Способ регулирования возбуждения асинхронизированного синхронного компенсатора

(51) 02 9/00 (2006.01) 02 9/10 (2006.01) 02 9/14 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ фазы напряжения в узле электрической сети, к которому подключено компенсирующее устройство. Технический результат достигается тем, что АРВ АСК вырабатывает управляющие воздействия,пропорциональные отклонениям модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети относительно их заданных значений и на выходе АРВ появляется сигналы, вызывающие изменение режима работы АСК, обусловленные результирующим вектором напряжения ротора машины, т.е. перевод машины в режим генерирования или в режим потребления активной и реактивной мощности в зависимости от знаков отклонений модуля и фазы вектора напряжения в узле сети. Исследования показывают, что с помощью АСК возможно обеспечение требуемого качества напряжения в электрической сети и устойчивости узла нагрузки энергосистемы.(72) Утегулов Болатбек Бахитжанович Косогоров Анатолий Павлович Жумажанов Серик Каратаевич(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет имени С.Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ АСИНХРОНИЗИРОВАННОГО СИНХРОННОГО КОМПЕНСАТОРА(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для повышения качества электроэнергии в электроэнергетических системах. Цель изобретения - улучшение качества электрической энергии и устойчивости при возмущениях в электроэнергетической системе путем быстродействующей стабилизации модуля и 22210 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для улучшения качества электроэнергии в электроэнергетических системах. Для решения этой проблемы возможно применение различных компенсирующих устройств как статических, так и электромеханических, в частности,асинхронизированных синхронных компенсаторов (АСК). АСК представляет собой многоконтурную замкнутую систему, состоящую из электрической машины и системы автоматического управления. Реализация асинхронизированного принципа управления возбуждением электрической машины, обеспечивает раздельное управление электромагнитным моментом(напряжением) статора машины по определенным законам, что позволяет АСК работать как с синхронной частотой вращения, так и в некотором диапазоне скольжений ротора машины. Это обеспечивает кратковременное потребление из сети или выдачу в электрическую сеть активной мощности,что обусловлено изменением кинетической энергии маховых масс ротора электрической машины,которые при необходимости могут быть увеличены посредством установки маховика. Известен способ регулирования электрической машины, в котором поддерживаются неизменными активный и реактивный токи в электрической сети,питающей резкопеременную нагрузку. При таком регулировании осуществляется стабилизация модуля и фазы напряжения в узле электрической сети, к которому подключен статор электрической машины. Способ нашел практическое применение для демпфирования колебаний модуля и фазы напряжения в электрических сетях, питающих предприятия фирмыПат. ФРГ, 1563740,кл. Н 02 к 29/04, 1976. Недостатком предложенного способа является то, что для регулирования электрической машины необходимо измерение активного и реактивного токов в электрической сети, что при большом количестве присоединений к данному узлу электрической сети или при возникновении возмущения режима, в каком либо другом узле сложной электрической сети представляет определенные трудности и неудобства. Известно устройство, предназначенное для уменьшения колебаний активной и реактивной мощностей в электрических сетях, питающих резкопеременные нагрузки. Регулирование активной и реактивной мощностей статора электрической машины данного устройства осуществляется с помощью регуляторов частоты и амплитуды тока ротора, связанных с циклоконвертером. На циклоконвертер подаются сигналы от регулятора частоты и входящего в него регулятора мощности,пропорциональные скольжению ротора машины и колебаниям активной мощности в электрической сети,и от регулятора амплитуды тока,пропорциональные колебаниям реактивной мощности в сети Пат. США, 3667012, кл. Н 02 к 7/02. 1972 2 Недостатком известного устройства является то,что для регулирования активной и реактивной мощностей статора электрической машины необходимо измерение активной и реактивной мощностей в электрической сети, что при большом количестве присоединений к узлу электрической сети или при возникновении возмущения режима в какой либо другом узле сложной электрической сети представляет определенные трудности и неудобства. Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования адинхронизированного синхронного компенсатора путем полной компенсации инерционности цепи ротора и изменения напряжений ротора машины пропорционально частоте скольжения,отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости энергосистемы формируют сигналы,пропорциональные продольному и поперечному токам статора и реактансу цепи статора компенсатора, и изменяют напряжение ротора в зависимости от величины указанных сигналов а.с. СССР 289488, кл. Н 02 Р 9/10. 1971. Недостатком предложенного способа является то, что для формирования управления режимом работы компенсатора необходимо измерение активного и реактивного токов в электрической сети, что при большом количестве присоединений к данному узлу или при возникновении возмущения режима в какой либо другом узле электрической сети представляет определенные трудности и неудобства. Кроме того, недостатком является и то,что для формирования управляющего воздействия необходимо реактивное сопротивление статора компенсатора, которое зависит от тока статора особенно при больших возмущениях в энергосистеме. Технический результат изобретения - улучшение качества электрической энергии и устойчивости энергосистемы при возмущениях в системе путем быстродействующей стабилизации модуля и фазы напряжения в узле электрической сети с помощью АСК. Технический результат достигается тем, что автоматический регулятор возбуждения АСК вырабатывает управляющие воздействия,пропорциональные изменениям модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети относительно их заданных значений. Па выходе АРВ появляются сигналы, вызывающие изменение результирующего вектора напряжения ротора машины, т.е. перевод машины Б режим генератора или в режим двигателя в зависимости от знака отклонений модуля и фазы вектора напряжения в узле сети. При изменениях активной и реактивной мощностей в электрической сети, АСК генерирует в сеть или потребляет из сети активную и реактивную мощности, что обеспечивает стабилизацию модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети. Генерация или потребление АСК активной мощности осуществляется в течение некоторого промежутка времени за счет изменения 22210 кинетической энергии вращающихся масс ротора электрической машины. На фиг.1 представлена схема для реализации предлагаемого способа. Электрическая система содержит источник питания 1, электрическую сеть 2. связывающую источник питания с узлом электрической сети 3, к которому подключены нагрузка 4 и асинхронизированный синхронный компенсатор 5,ротор которого подсоединен к узлу электрической сети через согласующий трансформатор 6 и реверсивный тиристорый преобразователь частоты 7, цени управления которым подключены системе управления тиристорами 8 вход которой подключен к выходу автоматического регулятора возбуждения 9, входы которого подключены к выходам датчиков углового положения ротора 10 машины, напряжений фаз 11 узла электрической сети, фазных токов статора 12 и ротора 13 машины, опорного вектора напряжения 14 источника питания, задатчика 15 модуля и фазы напряжения в узле электрической сети. Устройство, реализующее предлагаемый способ работает следующим образом. В установившемся режиме работы электрической системы баланс активной и реактивной мощностей обеспечивается источником питания с напряжением с, которое опережает вектор напряжения в узле электрической сети на угол С (фиг.2). Здесь С, С, координатные оси источника питания ,- координатные оси узла электрической сети, к которому подключен АСК С- угол между координатными осями С, С и , . При этом активная и реактивная (в частном случае) мощности статора АСК равны нулю. При возникновении возмущений в энергосистеме происходит изменение модуляи фазывектора напряжения в узле электрической сети с АСК (фиг.3). Отклонения модуляи фазывектора напряжения в узле сети определяются относительно заданных значений модуля 3 и фазы 3 вектора напряжения как(1) Заданные значения модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети могут приниматься исходя из параметров установившегося режима работы сети, например, 31 и 3 в относительных единицах ( - номинальное или какое либо другое значение напряжения в узле сети). Согласно выражениям(1) АРВ АСК вырабатывает управляющие воздействия,пропорциональные отклонениям модуля и фазы напряжения в узле электрической сети относительно их заданных значений и на выходе АРВ появляются сигналы,обуславливающие изменение результирующего вектора напряжения ротора электрической машины, т.е. перевод машины в режим генератора или в режим двигателя в зависимости от знака отклонений модуля и фазы вектора напряжения в узле сети. В течение некоторого промежутка времени, равного времени изменения активной и реактивной мощностей в сети, АСК генерирует в сеть или потребляет из сети активную и реактивную мощности и, как следствие,обеспечивает стабилизацию модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети. Генерация или потребление АСК активной мощности осуществляется за счет изменения кинетической энергии вращающихся масс ротора электрической машины. При исчезновении возмущения в энергосистеме возвращение АСК в исходный режим, или какой либо другой режим работы, осуществляется контуром регулирования скольжения ротора АРВ машины. Некоторые результаты исследований эффективности АСК при воздействии на электрическую систему (фигура 4) возмущения в виде резкопеременной нагрузки (фиг.5 а) приведены на фигурах 5 б, 5 в, 5 г и в таблице 1. Мощности синхронного двигателя, синхронного компенсатора и резкопеременной нагрузки соизмеримы с мощностью АСК. Таблица 1. Некоторые результаты исследований эффективности АСК Синхронный двигатель АРВ СД Асинхронизированный синхронный компенсатор Регулирование возбуждения электрической машины АРВ СД знакопеременное АРВ АРВ СД СД 11 практически практически отсутствует отсутствует 9 6 практически отсутствует 16 10 практически отсутствует На фиг.5 б, 5 в и 5 г кривые 1 относятся к режиму работы энергосистемы при автоматическом регулировании возбуждения сильного действия(АРВ СД) синхронного двигателя кривые 2 относятся к режиму работы при АРВ СД синхронного компенсатора кривые 3 относятся к режиму работы при знакопеременном АРВ СД синхронного компенсатора и кривые 4 относятся к режиму работы при АРВ СД асинхронизированного синхронного компенсатора. 3 22210 Рассмотрим динамику энергосистемы при воздействии резкопеременной нагрузки. Регулирование возбуждения синхронного двигателя с помощью АРВ СД не обеспечивает требуемые динамические характеристики машины. Так колебания модуля напряжения в сети превышают 17, что значительно превышает величину, регламентируемую ГОСТ 13109-97. Колебания фазы напряжения в узле сети 6 достигают 15. Размах колебаний угларотора синхронного двигателя достигает 24. Это объясняется тем, что потолочное напряжение ротора серийно выпускаемых синхронных двигателей не превышает 4-5 единиц напряжения холостого хода, величина которого недостаточна для обеспечения необходимых динамических характеристик электрической машины при воздействии на электрическую сеть резкопеременной нагрузки. Применение синхронного компенсатора СК с обычной системой возбуждения позволило уменьшить колебания модуля напряжения до 11 и колебания фазы напряжения до 9. Размах колебаний угларотора синхронного двигателя уменьшился до 16. Как видно из фиг. 4 в течение времени наброса мощности в электрической сети,синхронный компенсатор обеспечивает практически неизменное напряжение в узле сети, а при сбросе мощности колебания модуля напряжения в узле сети значительно превышают регламентируемую величину, так как обычная система возбуждения синхронного компенсатора не обеспечивает необходимой скорости изменения реактивной мощности статора машины при сбросе мощности в электрической сети. Применение системы возбуждения со знакопеременным регулированием возбуждения синхронного компенсатора, обеспечило практически неизменную величину модуля напряжения и уменьшение колебаний фазы напряжения в узле сети до 6. Размах колебаний угларотора синхронного двигателя уменьшился до 10. Применение АСК позволило обеспечить практически неизменные величины модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети. Колебания угларотора синхронного двигателя весьма незначительны,т. е. практически отсутствуют. Результаты проведенных исследований показывают, что при соответствующих параметрах элементов, входящих в состав АСК, и законах управления его режимом работы возможно обеспечение требуемого качества напряжения в электрической сети. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ регулирования возбуждения асинхронизированного синхронного компенсатора путем полной компенсации инерционности цепей ротора и изменения напряжений ротора электрической машины пропорционально частоте скольжения,отличающийся тем, что сигналы управления режимом работы компенсатора формируют пропорционально изменениям модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети относительно заданных значений модуля и фазы вектора напряжения в узле сети, и изменяют напряжения обмоток ротора электрической машины в зависимости от величин этих сигналов.