Способ управления режимом синхронной машины, включенной в электрическую сеть
Владельцы патента RU 2572108:
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ "НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)
Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах электроснабжения, электрических сетях для определения внутреннего индуктивного сопротивления синхронных машин. Технический результат - определение сопротивления синхронной машины в условиях нормальной эксплуатации, без создания опасных режимов и необходимости поддерживать требуемую скорость вращения синхронной машины. В способе управления режимом синхронной машины создают два режима работы синхронной машины в электрической сети, при которых в одном режиме обеспечивают равенство ЭДС и напряжения на выводах синхронной машины либо путем регулирования возбуждения и скорости вращения синхронной машины, включения ее в сеть при равенстве напряжений на выводах синхронной машины частоты напряжения синхронной машины и сети, либо путем регулирования возбуждения и момента на валу синхронной машины, включенной в электрическую сеть, до режима с нулевым током синхронной машины. Измеряют напряжение на выводах синхронной машины. Во втором режиме, оставляя ток возбуждения синхронной машины, полученный в первом режиме, неизменным, изменяют режим работы синхронной машины путем изменения момента на ее валу. Измеряют напряжение, выдаваемую или потребляемую активную и реактивную мощности. Производят расчет внутреннего индуктивного сопротивления синхронной машины. 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, системах электроснабжения, электрических сетях для определения внутреннего индуктивного сопротивления синхронных машин.
Известен способ управления режимом синхронной машины (СМ) (Патент №2193212 RU, МПК G01R 27/00), при котором на электродвигатель переменного тока подают скачкообразное ступенчатое напряжение с прямоугольно-ступенчатой формой. Определяют первую производную фазного тока электродвигателя в конечной и начальной точках сопрягаемых коммутационных интервалов инвертора, а индуктивное сопротивление СМ определяют по напряжению питания инвертора и по дополнительно определенным первым производным фазного тока СМ.
Однако указанный способ обладает следующими недостатками: нуждается в определении производных, не может быть использован в обычных условиях эксплуатации.
Известен способ управления режимом СМ (Патент №501450 SU, МПК Н02К 15/00, G01R 27/26), при котором СМ нагружают регулируемой выпрямительной нагрузкой при таком условии, что через СМ протекает переменный ток, а через нагрузку выпрямленный постоянный ток. Создают режим при одном значении нагрузки и замеряют угол коммутации (при коммутации вентилей выпрямителя). При неизменном напряжении на зажимах якорной обмотки создают второй режим с другим значением нагрузки и также замеряют угол коммутации. Находят значения переходных и сверхпереходных сопротивлений СМ по известной системе уравнений.
Однако указанный способ обладает следующими недостатками: нуждается в преобразовании переменного тока в постоянный.
Кроме того, известен способ управления режимом СМ (Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. - Л.: Электроатомиздат, 1984, 408 с., стр. 310-325), являющийся прототипом предлагаемого изобретения и заключающийся в создании двух режимов работы СМ, в одном из которых на СМ, находящуюся на холостом ходу и вращающуюся с номинальной скоростью, создают такой ток в обмотке возбуждения, при котором напряжение на выводах обмотки статора равно 0,25-0,2 от номинального, замеряют напряжение на выводах СМ, равное ЭДС (Ек), а во втором закорачивают выводы статорной обмотки СМ при неизменном токе возбуждения, замеряют ток установившегося короткого замыкания (Ik), по результатам измерений вычисляют внутреннее индуктивное сопротивление СМ.
Однако указанный способ обладает следующими недостатками: определение внутреннего индуктивного сопротивления СМ нуждается в создании режима короткого замыкания СМ, который при эксплуатации является аварийным и опасным для СМ, а также в поддержании номинальной скорости вращения СМ.
Задачей предлагаемого изобретения является определение внутреннего индуктивного сопротивления СМ в условиях нормальной эксплуатации без создания опасных для СМ режимов и необходимости поддержания требуемой скорости вращения СМ.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе, заключающемся в том, что создают два режима работы СМ, измеряют значения режимных параметров в каждом из режимов и по результатам измерений вычисляют значение внутреннего сопротивления СМ, в качестве режимов используют два нормальных эксплуатационных режима СМ, в одном из которых обеспечивают равенство ЭДС и напряжения на выводах СМ либо путем регулирования возбуждения и скорости вращения СМ, включения ее в сеть при равенстве напряжений на выводах СМ, частоты напряжения СМ и сети, либо путем регулирования возбуждения и момента на валу СМ, включенной в электрическую сеть, до режима с нулевым током СМ. Во втором режиме, оставляя ток возбуждения СМ, полученный в первом режиме, неизменным, изменяют режим работы СМ путем изменения момента на ее валу. В каждом режиме измеряют напряжение на выводах СМ, выдаваемую или потребляемую активную и реактивную мощности.
На чертеже представлено устройство, реализующее предлагаемый способ, - схема электрической сети с СМ, включенной в сеть на параллельную работу с другими СМ энергосистемы.
Устройство (схема) электрической сети содержит СМ (1), выводы СМ (2), узел подключения СМ к сети (3), устройство изменения момента на валу СМ (УМ) (4), вал СМ (5), выключатель (6), устройство изменения возбуждения СМ (УВ) (7), измерительный прибор 1 (ИП1) (8), измерительный прибор 2 (ИП2) (9).
На валу (5) находится ротор СМ (1). К выводам СМ (2) подключен ИП1 (8) для измерения напряжения СМ (2), выводы СМ при помощи выключателя (6) соединены с узлом подключения СМ к сети (3). К узлу подключения СМ к сети (3) подключен ИП2 (9) для измерения тока, напряжения, активной и реактивной мощностей. УМ (4) может изменять момент на валу СМ (1), а УВ (7) может изменять напряжение возбуждения СМ(1).
Способ осуществляется следующим образом: создают два режима работы СМ. В первом для неподключенной к электрической сети СМ при помощи УМ (4) и УВ (7), изменяя момент на валу СМ (5) и напряжение возбуждения СМ, обеспечивают равенство напряжений и частоты на выводах СМ (2) и в узле ее подключения к сети. Равенство напряжений контролируется при помощи ИП1(8) и ИП2 (9). Производят включение выключателя (6), обеспечивая тем самым первый необходимый режим работы СМ (1). Для СМ, включенной в сеть и нагруженной по активной и/или реактивной мощности, путем изменения возбуждения УВ (7) и механического момента на валу УМ (4) осуществляют ее полную разгрузку по активной и реактивной мощности. Измеряют напряжение на выводах СМ в этом режиме с помощью ИП1 (8). Второй режим создают при неизменном токе возбуждения СМ (1), который обеспечивается УВ (7), путем изменения момента на валу (5) при помощи УМ (4). Измеряют значения напряжения, выдаваемой активной и потребляемой реактивной мощностей СМ в новом режиме при помощи ИП2. Поскольку ЭДС СМ осталась неизменной и известной из первого режима, то по известной ЭДС и измеренным параметрам Uм, Рм, Qм второго режима из выражения (1), связывающего режимные параметры СМ с ее внутренним сопротивлением, находят внутреннее индуктивное сопротивление СМ (х):
где Е - ЭДС СМ, равная напряжению на выводах обмотки статора в первом режиме,
х - внутреннее индуктивное сопротивление синхронной машины,
Uм, Рм, Qм - напряжение, активная и реактивная мощности СМ после изменения режима.
Решением уравнения (1) относительно х является выражение (2):
Положительный корень выражения (2) и будет являться значением внутреннего индуктивного сопротивления синхронной машины.
Таким образом, в отличие от прототипа предлагаемый способ решает задачу (получает технический результат) определения внутреннего индуктивного сопротивления СМ в условиях нормальной эксплуатации без создания опасных для СМ режимов и необходимости поддержания требуемой скорости вращения СМ.
Способ управления режимом синхронной машины, включенной в электрическую сеть, заключающийся в том, что создают два режима работы синхронной машины, для каждого из них производят измерения режимных параметров, отличающийся тем, что первый режим для синхронной машины, не включенной в сеть, создается путем ее включения в сеть с синхронизацией при равенстве напряжений на выводах синхронной машины и напряжения в узле подключения к сети, а для синхронной машины, включенной в сеть и нагруженной по активной и/или реактивной мощности, путем изменения возбуждения и механического момента на валу до полной разгрузки по активной и реактивной мощности, второй - путем изменения момента на валу синхронной машины при неизменном токе возбуждения, в каждом из указанных режимов измеряют напряжение на выводах синхронной машины, выдаваемую или потребляемую активную и реактивную мощности, по результатам измерений вычисляют внутреннее индуктивное сопротивление синхронной машины.
