию лишь среднего уровня частоты и обменной мощности ОЭС, оставляя вне сферы воздействия колебания указанцых величин, вызываемые нерегулярными толчками активной нагрузки ОЭС. Од- О на из причин этого заключается в недостаточном быстродействии самого нижнего иерархического уровня систем АРМЧ, т,е. системы автоматического регулирования скорости и мощности турбоагрегатов, Их быстродействие таково, что они просто не успевают реагировать на нерегулярные колебания активной мощности ОЭС. Это приводит к появлению нерегулярных колебаний частоты и обменной мощности существенно снижающих использование пропускной способности слабых связей ОЭС и надежность параллельной работы.Наиболее близким по технической сущности и изобретению является компенсатор колебаний мощности, который в энергосистеме, содержащей турбоагрегаты с первичным и вторичным регулятором подключен. на шины нагрузки, Этот компенсатор выполнен в виде асинхронизированной синхронной машины (АСМ) с маховиком, ротор АСМ через преобразователь частоты подключен к пи-. тающей сети. Управляющие входы преобразователя частот связаны с выходом регулятора скорости и напряжения. Устройство содержит также датчики фазных напряжений и токов статора, подключенные к упомянутому регулятору и источник напряжения постоянной величины 4.15 50 55 В электроприводе также регулируется активная и реактивная мощность, потребляемая из сети, однако при нерегулярных колебаниях суммарной нагрузки энергосистемы данное устройство не способно улучшить качество электроэнергии в ней.Целью изобретения является улучшение качества электрической энергии путем осуществления быстродействующей стабилизации частоты и обменной мощности объединенной энергосистемы при нерегулярных толчках ее активной нагрузки.Указанная цель достигается тем, что в энергосистеме, содержащей турбоагрегат с первичным и вторичным регуляторами, асинхронизированную синхронную машину (АСМ) с маховиком. ротор которой подсоединен к регулирусмому источнику питания, например тиристорному, цепи управления которого подключены к иыходм рсгуля 1 оря скорости и иянря.ксиия, входы которого подключены к выходам гятчиков углового положения ротора относительно синхронно вращающейся сиссмы координат, скорости, фазовых токов стяторя и роторя, напряжения фяз . тяторя и зя ятчика модхля напряжения электрической сети асинхронизированная синхронная машина подключена к шинам турбоагрегата, Я система снабжена дато:ком частоты и активной мощности энерго;истемы, рсгулятором среднего уровня скорости А( М, с источником сигнала задании регулятором активной мощности турбоягрсгятя, фильтром, регулятором частоты энергосистемы, с нсточником сигнала задания, ноичем вход задания регулятора скорости АСМ сосдинен с выходом регулятора часэнергосистемы, вход Обратной связи КОТОРОГО СОЕДИНЕН С ВЫХОДОМ ДЯТЧИКЯ ЧЯС- тоты энергосиситемы, а управляющий вход соединен с источником сигнала задания частоты энергосистемы, а вход задания вторичного регулятора ту рбины соединен через согласующий фильтр с выходом регулятора активной мощности турбоагрегата, вход обратной связи регулятора активной мощности турбоягрегятя соединен с выходом датчика активной мощности энергосистемы, а вход задания соединен с выходом регулятора средней скорости асинхронизированиой синхронной машины, вход обратной связи которого соединен с датчиком скорости АСМ, а вход задания соединен с источником сигнала задания средней скорости асинхронизированной синхронной машины.Ня фиг. 1 представлена функциональная схема энергосистемы; на фиг. 2 - кривые, характеризующие колебания частоты и мощности в результате расчета переходного процесса на ЦВМ; на фиг. 3 - кривые, характеризующие переходные процессы без АСМ и САСМ.Энергосистема содержит асинхронизированную синхронную машину 1, статические (например тиристорные) реверсивные ре 5 1 О 2 О 25 ЭО 35 40 45 гулируемые источники 2 питания фаз ротора, управляемые сигналами 1.)а, )в1.1 , датчик 3 углового положения роторасакэоотносительно синхронно вращающеися системы координат с- Д т.е. системы координат жестко связанной с вектором напряжения питающей сети У, датчик 4 скорости (тахогенератор); регулятор 5 АСМ; задатчик 6 модуля напряжения питающей сети; регулятор 7 частоты; датчик 8 частоты энергосистемы; датчик 9 активной мощности синхронного генератора; фильтр 10 с постоянной времени Тб; регулятор 11 активной мощности синхронного генератора; регулятор 12 среднего уровня скорости АСМ, синхронный генератор 13, турбину 14 (элементы, опреде- ЛЯЮЩИЕ ЗаДаНИЕ 4 Ос т. = СОПЗ 1 И М.в., -- = сопз 1 соответственно регулятора 7 частоты и регулятора 12 скорости(на фиг.не показаны).Рассмотренная система автоматического регулирования позволяет осуществить воздействие на активную мощность ОЭС по двум каналам, различающимся по быстродействию. Это традиционный медленно действующий канал генерирования активной мощности лишь одного знака, включающий синхронный генератор и турбину с рассмотренными генераторами, находящимися под воздействием АСМ, быстродействие этого канала ограниченное возможностями турбины, характеризуется постоянной времени Тб = = 0,2 - 0,3 с и новый канал, включающий АСМ с маховиком и системой регуляторов, обеспечивающих быстродействующее генерирование активной мощности обеих знаков и, как следствие этого, обеспечивающий быстрое восстановление баланса активных мощностей (генерируемых и потребляемых) ОЭС и быструю стабилизацию частоты. Быстродействие этого канала характеризуется постоянной времени Т,4 = 0,002 - 0,005 с и ограничено в основном возможностями тиристорного преобразователя частоты, являющегося возбудителем АСМ.Работа энергосистемы протекает следующим образом.В статических режимах ОЭС, когда ЬР, = 0 баланс активных мощностей обеспечивают синхронным генератором при нулевой активной мощности АСМ, При этом частота ОЭС и скорость вращения синхронного генератора за счет работы регулятора 7 частоты и регулятора турбины поддерживается на уровне задания са = ю =ю =сопй, сост, Ст Сна,скорость вращения АСМ в результате работы регуляторов 5 и 12 скорости оказывается на уровне заданиясйд = , = сопзт активный ток АСМ равен нулю, а ее реактивный ток определяется заданием и равенформула изобретения 35 ао 45 50 55 соответствующим фильтру Боттерворса второго порядка с постоянной времени Ть) 4 Т,. Для современных турбоагрегатов, укомплектованных регулятором скорости турбины и вторичным регулятором, эта постоянная не может быть взята менее (0,2 - 0,3 с) .Нижняя граница этой постоянной определяется теми ограничениями, которые накладываются на допустимую скорость изменения мощности турбины в нормальных режимах работы ОЭС.Передаточная функция регулятора 12среднего уровня скорости АСМ выбрана так, чтобы компенсировать электромеханическую инерционность АСМ с учетом инерционности контура регулирования активной мощности генератора. С учетом (3) и (5) передаточная функция замкнутого контура скорости АСМ от о К а,определяется выржением воср( 1+ суТ Р+8 Р+8 ТбР-к Яз Р соответствуюшим фильтру Боттерворса третьего порядка с постоянной времени Т.Указанные физические объекты описываются системой нелинейных дифференциальных уравнений 24 порядка,Переходный процесс в ОЭС вызван ступенчатым возрастанием активной нагрузкив первой энергосистеме на 1.Система регулирования работает устойчиво (фиг. 2), а регулируемые величины (Рдсм,ЬР, и Ы,) затухают за одно колебаниес небольшим перерегулированием. Нерегулируемые величины ( ЬРр и Ы е) болеесклонны к качаниям, но их абсолютные значения очень сильно понижены за счет действия АСМ.По кривой Рдм (фиг, 2) видно, что ступенчатый наброс нагрузки 6 Ро Р быстровоспринимает АСМ, обладающая пятикратной перегрузочной способностью, Как показывают расчеты, на это АСМ затрачивает время (0,05 с), за которое активная мощностьсинхронного генератора (фиг. 2, кривая ЬРг)практически не успевает измениться. Послевосприятия нагрузки, скорость АСМ понижается (фиг. 2, кривая Ьыд, = и в со, ) и за счет действия рассмотреннйхсынр,выше контуров регулирования активная мощность АСМ передается на синхронный генератор, так что с течением времени АСМ изгенераторного режима (Рдц О) переходитв двигательный режим (Рд,( О) и дажеоказывается полностью разгруженной, рабочая на пониженной скорости, а мощностьнагрузки полностью воспринимается синхронным генератором. Во время всего перегрузочного процесса приращение мощностипервой энергосиситемы приближенно равноприращению мощности нагрузки; Рзс Рдсм+г фдфР 5 10 15 20 25 зо(фиг. 2, кривая ЬР ), что и обусловливает высокую стабилизирующую способность, АСМ. Эта способность проявляется в интенсивном подавлении колебаний обменной мощности рассматриваемых энергосистем, Колебания обменной мощности с учетом АСМ приблизительно в 50 раз меньше колебаний нагрузки в первой энергосистеме (фиг. 2, кривые ЬР, и ЬР,5 ), тогда как без АСМ эти колебанйя приблизйтельно одной величины.Более наглядно эффективность действия АСМ показана на фиг, 3, где кривые а относятся к переходному процессу ОЭС без АСМ, к ривые б к переходному процессу с АСМ в первой энергосистеме. В обоих случаях переходный процесс вызван ступенчатым набросом нагрузки в первой энергосистеме ЬР = 1 ой. Из сопоставления соответствующих кривых видно, что АСМ обеспечивает подавление колебаний частоты ОЭС и обменной мощности приблизительно в 30 раз и приблизительно в 3 раза ускоряет протекание переходного процесса. При этом скорость изменения нагрузки синхронного генератора и турбины практически остаются без изменения, что видно из соппставления кривых ЬР, (фиг, 2) и ЬР (фиг. 3 кривая 1).Использование предлагаемой энергосистемы позволяет практически устранить нерегулярные колебания частоты и обменной мощности, тем самым существенно повысить использование пропускной способности связей ОЭС (особенно слабых) и надежность параллельной работы. Энергосистема, содержащая турбоагрегат с первичным и вторичным регуляторами, асинхронизированную синхронную машину (АСМ) с маховиком, ротор которой подсоединен к регулируемому источнику питания, например тиристорному, цепи управления которого подключены к выходу регулятора скорости и напряжения, входы которого подключены к выходам датчика углового положения ротора относительно синхронно вращающейся системы координат датчика скорости, датчика фазовых токов статора и ротора, датчика напряжения фаз статора и задатчика модуля напряжения электрической сети, отличающаяся тем, что с целью улучшения качества электрическои энергии путем осуществления быстродействующей стабилизации частоты и обменной мощности объединенной энергосистемы при нерегуляр ных толчках ее активной нагрузки, асинхронизированная синхронная машина подключена к шинам.турбоагрегата, а система снабжена датчиками частоты и активной мощности энергосистемы, регулятором среднего уровня скорости АСМ с источником сигнала задания регулятором активной мощ817856 Рна ности турбоагрегата, фильтром, регулятором частоты энергосистемы, с источником сигнала задания, причем вход задания регулятора скорости АСМ соединен с выходом регулятора частоты энергосистемы, вход обратной связи которого соединен с выходом датчика частоты энергосистемы, а управляющий вход соединен с источником сигнала задания частоты энергосистемы, а вход задания вторичного регулятора турбины соединен через согласующий фильтр с выходом регулятора активной мощности турбоагрегата, вход обратной связи регулятора активной мощности турбоагрегата соединен с выходом датчика активной мощности энергосистемы, а вход задания соединен с выходом регулятора средней скорости асинхронизи рова иной синхронной машины, вход обратной связи которого соединен с датчиком скорости АСМ, а вход задания соединен с источником сигнала задания средней скорости асинхронизированной синхронной машины.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Беркович М. А. и др. Автоматизациярегулирования и активной мощности в единой энергетической системе СССР-.-Электричество 197782, Павлов П. А. Автоматизация энерге 1 о тических систем, Л., Энергия, е. 236 3. Стернинсон Л. Д. Переходные процессы при регулировании частоты и мощности в энергосистемах. М., Энергия, 1975, с. 210.15 4, Авторское свидетельство СССРпо заявке2123609/07, кл. Н 02 Р 7/62,1975.Фоти тета кры на л. Составитель ВКорректор А. Войк Тираж 675Государственного коми елам изобретений и о сква, Ж - 35, Раушска Патент, г. Ужгород,Корректор Г, РешетннПодписноеСССРийд. 4/5Проектная, 4