Способ управления возбуждением асинхронизированного синхронного компенсатора

(51) 02 9/10 (2011.01) 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 изменениям модуля и фазы вектора напряжения в узле сети относительно их заданных значений и пропорционально производным по времени от модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети и на выходе АРВ появляется сигналы, вызывающие изменение режима работы, обусловленные результирующим вектором напряжения ротора машины, т.е. ее перевод в режим генератора или двигателя в зависимости от знака изменений продольной и поперечной составляющих вектора напряжения. Исследования показывают, что с помощью предложенного способа управления режимом работы АСК возможно обеспечение требуемого качества напряжения в электрической сети и устойчивости узла нагрузки энергосистемы.(73) Республиканское государственное казенное предприятие Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ 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 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 фазы напряжения в узле электрической сети, к которому подключено компенсирующее устройство. Для решения этой проблемы возможно применение различных компенсирующих устройств как статических, так и электромеханических, в частности,асинхронизированных синхронных компенсаторов (АСК), который представляет собой многоконтурную замкнутую систему, которая состоит из электрической машины и системы автоматического управления,реализующей асинхронизированный принцип управления возбуждением,при котором обеспечивается раздельное управление электромагнитным моментом (активной мощностью) и реактивной мощностью (напряжением) статора машины по определенным законам, что позволяет АСК работать как с синхронной частотой вращения, так и в некотором диапазоне скольжений ротора машины. Это дает возможность кратковременно потреблять из сети или выдавать в электрическую сеть активную мощность, 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 29/04, 1976. 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 7/02, 1972. Недостатком известных устройств является то,что для регулирования активного и реактивного токов или активной и реактивной мощностей в 2 электрической сети путем регулирования активного и реактивного токов или активной и реактивной мощностей статора электрической машины необходимо измерение активной и реактивной мощностей в электрической сети, что при большом количестве присоединений к данному узлу электрической сети или при возникновении возмущений режима в сложной электрической сети представляет определенные трудности и неудобства. Наиболее близким к предлагаемому способу является способ регулирования АСК 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 формируются 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 Инновационный патент РК,22210, кл. Н 02 Р 9/00 Н 02 Р 9/10 Н 02 Р 9/14, Опубликовано 15.01.2010, бюл.1. Недостатком предлагаемого способа является регулирование по отклонениям параметров режима работы электрической сети - модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети относительно заданных значений продольной и поперечной составляющих вектора напряжения в узле сети, что при значительных скоростях изменения регулируемых параметров, возникающих при воздействии на электрическую сеть тех или иных возмущающих воздействий,в частности резкопеременных нагрузок, скорости изменения мощностей которых достигают 400 МВА/с и имеют тенденцию к дальнейшему увеличению, возникают значительные трудности в поддержании модуля и фазы напряжения в узле электрической сети в заданных пределах. Этот недостаток может быть устранен введением в закон управления АСК производных по времени от регулируемых параметров режима электрической сети - скоростей изменения продольной и поперечной составляющих вектора напряжения в узле электрической сети во времени. 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 (АРВ) АСК вырабатывает управляющие воздействия,пропорциональные изменениям модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети относительно их заданных значений и пропорционально производным модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети по времени, в результате чего на выходе АРВ появляется сигналы, обусловливающие изменения результирующего вектора напряжения ротора машины осуществляющего управление как реактивной так и активной мощностью статора машины. Изменение угла между векторами напряжения в узле электрической сети и результирующего вектора напряжения ротора машины дает возможность генерирования в сеть или потребления из сети активной мощности за счет изменения кинетической энергии маховых масс ротора электрической машины, входящей в электромашинно-вентильный комплекс АСК, что обеспечивает стабилизацию модуля и фазы напряжения в узле электрической сети, а также повышение статической и динамической устойчивости системы электроснабжения. На фиг. 1 представлена схема АСК для реализации предлагаемого способа. В электромашинно-вентильный комплекс АСК входят электрическая машина 1, ротор которой присоединен к узлу электрической сети через согласующий трансформатор 2 и реверсивный тиристорный преобразователь частоты 3, цепи управления который подключены к системе управления тиристорами 4 вход которой подключен к выходу автоматического регулятора возбуждения 5, входы которого подключены к выходам датчиков углового положения ротора 6 машины, напряжений фаз узла электрической сети 7, фазных токов статора 8 и ротора 9 электрической машины,опорного вектора напряжения 10 источника питания, задатчика 11 модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети, к которому подключен статор АСК. Предлагаемый способ управления режимом работы АСК, при воздействии на электрическую сеть резкопеременной нагрузки реализуется следующим образом. Электрическая сеть (фигура 2), состоит из источника питания , линии электропередачи ,трансформатора Т, резкопеременной нагрузки Н и АСК. В установившемся режиме работы энергосистемы баланс активной и реактивной мощностей обеспечивается генераторами источника питания с напряжением. При этом активная и реактивная (в частном случае) мощности статора АСК равны нулю, а вектор э.д.с. машиныравен вектору напряженияв узле электрической сети,т.е. и - вектор и модуль напряжения в узле электрической сети- угол между координатной осьюи векторомнапряжения в узле сети/ и / - производные от и модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети по времени. В установившемся режиме производные по времени от параметров режима работы энергосистемы равны нулю, т.е./0 /0,(2) Векторная диаграмма напряжений источника питания, узла электрической сетии э.д.с. электрической машиныприведена на фигуре 3. Здесь координатные оси источника питания , - координатные оси узла электрической сети, к которому подключен АСК- угол между координатными осями источника питания ,и координатными осями узла электрической сети ,(т.е. угол между векторамии). Исходя из векторной диаграммы, в качестве заданий поперечнойи продольнойсоставляющих вектора напряжения в узле электрической сети принимаются зз 0 /0 /0.(3) При возмущениях в энергосистеме происходит изменение продольной и поперечной составляющих вектора напряжения в узле сети с АСК (фигура 4)з -з -/0/0.(4) Динамика параметров режима работы электроэнергетической системы (фиг.5 и 6) при воздействии резкопеременной нагрузки протекает следующим образом. Автоматический регулятор возбуждения АСК вырабатывает управляющие воздействия,пропорциональные изменениям модуля и фазы вектора напряжения в узле сети относительно их заданных значений и пропорционально производным по времени от модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети и на выходе АРВ появляются сигналы, вызывающие изменение режима работы, обусловленного результирующим вектором напряжения ротора машины, т.е. ее перевод в режим генератора или двигателя в зависимости от знака изменений модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети. В течение промежутка времени, равного времени изменения активной и реактивной мощностей в сети АСК генерирует в сеть или потребляет из сети активную мощность за счет изменения кинетической энергии вращающихся масс ротора машины и обеспечивает стабилизацию модуля и фазы напряжения в узле электрической сети. При исчезновении возмущения в электрической сети возвращение АСК в исходный режим, или какой либо другой режим работы, осуществляется контуром регулирования скольжения ротора АРВ электрической машины. Некоторые результаты исследований эффективности АСК при воздействии на электрическую сеть (фиг.2) резкопеременной нагрузки приведены на фиг. 5 и 6, где представлены графики изменения активных и реактивных мощностей нагрузки (Рн, н), АСК (Рк, к) и линии электропередачи (Рл, л). На фиг.5 параметры режима элементов электрической сети соответствуют регулированию возбуждения АСК по отклонениям модуля и фазы 3 вектора в узле электрической сети. На фиг. 6 параметры режима элементов электрической сети соответствуют регулированию возбуждения АСК по отклонениям и по производным по времени от модуля и фазы вектора в узле электрической сети. Колебания активной и реактивной мощностей в линии электропередачи (фиг.5) обусловлены недостатками регулирования возбуждения АСК по отклонению параметров, так как не обеспечиваются необходимые скорости изменения активной и реактивной мощностей статора машины на интервалах времени, когда происходит наброс(например, интервал 0-0,05 с) или сброс (например,интервал 0,15-0,20 с) активной и реактивной мощностей нагрузки, а на интервалах времени,когда изменения активной и реактивной мощностей нагрузки отсутствуют (например, интервал 0,050,15 с) происходит перерегулирование возбуждения машины и, как следствие, перерегулирование активной и реактивной мощностей статора АСК. Из графиков изменений активной и реактивной мощностей, приведенных на фиг. 5 видно, что при регулировании возбуждения АСК по отклонениям и по производным от этих параметров по времени,обеспечиваются необходимые скорости изменения активной и реактивной мощностей статора машины на всех рассмотренных выше интервалах времени, о чем свидетельствует то, что колебания активной и реактивной мощностей в линии электропередачи практически отсутствуют. Результаты проведенных исследований показывают, что при соответствующих параметрах элементов, входящих в состав АСК, и предлагаемом способе регулирования возбуждения электрической машины возможно обеспечение требуемого качества напряжения в сети и устойчивости узла нагрузки энергосистемы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ управления возбуждением асинхронизированного синхронного компенсатора путем полной компенсации инерционности цепей ротора и изменения напряжений ротора 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 и пропорционально производным по времени от модуля и фазы вектора напряжения в узле электрической сети, и изменяют напряжения, приложенные к обмоткам ротора электрической машины компенсатора в зависимости от величин этих сигналов.