Способ перевода синхронного компенсатора с обмотками возбуждения на роторе по продольной и поперечной осям из режима выдачи в режим их потребления реактивной мощности и обратно

 

jr ) 567398

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союа Советских

Социалистических

Ресоублии (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 01.09.?5 (21) 2169624/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (51) М. Кл е Н 02Р 9 10

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений Опубликовано 30.07.77. Бюллетень № 28 (53) УДК 621.316.728. .621.313.323 (088.8) и открытий

Дата опубликования описания 26.08.77 (72) Авторы изобретения

Э. А. Каспаров и H. И. Соколов (71) Заявитель Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (54) СПОСОБ ПЕРЕВОДА СИНХРОННОГО КОМПЕНСАТОРА

С ОБМОТКАМИ ВОЗБУЖДЕНИЯ НА РОТОРЕ ПО ПРОДОЛЬНОЙ

И ПОПЕРЕЧНОЙ ОСЯМ ИЗ РЕЖИМА ВЫДАЧИ В РЕЖИМ

ПОТРЕБЛЕНИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ОБРАТНО

Изобретение относится к области управления электрическими машинами и может быть использовано при регулировании реактивной мощности синхронных компенсаторов (СК) в электрических системах.

Известный способ перевода синхронного компенсатора из режима выдачи в режим потребления реактивной мощности и обратно осуществляется путем использования двух нереверсивных возбудителей, питающих независимые встречно направленные обмотки на одних и тех же полюсах ротора (1).

Недостатками такого решения являются необходимость применения второго возбудителя на достаточно большую мощность, размещен ия на тех же полюсах второй продольной обмотки и невозможность достижения потребления реактивной мощности по условиям устойчивости, большей, чем 70 — 80% мощности в режиме выдачи.

Так >ке известен способ перевода синхронного компенсатора с обмотками по продольной и поперечной осям из режима выдачи в режим потребления реактивной мощности, более близкий к изобретению, заключающийся в формировании сигналов, пропорциональных изменению пространственного поло>кения ротора, отклонению напряжения в узле его подкл|очения, току продольной обмотки возбуждения, и последующем управлении возбуждением в зависимости от указанных сигналов одновременно по продольной и поперечной осям. При этом осуществляют одновременно знакопеременное регулирование тока в поперечной обмотке ротора, а в продольной обмотке осуществляют регулирование величины и направление тока.

Недостатком этого способа является то, что

10 для его реализации требуется сложный реверсивный возбудитель для продольной (основной) обмотки возбуждения, что практически исключает применение бесщеточной системы возбуждения. Кроме того, необходи15 мость применения реверсивного возбудителя приводит в конечном итоге к снижению экономичности и надежности системы возбуждения по продольной оси в целом.

20 Целью изобретения является повышение экономичности и надежности управления режимом синхронного компенсатора.

Указанная цель достигается благодаря тому, что снижают ток в продольной обмотке

25 возбуждения до нуля, форсируют возбуждение по пореречной оси и при провороте ротора на угол б)90 эл. град. снижает форсировку, регулируют ток в поперечной обмотке для поддержания угла б, равным 180 эл. град., 567198 при этом изменяют направление регулирования возбуждения по продольной оси.

Предлагаемый способ заключается в следующем.

Формируют и контролируют сигналы, пропорциональные изменению напряжения в регулируемой точке сети и пространственного (углового) положения тела ротора СК.

В исходном режиме выдачи реактивной мощности в зависимости от указанных сигналов автоматически регулируют возбуждение соответственно по продольной оси (ЛРВ-d) и поперечной оси (ЛРВ-q). СК поперечной оси проводят знакопеременное регулирование возбуждения на поддержание угла сдвига ротора, близкого к нулю (6 =О); по продольной оси проводят регулирование возбуждения для поддержания требуемого значения напряжения в заданной точке сети таким образом, что при его повышении снижают ток в продольной обмотке возбуждения до нуля, а при его снижении увеличивают этот ток (отрицательная обратная связь по напряжен ию). С повышением напряжения в заданной точке сети снижают ток продольной обмотки возбуждения вплоть до нуля, В случае близости к нулю значения тока продольной обмотки возбуждения при условии повышенного напряжения выводят поперечное регулирование (APB-q) на поддержание угла 6=0 (при этом за счет механических потерь угол 6 будет несколько увеличиваться) и почти одновременно производят форсировку возбуждения по поперечной оси в таком направлении, чтобы ротор поворачивался в сторону дальнейшего увеличения угла.

По смещению ротора и установлению его с углом 6)90 эл. град. (что происходит за счет торможения ротора из-за потерь) снимается форсировка и вводится поперечное регулирование (APB-q) на поддержание угла

6= 180 эл, град., предварительно подготовленное к действию по отклонению от этого угла. При этом за счет (APB-q-) направление тока в поперечной обмотке меняется на обратное, а затем при достижении ротором положения 6=180 эл. град. снижается почти, до нуля. Здесь возможно было бы после достижения угла 6)90 эл. град. временно вообще снимать возбуждение по поперечной оси. При этом ротор повернулся бы до 180 эл. град. за счет моментов потерь и явнополюсности (при явнополюсном СК) и только после этого включать (АРВ-q) на поддержание угла 180 .

Однако при этом время перехода значительно увеличивается.

Вблизи значения угла 180 эл. град. производится изменение направления регулирования возбуждения IIQ продольной оси, после чего (APB-d) начинаег поддерживать напряжение в заданной очке сети, повышая ток в продольной обмотке возбуждения и соответственно увеличивая потребление реактивной мощности СК при возрастании напряжения

65 и снижая значения этих режимных параметров при уменьшении напряжения сети (что эквивалентно переходу положительной обратной связи по напряжению в системе (APB-d).

Обратный перевод СК в режим выдачи реактивной мощности производится при снижении напряжения в заданной точке сети. Со снижением напряжения уменьшают ток продольной обмотки возбуждения вплоть до нуля.

Вблизи этого значения при условии сниженного напряжения в сети выводят (APB-q) на поддержание угла 6=180 и одновременно производят форсировку возбуждения по поперечной оси, а также переключение (APBd) в исходное положение. Такое переключение вызывает возрастание тока в продольной обмотке возбуждения, что совместо с форсировкой по поперечной оси приводит к быстроIIv повороту ротора к исходному положению

6 = О, Для перевода СК в,исходный режим направление форсировки по поперечной оси безразлично. Однако в одном случае СК сначала начинает потреблять активную мощность при провороте, а затем накопленную энергию отдает в сеть; в другом случае СК сначала выдает, а потом потребляет. Эта возможность управления активной мощностью в процессе динамического перехода в некоторых случаях полезна.

При повороте ротора на угол 6=

= -90 эл. град. форсировка по поперечной оси снимается и вводится (ЛРВ-q) на поддержание угла 6=0.

По установлению угла 6=0 автоматически обеспечивается требуемый режим выдачи реактивной мощности по поддержанию заданного напряжения сети.

Регулирование возбуждения СК в соответствии с предлагаемым способом может быть реализовано посредством использования элементов и устройств, применяемых в системах автоматического регулирования возбуждения синхронных машин.

На чертеже приведена блок-схема, иллюстрирующая один из возможных вариантов реализации способа, где 1 — синхронный компенсатор, включенный через трансформатор

2 на шины узла с нагрузкой S, Z„— сопротивление линии связи с мощной системой;—

3 продольная (основная) обмотка возбуждения

СК, получающая питание от нереверсивного полупроводникового возбудителя — дополнительная поперечная обмотка возбуждения, размещаемая на роторе таким образом, чтобы ее магнитная ось была сдвинута на

90 эл. град. относительно оси основной обмотки возбуждения; 6 — маломощный полупроводниковый реверсивный возбудитель, питающий поперечную обмотку возбуждения; 7— углоизмерительная машина (датчик угла сдвига ротора СК), выходной сигнал которого подается в регулятор 8 возбуждения пс поперечной оси, где формируются сигналы, пропорциональные изменению пространствен567198

20

65 ного положения ротора, в частности сигналы отклонения угла (Лб=б — 6») и его первой и второй производных. Эти сигналы усиливаются, суммируются и подаются через контакты 9, 10 или 11, 12 и инвертор 13 на возбудитель 6.

Регулятор 8 содержит дифференцирующие элементы 14 и 15 для получения первой и второй производных угла СК, блоки 16 — 18 установки коэффициентов усиления соответственно по отклонению угла и его первой и второй производным; источник 19 эталонного напряжения, контакты 9, 10 и 11, 12,и инвентор выходного сигнала регулятора используются для его переключения из режима на поддержание угла 6=0 в режиме на поддер>кание угла 6=180, В регуляторе 20 возбуждения по продольной оси СК формируются сигналы, пропорциональные отклонению напряжения на шинах узла (ЛU =U — U») и его первой производной. После усиления и суммирования выходной сигнал регулятора 20 через контакты 21, 22 или контакты 23, 24 и инвертор 25 подается на возбудитель 4.

Регулятор 20 содержит дифференцирующий элемент 26 для получения первой производной отклонения напряжения на шинах узла, блоки 27, 28 установки коэффициентов усиления по отклонению напряжения и его первой производной, контакты 21, 22 и 23, 24 и инвертор 25 выходного сигнала продольного регулятора, используемые для изменения направления регулирования тока продольной обмотки возбуждения (см. выше); источник

29 эталонного напряжения, блоки 30 и 31 установки коэффициентов усиления по первой и второй производным угла, вводимые для быстрого демпфирования качаний ротора в зоне значений угла 90 во время перевода СК из режима выдачи в ре ким потребления реактивной мощности.

В исходном режиме выдачи реактивной мощности в продольном регуляторе 20 замкнуты контакты 21, 22, в поперечном регуляторе 8 замкнуты контакты 9, 10. При этом выходной сигнал источника эталонного напряжения 14 равен нулю и регулятор 8 поддерживает угол сдвига ротора СК, равным нулю (6=0).

При повышении напряжения на шинах узла продольный регулятор 20 снижает ток в обмотке возбуждения вплоть до нуля. Если при этом напряжение на шинах узла остается выше заданного осуществляется релейная форсировка возбуждения по поперечной оси, После поворота ротора на угол б)90 форсировка снимается, размыкают контакты 9, 10, установка источника эталонного напряжения 9 устанавливается пропорционально углу 6 = 180 и затем замыкают контакты

11, 12.

При этом ротор СК подтягивается к поло>кению 6=180 . Вблизи этого значения угла размыкают контакты 21, 22 продольного ре5

40 гулятора 20 и сразу после этого замыкают контакты 23, 24.

Это приводит к нарастанию тока в продольной обмотке возбуждения 5 и переходу

СК в режим глубокого потребления реактивной мощности, Отметим в заключение, что управление работой продольного и поперечного регуляторов может производиться как автоматически, так и вручную.

Анализ устойчивости показал, что при работе СК с углом сдвига ротора б=

=180эл. град. в режиме потребления реактивной мощности предел устойчивости при (АРВ-q) пропорционального типа составляет:

Цг

Qä ðp eä —, для явнополюсных СК и

Х цг

Ядргд: для неявнополюсных CK ° х, Учитывая, что переходные сопротивления х и х д СК существенно меньше единицы (-0,3+0,4 о. е.), то при U=1,0, возможные значения потребляемой мощности могут значительно превышать номинальную мощность машин.

Эффективность предлагаемого способа заключается также:и в том, что при работе СК с углами 6=0 и 6=180 становится возможным исключить взаимовлияние продольного и поперечного регулирования, интенсивно демпфировать качания ротора СК при возмущениях .в сети посредством (АРВ-q), повысить коэффициенты регулирования возбуждения по продольной оси СК.

Проверка предлагаемого способа, произведенная на математической модели явнополюсного СК, собранной на аналоговых вычислительных машинах подтвердила его осуществимость.

Формула изобретения

Способ перевода синхронного компенсатора с обмотками возбуждения на роторе по продольной и поперечной осям из режима выдачи в режим потребления реактивной мощности и обратно, заключающийся в формировании сигналов, пропорциональных изменению пространственного положения ротора, отклонению напряжения в узле его подключения, току продольной обмотки возбуждения и последующем управлении возбуждением в зависимости от указанных сигналов одновременно по продольной и поперечной осям, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и экономичности снижают ток в продольной обмотке возбуждения до нуля, форсируют возбуждение по поперечной оси и при повороте ротора на угол б)

)90 эл. граф. снимают форсировку, регулируют ток в поперечной обмотке для поддержания угла б, равным 180 эл. град., при этом изменяют направление регулирования возбуждения по продольной оси, 567198

?! — — 1

Составитель К. Фотина

Техред М. Семенов

Редактор В. Левитов

Корректор Л. Орлова

Заказ 1840/3 Изд. № 655 Тираж 917 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5 типография, пр. Сапунова, 2

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. В. К. Воробьев, В. 3. Пекне, В. Ф. Федорова и др. Результаты исследований опытного образца риверсивного бесщеточного возбудителя синхронного компенсатора 50 MBA.—

«Электротехническая промышленность», сер.

«Электрические машины», 1974, № 7.

2. Н. И. Соколов, Э. A. Каспаров. Повышение использования синхронных компенсато5 ров в режиме потребления реактивной мощности. «Электричество», 1971, № 3,