EA003265B1 - Rotating power system stabilizer - Google Patents

Rotating power system stabilizer Download PDF

Info

Publication number
EA003265B1
EA003265B1 EA200100866A EA200100866A EA003265B1 EA 003265 B1 EA003265 B1 EA 003265B1 EA 200100866 A EA200100866 A EA 200100866A EA 200100866 A EA200100866 A EA 200100866A EA 003265 B1 EA003265 B1 EA 003265B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
power
machine
rotor
main machine
voltage
Prior art date
Application number
EA200100866A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA200100866A1 (en
Inventor
Ларс Ертмар
Арне Нюсвеэн
Пер-Андерс Лёф
Том Фагернес Нестли
Original Assignee
Абб Аб
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from SE9901553A external-priority patent/SE514818C2/en
Priority claimed from SE9903044A external-priority patent/SE521391C2/en
Application filed by Абб Аб filed Critical Абб Аб
Publication of EA200100866A1 publication Critical patent/EA200100866A1/en
Publication of EA003265B1 publication Critical patent/EA003265B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/36Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
    • H02K19/365Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches with a voltage regulator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/26Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings
    • H02K19/28Synchronous generators characterised by the arrangement of exciting windings for self-excitation
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/16Synchronous generators
    • H02K19/36Structural association of synchronous generators with auxiliary electric devices influencing the characteristic of the generator or controlling the generator, e.g. with impedances or switches
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/105Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for increasing the stability
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

1. Power system stabiliser comprising a rotating electrical main machine (2,2'), windings (14) of a stator (12) are connected to the electric power network terminals, a current converter (18,18') connected to it a voltage source, the current converter (18,18') is also connected to the alternating current windings (16) of the rotor, whereby electric power is exchanged via the power line terminals by changing the rotational speed of the rotor (10). 2. Power system stabiliser according to claim 1, characterised in that the voltage source is a voltage source, which is independent of the power lines. 3. Power system stabiliser according to claim 1 or 2, characterised in that the voltage source is a regulating machine (20,20'). 4. Power system stabiliser according to claim 1,2 or 3, characterised in that the regulating machine (20,20') and the main machine (2,2') has a common shaft (22). 5. Power system stabiliser according to claim 4, characterised in that the current converter (18') is arranged at the static parts of the main machine and connected to the rotor windings (16) of the main machine via brushes (30) and slip rings (32). 6. Power system stabiliser according to claim 4, characterised in that the regulation machine (20) and the main machine (2) are brushless and in that the current converter (18) is arranged co-rotating at the shaft (22) of the rotor. 7. Power system stabiliser according to any of the claims 1 to 6, characterised by a flywheel arranged at the shaft (22) of the electrical main machine. 8. Power system stabiliser according to any of the claims 1 to 7, characterised by a driving means arranged for applying a force to the shaft (22) of the electrical main machine. 9. Power system stabiliser according to any of the claims 1 to 8, characterised by a load means arranged for collecting of the driving force of the shaft (22) of the electrical main machine. 10. Power network comprising power lines and a shunt stabiliser (84, 84A, 84B) of a parallel type according to claim 1. 11. Power network according to claim 10, characterised in that the voltage source is a voltage source, which is independent of the power lines. 12. Power network according to claims 10 or 11, characterised in that the voltage source is a regulating machine (20,20'). 13. Power network according to claims 10 to 12, characterised in that the regulating machine (20,20') and the main machine (2,2') has a common shaft (22). 14. Power network according to claim 13, characterised in that the current converter (18') is arranged at the static parts of the main machine and connected to the rotor windings (16) of the main machine via brushes (30) and slip rings (32). 15. Power network according to claim 13, characterised in that the regulation machine (20) and the main machine (2) are brushless and in that the current converter (18) is arranged co-rotating at the shaft (22) of the rotor. 16. Method for stabilising of the voltage in a power system comprising transmitting of electric power between a power line and a rotating electrical main machine (2,2'), characterised by regulating the, by the electrical main machine (2,2') emitted/received, electric power by changing of the rotational speed of the electrical main machine. 17. Method according to claim 16, characterised in that the step of regulation comprises providing of a rotor current through rotor windings (16) at the electrical main machine (2,2'); controlling of amplitude, phase and frequency of the rotor voltage for achieving of required amplitude, phase and frequency of the voltage over stator windings (14) at the electrical main machine (2,2'). 18. Method according to claim 17, characterised in that the regulation power of the rotor winding of the main machine is provided by a regulation machine (20,20'). 19. Method according to claim 18, characterised in that a shaft of the regulation machine (20,20') is mechanically driven by a shaft (22) of the electrical main machine (2,2'). 20. Method according to any of the claims 16 to 19, characterised by sensing of current/voltage of the power line for detecting of disturbances in its amplitude, virtual value, phase or frequency; whereby the regulation takes place based on at least one of the detected disturbances. 21. Method according to claim 20, characterised by sensing of the temperature of the stator windings (14) of the main machine; whereby the regulation takes place based also on the stator temperature. 22. Method according to claim 20 or 21, characterised by sensing of the temperature of the rotor windings (16) of the main machine; whereby the regulation takes place based also on the rotor temperature. 23. Method according to claim 22, characterised in that the regulation step during a limited time gives electric powers that exceed rated power, valid for continuous operation, for the electrical main machine (2,2'). 24. Method according to any of the claims 16 to 23, characterised by transferring of control information between the stationary and rotating parts of the main machine. 25. Method according to any of the claims 16 to 24, characterised by transforming the voltage over the stator windings (14) of the main machine to a suitable network voltage.

Description

Настоящее изобретение, в целом, относится к стабилизаторам в энергетических системах и к способам стабилизации. Более конкретно изобретение относится к стабилизаторам, содержащим вращающиеся электрические машины, и к способам управления такими устройствами.The present invention relates generally to stabilizers in energy systems and to methods of stabilization. More specifically, the invention relates to stabilizers containing rotating electrical machines, and to methods for controlling such devices.

Уровень техникиThe level of technology

В идеальном случае энергосистема должна представлять собой «шину», к которой в любое время могут подключаться различные производители и потребители электричества для поставки/потребления необходимой мощности. На практике энергосистема не удовлетворяет этим идеальным правилам, поскольку существуют ограничения на величину поставляемой/потребляемой мощности в различных местах и на величину мощности, которая может быть передана между различными частями энергосистемы.Ideally, the power system should be a “bus” to which various producers and consumers of electricity can be connected at any time to supply / consume the necessary power. In practice, the power system does not meet these ideal rules, since there are restrictions on the amount of power supplied / consumed in various places and on the amount of power that can be transferred between different parts of the power system.

Обычно энергосистемой называют сеть электроснабжения, в которой энергия передается по 3-фазной высоковольтной линии передачи переменного тока. Однако могут иметься соединения по постоянному току между несинхронными сетями переменного тока или внутренние соединения между двумя точками (узлами) в сети переменного тока.A power system is usually called a power supply network in which energy is transmitted through a 3-phase high-voltage AC transmission line. However, there may be DC connections between non-synchronous AC networks or internal connections between two points (nodes) on the AC network.

Часто в энергосистемах ограничения по мощности зависят не от тепловой нагрузочной способности включенных в сеть компонентов, а определяются из соображений устойчивости и надежности. Система должна быть устойчива, то есть большие или малые возмущения в ее работе должны гаситься, и система должна возвращаться назад в устойчивое состояние. Кроме того, энергосистема должна выдерживать отключение крупных производителей и/или потребителей без возникновения неустойчивости или отказов, приводящих к выходу энергосистемы из строя.Often, in power systems, power limits do not depend on the thermal load capacity of the components included in the network, but are determined for reasons of stability and reliability. The system must be stable, that is, large or small perturbations in its work must be extinguished, and the system must return to a steady state. In addition, the power system must withstand the shutdown of large producers and / or consumers without causing instability or failure, leading to the failure of the power system.

Кроме того, энергосистема должна работать в некоторых заданных пределах напряжений. Некоторые устройства, например трансформаторы и двигатели, предназначены для работы в заданных диапазонах напряжений. Напряжение в сети переменного тока регулируют путем управления балансом реактивной мощности в этой сети. При дефиците реактивной мощности или при неблагоприятном распространении реактивной мощности между местами ее генерации и использования в сети в некоторых случаях не удается поддержать напряжение постоянным, и в результате имеет место так называемая лавина напряжения, в результате чего сеть выходит из строя.In addition, the power system must operate within certain predetermined voltage limits. Some devices, such as transformers and motors, are designed to work in specified voltage ranges. The AC mains voltage is controlled by controlling the reactive power balance in this network. With a shortage of reactive power or with an unfavorable distribution of reactive power between the places of its generation and use in the network in some cases it is not possible to keep the voltage constant, and as a result there is a so-called voltage avalanche, as a result of which the network fails.

Помимо преобразования энергии, синхронные машины используются как синхронные компенсаторы, не соединенные с другой движущей машиной или механической нагрузкой и поэтому не выполняющие никакого преобразования энергии. Эти машины вращаются синхронно с частотой энергосистемы и способны поставлять/потреблять реактивную мощность.In addition to energy conversion, synchronous machines are used as synchronous compensators that are not connected to another driving machine or mechanical load and therefore do not perform any energy conversion. These machines rotate synchronously with the frequency of the power system and are able to supply / consume reactive power.

Кроме того, они способствуют устойчивости энергосистемы при возмущениях, поскольку намагничиванием машины можно управлять, а синхронный компенсатор увеличивает мощность короткого замыкания в энергосистеме. Способность синхронной машины стабилизировать работу энергосистемы путем модуляции активной мощности ограничена тем, что эта активная регулируемая мощность должна генерироваться из магнитной энергии, сосредоточенной в воздушном зазоре машины, или из энергии вращающейся массы за счет кратковременного изменения частоты вращения при изменении угла нагрузки.In addition, they contribute to the stability of the power system under disturbances, since the magnetization of the machine can be controlled, and the synchronous compensator increases the short-circuit power in the power system. The ability of the synchronous machine to stabilize the operation of the power system by modulating the active power is limited by the fact that this active regulated power must be generated from magnetic energy concentrated in the air gap of the machine, or from the energy of the rotating mass due to a short-term change in the rotation frequency when the load angle changes.

Асинхронный генератор представляет собой асинхронную машину, в которой питание роторной обмотки происходит через контактные кольца от преобразователя тока, соединенного с той же энергосистемой, что и полюсы статора машины. Эти машины используются, прежде всего, в насосных электростанциях. Преимуществ несколько: помимо прочего, эффективность электростанции повышается, а при накачке можно использовать так называемое слежение за нагрузкой, то есть путем накачки можно регулировать мощность, забираемую из сети. Такие машины эксплуатируются в нескольких местах в Японии и описаны в работе Такао Ки\таЬагк с1. а1. Эекщп апй йуиаш1е гекропке сйатас1епк0ск о! 400 Μ\ν ай)ик1аЫе креей ришрей к1огаде ип11 £от Ойка^асЫ Ро\\'ег 81айоп, ΙΕΕΕ Ттапкасйопк оп Епегду Сопуеткюп, Уо1. 11, Ыо. 2, 1ипе 1996, рр. 376-384. Кроме того, путем подачи в ротор постоянного тока асинхронный генератор можно использовать в качестве синхронной машины. Однако следует учитывать, что это может вызвать тепловую перегрузку в одной из фаз, если через нее постоянно проходит полный ток намагничивания.An asynchronous generator is an asynchronous machine in which the rotor winding is supplied through slip rings from a current transducer connected to the same power system as the stator poles of the machine. These machines are used primarily in pumping power plants. There are several advantages: among other things, the efficiency of the power plant increases, and when pumping, you can use the so-called load tracking, that is, by pumping you can adjust the power taken from the network. Such machines are operated in several places in Japan and are described in the work of Takao Ki'tagk c1. a1. Eekshppy apy yuiash1e gekropke syatas1eppkok o! 400 Μ \ ν ay) ry1 riesray for a young man and £ 11 £ from Oika 11, oo. 2, 1996, pp. 376-384. In addition, by feeding a DC inductor into the rotor, it can be used as a synchronous machine. However, it should be borne in mind that this may cause thermal overload in one of the phases if the total magnetizing current constantly passes through it.

Асинхронный генератор может использоваться для повышения устойчивости сети, поскольку при возмущениях или отказах в сети с его помощью можно быстро регулировать поставляемую в сеть от машины активную мощность. В отличие от синхронной машины, можно независимо регулировать активную и реактивную мощность. Повышение устойчивости энергосистемы повышает эффективность использования сети, поскольку позволяет передавать большую мощность. Это описано в работе 1аи О. О)етйе е1. а1. 1и1едгайои о£ АйщйаЫе 8реей Нуйго МасЫиек ίη Ек1аЫ1кйей ЫеГСогкк, Ргос. о£ Нуйторо^ет ш!о Фе Ыех! Сеи1шу - III (Нуйторо^ет '99), Отипйеп, Аикйта, 1999, рр. 559-567. Еще одно преимущество асинхронных генераторов заключается в том, что эксплуатационная мощность преобразователя тока мала по сравнению с полной эксплуатационной мощностью машины и обычно на работающих электростанциях составляет 15-30%.An asynchronous generator can be used to increase the stability of the network, since with disturbances or faults in the network, it can quickly regulate the active power supplied to the network from the machine. Unlike the synchronous machine, it is possible to regulate the active and reactive power independently. Improving the sustainability of the power system increases the efficiency of network utilization, as it allows the transmission of more power. This is described in 1ai O. O) etye e1. a1. The United States of America by the United States of America Nuigo Masiyek ίη Ek1aY1kyyy YEGCogkk, Rgos. o £ nuytoro ^ et w! o Fe iH! Seišu - III (Nuytoro ^ et '99), Otypiep, Aikyta, 1999, pp. 559-567. Another advantage of asynchronous generators is that the operating power of the current transducer is small compared to the total operating power of the machine and usually at operating power plants is 15-30%.

Проблема, связанная с использованием современных асинхронных генераторов, заключа3 ется в том, что при возмущениях в работе энергосистемы преобразователь частоты, соединенный с энергосистемой, будет быстро отключен. Поэтому машина оказывается чувствительной в отношении отказов в энергосистеме. Это особенно справедливо, когда для части преобразователя, которая соединена с энергосистемой, требуется для переключения реактивная мощность, в особенности когда преобразователь является понижающим преобразователем частоты, где мощность в сети должна быть также высокосимметричной для фаз. В патентах США № 4812730 и 4870339 описаны различные способы управляемой стабилизации переменного напряжения в статоре машины при аварийном отсоединении соответствующей энергосистемы. Это абсолютно необходимо для сохранения намагничивания машины, чтобы ее можно было правильно фазировать при возобновлении подачи напряжения из энергосистемы.The problem with the use of modern asynchronous generators is that when disturbances occur in the operation of the power system, the frequency converter connected to the power system will be quickly disconnected. Therefore, the machine is sensitive to failures in the power system. This is especially true when the part of the converter that is connected to the power system requires reactive power for switching, especially when the converter is a down converter, where the power in the network must also be highly symmetrical for the phases. In US patent No. 4812730 and 4870339 described various ways of controlled stabilization of alternating voltage in the stator of the machine in case of emergency disconnection of the corresponding power system. It is absolutely necessary to preserve the magnetization of the machine so that it can be correctly phased when the supply voltage is restored from the power system.

Термин «гибкие системы передачи переменного тока» относится к нескольким различным узлам силовой электроники, которые используются для регулировки потока энергии и распределения напряжения в энергосистеме. Определение, данное Институтом инженеров по электротехнике и электронике (ΙΕΕΕ), гласит, что гибкие системы передачи переменного тока являются «системами передачи переменного тока, включающими силовые регуляторы на основе электроники и другие статические регуляторы, предназначенные для повышения управляемости и повышения энергетической пропускной способности».The term "flexible AC transmission systems" refers to several different power electronics nodes that are used to regulate the flow of energy and the distribution of voltage in a power system. The definition given by the Institute of Electrical and Electronics Engineers (ΙΕΕΕ) states that flexible AC transmission systems are "AC transmission systems that include electronic-based power regulators and other static regulators designed to increase controllability and increase energy throughput."

Упрощенно, компоненты гибких систем передачи переменного тока могут быть описаны как устройства, которые в большинстве случаев содержат мощные электронные вентильные элементы (тиристоры и транзисторы), предназначенные для быстрого и точного изменения напряжения, тока, полного сопротивления и/или фазового угла в точках соединений (узлах), с которыми связан этот компонент, или между ними. Поскольку введение этих компонентов позволяет управлять потоком энергии, они могут использоваться для увеличения пропускной способности энергетической системы между различными областями или точками. Кроме того, введение таких компонентов может уменьшить потери энергии при ее передаче в передающей системе за счет лучшего распределения потока энергии между различными путями передачи.Simplified, components of flexible AC transmission systems can be described as devices that in most cases contain powerful electronic valve elements (thyristors and transistors) designed to quickly and accurately change the voltage, current, impedance and / or phase angle at the connection points ( nodes) with which this component is connected, or between them. Since the introduction of these components allows you to control the flow of energy, they can be used to increase the capacity of the energy system between different areas or points. In addition, the introduction of such components can reduce energy losses during transmission in the transmission system due to a better distribution of energy flow between the various transmission paths.

Компоненты гибких систем передачи переменного тока могут быть связаны с энергосистемой с помощью параллельных соединений, последовательных соединений или комбинированного последовательно-параллельного соединения.Components of flexible AC transmission systems can be connected to the power system using parallel connections, serial connections, or a combined series-parallel connection.

Параллельно соединенные блоки, в основном, используются для ввода/вывода реактивной мощности, и компоненты силовой электроники при этом используются для быстрой регу лировки ввода/вывода реактивной мощности. Одним из примеров является статический компенсатор реактивной мощности, который состоит из параллельно включенных реакторов (катушек) и конденсаторов, где силовая электроника используется для управления выработкой/потреблением реактивной мощности в блоке. Это обычно осуществляют путем управления величиной тока через реакторы. Если желательна полная управляемость, то есть на ±100% мощности, в блоке статического компенсатора реактивной мощности, то узлы силовой электроники должны быть рассчитаны на полную реактивную мощность блока. Однако статический компенсатор реактивной мощности создает гармоники, и поэтому необходима фильтрация. Кроме того, способность статического компенсатора реактивной мощности вводить реактивный ток в энергосистему уменьшается с уменьшением напряжения, то есть тогда, когда потребность часто является максимальной. Однако «статический синхронный компенсатор» (8ТАТСОМ) лишен этого недостатка, поскольку параллельно соединенные конденсаторы и реакторы не являются частью схемы генерации/потребления реактивной мощности. Реактивная мощность генерируется непосредственно в силовых электронных вентильных элементах, и фактически блок работает как синхронный компенсатор без вращающейся массы и с контролируемой и ограниченной мощностью короткого замыкания. Однако вся реактивная мощность должна пройти через преобразователь тока, поэтому последний должен быть рассчитан на полную мощность.Parallel-connected units are mainly used for input / output of reactive power, and the components of power electronics are used to quickly regulate the input / output of reactive power. One example is a static reactive power compensator, which consists of parallel-connected reactors (coils) and capacitors, where power electronics are used to control the generation / consumption of reactive power in a unit. This is usually accomplished by controlling the amount of current through the reactors. If full controllability is desired, that is, at ± 100% of power, in a static reactive power compensator unit, then the power electronics nodes should be designed for the total reactive power of the unit. However, a static reactive power compensator creates harmonics, and therefore filtering is necessary. In addition, the ability of a static reactive power compensator to inject reactive current into a power system decreases with decreasing voltage, that is, when the need is often maximum. However, the “static synchronous compensator” (8TATSOM) does not have this drawback, since parallel-connected capacitors and reactors are not part of the reactive power generation / consumption circuit. Reactive power is generated directly in the power electronic valve elements, and in fact the unit operates as a synchronous compensator with no rotating mass and with controlled and limited short-circuit power. However, all reactive power must pass through the current converter, so the latter must be designed for full power.

Используемые при передаче мощности последовательно включенные элементы состоят, главным образом, из конденсаторов и, в основном, используются для компенсации реактивного сопротивления линии, уменьшая таким образом ее «электрическую длину». Последовательно включенный конденсатор вносит напряжение, которое по фазе сдвинуто на 90° относительно тока в линии. Амплитудой вносимого напряжения можно управлять, например, с помощью последовательного конденсатора, управляемого тиристором.The serially used elements used in power transmission consist mainly of capacitors and are mainly used to compensate for the line reactance, thus reducing its “electrical length”. A series-connected capacitor introduces a voltage that is shifted in phase by 90 ° relative to the current in the line. The amplitude of the applied voltage can be controlled, for example, using a series capacitor controlled by a thyristor.

Универсальный регулятор потока энергии состоит из двух преобразователей тока, один из которых подключен последовательно, а другой параллельно системе передачи. Поэтому универсальный регулятор потока энергии может регулировать реактивную мощность, которая может быть введена параллельно линии электропередачи, а также регулируемое напряжение, которое может быть введено последовательно, в результате чего можно управлять как амплитудой, так и фазой напряжения. Таким образом, универсальный регулятор потока энергии может одновременно и независимо управлять как активным, так и реактивным потоком энергии в линии электропередачи и, следовательно, объединяет функции управления мощностью и регулировки напряжения. Универсальный регулятор потока энергии является гибким инструментом для управления потоками энергии, но требует, однако, использования схем с дорогостоящими преобразователями тока.The universal energy flow regulator consists of two current transducers, one of which is connected in series, and the other parallel to the transmission system. Therefore, a universal energy flow regulator can regulate reactive power, which can be entered in parallel with the power line, as well as an adjustable voltage, which can be entered sequentially, as a result of which both amplitude and voltage phase can be controlled. Thus, the universal energy flow regulator can simultaneously and independently control both active and reactive energy flow in the transmission line and, therefore, combines the functions of power control and voltage regulation. The universal energy flow regulator is a flexible tool for managing energy flows, but requires, however, the use of circuits with expensive current transducers.

Гибкие системы передачи переменного тока являются очень динамичными, что позволяет использовать их для улучшения динамических характеристик энергосистемы. Кроме того, они способны компенсировать асимметрию, возникающую в процессе работы, например, когда напряжение разных фаз различно. Краткий обзор различных компонентов гибких систем передачи переменного тока и их использования, а также уровень современной техники дан в статье К. ОгипЬаит с1. а1. ГАСТ8 - ро\\'сгГи1 кук1с 1115 ίο г Дех1Ь1е ро\ссг Ιπιηκιηίκκίοη. АВВ КеУ1е^, Νο. 5,1999, рр. 4-17.Flexible AC transmission systems are very dynamic, which allows them to be used to improve the dynamic characteristics of the power system. In addition, they are able to compensate for the asymmetry that occurs during operation, for example, when the voltage of different phases is different. A brief overview of the various components of flexible AC transmission systems and their use, as well as the level of modern technology is given in the article by K. Ogypit C1. a1. GAST8 - ro \\ sgGi1 kuk1s 1115 ίο g Deh111 ro \ ssg Ιπιηκιηίκκίοη. ABB KeU1e ^, Νο. 5.1999, pp. 4-17.

Для всех компонентов гибких систем передачи переменного тока в общем случае справедливо то, что они традиционно не содержат никакого накопителя энергии, заслуживающего упоминания. Энергия, накопленная в конденсаторах и реакторах, очень ограничена по сравнению с рабочей мощностью блока, и поэтому эти элементы не могут вносить или забирать активную мощность из энергосистемы. Это можно реализовать, например, присоединяя источник энергии к статическому синхронному компенсатору со стороны выводов постоянного тока. На существующих экспериментальных электростанциях в качестве накопителей энергии используются или батареи (батарейный накопитель энергии - ВЕ8), или сверхпроводящие катушки (сверхпроводящий магнитный накопитель энергии - 8МЕ8). В статье Υ. Мйаш е1. а1. Аррйсайоп ο£ 8ирегсопбис11уе Мадие! Епегду 8ΐοгаде ΐο 1шргоуе Ро\усг 8ук1еш Эупат1с РегЮттапсе, 1ЕЕЕ Тгапкас1юп5 οп Ρο\\όγ 8у51етк, νοί. 3, Νο. 4, ШсетЬег 1988, рр. 1418-1425, показано, как можно использовать такой элемент для повышения устойчивости энергосистемы. Недостатки как батарейного накопителя энергии, так и сверхпроводящего магнитного накопителя энергии заключаются в том, что преобразователь тока должен быть рассчитан на полную мощность, а накопители энергии дороги, и в том, что некоторые типы батарей содержат тяжелые металлы и другие материалы, вредные для окружающей среды.For all components of flexible AC transmission systems, it is generally true that they traditionally contain no energy storage device worth mentioning. The energy stored in capacitors and reactors is very limited compared to the operating capacity of the unit, and therefore these elements cannot contribute or take active power from the grid. This can be realized, for example, by connecting the energy source to a static synchronous compensator on the side of the DC terminals. At existing experimental power plants, either batteries (energy storage battery — BE8) or superconducting coils (superconducting magnetic energy storage — 8ME8) are used as energy storage devices. In article Υ. Myash e1. a1. Arryssayop ο £ 8uregbis 11th Madie! Epegdu Georges шο 1шргое Ро \ усг 8ук1еш Эупат1с РегЮттапсе, 1ЕЕЕ Тгпкас1юп5 іп Ρο \\ όγ 8у51етк, νοί. 3, Νο. 4, Szetzieg 1988, pp. 1418-1425, it is shown how such an element can be used to increase the stability of a power system. The drawbacks of both the battery energy storage device and the superconducting magnetic energy storage device are that the current converter must be designed for full power, and the energy storage devices are expensive, and that some types of batteries contain heavy metals and other materials that are harmful to the environment. .

Для достижения желательного результата очень важным является размещение различных типов компенсаторов в энергосистеме. Для хорошей работы при стабилизации электромеханических колебаний реактивные компенсаторы параллельного типа нужно разместить между генераторами или группами генераторов, например, на равном электрическом расстоянии между этими двумя генераторами (или группами генераторов). Однако для улучшения баланса реактивной мощности в энергосистеме эти блоки следует разместить вблизи от областей с большой нагрузкой или внутри них. Для осуще ствления стабилизации параллельно соединенные блоки, которые способны регулировать активную мощность, например асинхронный генератор, должны быть установлены вблизи от других генераторов мощности.To achieve the desired result, the placement of various types of compensators in the power system is very important. For good performance when stabilizing electromechanical oscillations, parallel-type reactive compensators should be placed between generators or groups of generators, for example, at an equal electrical distance between these two generators (or groups of generators). However, in order to improve the balance of reactive power in the power system, these units should be placed close to or within areas of high load. To achieve stabilization, parallel-connected units that are capable of regulating active power, for example, an asynchronous generator, should be installed close to other power generators.

Для всех силовых электронных преобразователей обычно справедливо утверждение, что их способность к перегрузкам ограничена короткими «тепловыми» постоянными времени. Например, преобразователь тока может противостоять перегрузке лишь очень небольшое время. Поэтому преобразователь тока должен быть рассчитан на максимальную нагрузку по току и напряжению.For all power electronic converters, it is usually true that their overload capacity is limited by short “thermal” time constants. For example, a current converter can withstand overload for only a very short time. Therefore, the current converter must be rated for the maximum current and voltage load.

Энергосистема, значительная часть которой связана с энергией нетепловых станций, например гидроэлектростанций или ветроэлектрических станций, может испытывать большие сезонные или суточные изменения потока энергии. Таким образом, имеется потребность в стабилизаторах, которые могут компенсировать реактивную и/или активную мощность и, таким образом, использоваться в различных эксплуатационных условиях, имеющих место в энергосистеме.The power grid, much of which is related to the energy of non-thermal stations, such as hydroelectric power stations or wind power stations, may experience large seasonal or daily changes in energy flow. Thus, there is a need for stabilizers that can compensate for reactive and / or active power and, thus, be used in various operating conditions that occur in the power system.

Конкретный вариант выполнения вращающейся электрической машины, где высоковольтная обмотка статора выполнена на основе кабеля, описан в заявке ГСО 97/45919. При этом отпадает необходимость в использовании какого-либо трансформатора для подключения к высоковольтной сети. Машины со статорной обмоткой такого типа характеризуются тем, что плотность тока в статорных проводниках очень низка и охлаждение, по существу, происходит по пакету статора, при потенциале земли. При подходящем выборе площади и/или защиты обмоток ротора такая машина в течение некоторого времени - в течение десятков минут или даже нескольких часов - способна генерировать очень большую реактивную мощность. Конструкция защиты, где температура ротора ограничена с помощью реле, постоянно установленного в устройстве, описана в заявке ГСО 98/34312.A specific embodiment of the rotating electrical machine, where the high-voltage stator winding is made on the basis of a cable, is described in the application GSO 97/45919. In this case, there is no need to use any transformer to connect to the high-voltage network. Machines with a stator winding of this type are characterized by the fact that the current density in the stator conductors is very low and cooling essentially takes place over the stator packet, at ground potential. With a suitable choice of area and / or protection of the rotor windings, such a machine can generate very high reactive power for some time - for tens of minutes or even several hours. The protection design, where the rotor temperature is limited by a relay permanently installed in the device, is described in the GSO 98/34312 application.

Общей проблемой известных стабилизаторов является трудность создания достаточных запасов энергии. Стоимость и сложность конструкции стабилизаторов с большой емкостью очень велики, поэтому часто предпочитают использовать меньшие стабилизаторы, а в случае возникновения серьезных аварийных ситуаций отключать части энергосистемы. Другой общей проблемой известных стабилизаторов является невозможность их гибкого использования для компенсации как реактивной, так и активной мощности.A common problem with known stabilizers is the difficulty of creating sufficient reserves of energy. The cost and complexity of the design of high-capacity stabilizers are very high, so they often prefer to use smaller stabilizers, and in the event of a serious emergency, turn off parts of the power system. Another common problem of the known stabilizers is the impossibility of their flexible use to compensate for both reactive and active power.

Сущность изобретенияSummary of Invention

Таким образом, общей целью настоящего изобретения является создание таких стабилизаторов для энергетических систем, которые обладают способностью к большему накоплению энергии. Другой общей целью настоящего изо003265 бретения является создание стабилизаторов, которые меньше по размеру, проще и более универсальны, чем известные стабилизаторы.Thus, the general aim of the present invention is to create such stabilizers for energy systems that are capable of greater energy storage. Another common goal of the present invention is to create stabilizers that are smaller, simpler, and more versatile than known stabilizers.

Вышеупомянутые цели достигаются с помощью устройств и способов, изложенных в формуле изобретения. В общих чертах, изобретение относится к вращающемуся стабилизатору для энергетической системы, содержащему главную машину в виде асинхронной машины с фазным ротором. Для изменения количества запасенной энергии частоту вращения ротора можно менять. Стабилизатор для энергетической системы отличается тем, что статор главной машины соединен с энергосистемой, обмотка ротора главной машины соединена с преобразователем тока, а преобразователь тока забирает активную мощность из источника напряжения, который предпочтительно является независимым от энергосистемы. Предпочтительно, чтобы источник напряжения был образован вращающейся электрической регулирующей машиной, имеющей общий вал с асинхронной машиной. Преобразователь тока предназначен для управления и регулировки генерируемой/потребляемой реактивной мощности главной машины. Преобразователь тока регулирует ток в обмотке ротора, тем самым управляя намагничиванием и преобразованием мощности в машине. Предпочтительно, чтобы преобразователь тока был установлен на общем валу главной машины и регулирующей машины.The above objectives are achieved using the devices and methods set forth in the claims. In general terms, the invention relates to a rotating stabilizer for an energy system, comprising a main machine in the form of an asynchronous machine with a phase rotor. To change the amount of stored energy, the rotor speed can be changed. The stabilizer for the energy system is characterized in that the stator of the main machine is connected to the power system, the rotor winding of the main machine is connected to the current converter, and the current converter takes the active power from the voltage source, which is preferably independent of the power system. Preferably, the voltage source is formed by a rotating electrical regulating machine having a common shaft with an asynchronous machine. The current transducer is designed to control and adjust the generated / consumed reactive power of the main machine. A current transducer regulates the current in the rotor winding, thereby controlling the magnetization and power conversion in the machine. Preferably, the current transducer is mounted on a common shaft of the main machine and the regulating machine.

Для увеличения энергоаккумулирующей способности ротора вал стабилизатора энергетической системы может быть связан с маховиком. Стабилизатор энергетической системы, прежде всего, должен обеспечить затухание колебаний в электрических сетях в течение и после возмущений и, таким образом, повысить динамическую устойчивость системы, а поэтому он активно функционирует только в течение коротких промежутков времени. Стабилизатор энергетической системы, выполненный согласно настоящему изобретению, может испытывать перегрузку в течение именно таких малых промежутков времени, поэтому оказывается возможным сохранить низкой его номинальную мощность, а значит, и стоимость. Используя непосредственный контроль температуры в обмотках статора и/или ротора, можно временно осуществить перегрузку главной электрической машины при передаче больших мощностей, значительно превышающих номинальную мощность, без риска вызвать какие-либо повреждения в машине.To increase the energy storage capacity of the rotor, the shaft of the stabilizer of the energy system can be connected with a flywheel. The stabilizer of the energy system, first of all, must ensure the damping of oscillations in electrical networks during and after disturbances and, thus, increase the dynamic stability of the system, and therefore it is actively functioning only for short periods of time. The stabilizer of the energy system, made in accordance with the present invention, may experience an overload for precisely such small periods of time, therefore it is possible to keep its nominal power, and hence the cost, low. Using direct temperature control in the stator and / or rotor windings, it is possible to temporarily overload the main electric machine when transmitting large powers, which significantly exceed the rated power, without risk of causing any damage in the machine.

Стабилизатор энергетической системы может использоваться несколькими способами. Он может использоваться как параллельно подключенный элемент энергосистемы, где он во время возмущений и в аварийных ситуациях в энергосистеме осуществляет ее стабилизацию, поставляя/потребляя активную и реактивную мощность. Отбор/подача активной мощности осуществляется путем изменения частоты вращения ротора машины, в которой механическая энергия накоплена за счет момента инерции ротора. При нормальной работе вращающийся стабилизатор энергетической системы может осуществлять компенсацию реактивной мощности, и в этом случае он действует, главным образом, как вращающийся синхронный компенсатор. Кроме того, стабилизатор энергетической системы может использоваться как преобразователь мощности; в этом случае машина в дополнение к вышеописанным функциям осуществляет преобразование механической энергии в электрическую или электрической энергии в механическую путем соединения вала стабилизатора мощности с турбиной или с механической нагрузкой соответственно.The stabilizer of the energy system can be used in several ways. It can be used as a parallel-connected element of the power system, where, during disturbances and in emergency situations in the power system, it stabilizes by supplying / consuming active and reactive power. The selection / supply of active power is carried out by changing the rotational speed of the rotor of the machine, in which the mechanical energy is accumulated due to the moment of inertia of the rotor. In normal operation, the rotating stabilizer of the energy system can compensate for reactive power, in which case it acts mainly as a rotating synchronous compensator. In addition, the stabilizer of the energy system can be used as a power converter; In this case, the machine, in addition to the functions described above, converts mechanical energy into electrical or electrical energy into mechanical energy by connecting the shaft of the power stabilizer with a turbine or mechanical load, respectively.

Обычно стабилизатор энергетической системы вращается близко к синхронной частоте вращения. Таким образом, активная электрическая мощность, которая поступает из преобразователя тока в обмотку ротора/из обмотки ротора, составляет лишь малую часть активной электрической мощности, которую стабилизатор энергетической системы подает в энергосистему/получает из нее. Поэтому вращающаяся асинхронная машина образует усилитель активной мощности для преобразователя тока, связанного с ротором машины.Usually the stabilizer of the energy system rotates close to the synchronous frequency of rotation. Thus, the active electrical power that flows from the current transducer to the rotor winding / from the rotor winding is only a small part of the active electrical power that the power system stabilizer supplies / receives from the power system. Therefore, a rotating asynchronous machine forms an active power amplifier for a current transducer associated with the rotor of the machine.

Кроме того, изобретение относится к способу стабилизации энергетической системы, включающему в качестве основных операций передачу электрической мощности между линией электропередачи и главной вращающейся машиной и регулировку этой электрической мощности путем изменения частоты вращения главной машины.In addition, the invention relates to a method for stabilizing an energy system, including as basic operations the transmission of electrical power between a power line and a main rotating machine and the adjustment of this electrical power by changing the rotational speed of the main machine.

Устройство и способ согласно настоящему изобретению обладают множеством преимуществ. Вращающийся стабилизатор, в отличие от статических компенсаторов, имеет большой накопитель энергии в виде вращающегося вала, причем этот накопитель может использоваться для кратковременного приема и подачи активной мощности для обеспечения затухания колебаний мощности в энергосистеме. При кратковременной перегрузке машины ее параметры могут быть существенно лучше. Накопитель энергии может быть усовершенствован за счет использования маховика, что, однако, ведет к увеличению стоимости. В отличие от известных вращающихся компенсаторов, предложенный вращающийся стабилизатор может осуществлять компенсацию при возникновении асимметрии (система минусовой последовательности). При использовании в качестве реактивного компенсатора параллельного типа машина может выдерживать значительную перегрузку по реактивной мощности в пределах ограниченного времени, например 5-60 мин, причем допустимые пределы изменения температуры изоляции можно использовать для управления, изме9 ряя температуру обмотки ротора и/или статора. Кроме того, машина с высоковольтной кабельной обмоткой характеризуется большей тепловой постоянной времени, т.е. период времени, когда машина не находится в тепловом равновесии, возрастает. В течение этого периода нагрузка может быть еще более увеличена. Способность выдерживать перегрузку приводит к тому, что номинальную мощность машины можно снизить. Внутренней ЭДС вращающегося стабилизатора в принципе можно управлять даже при отказах в энергосистеме до тех пор, пока регулирующая машина может поставлять энергию в преобразователь тока. Таким образом, в машине может быть осуществлен управляемый ввод активной и/или реактивной мощности в течение кратковременных отказов в энергосистеме. Таким образом, машина характеризуется управляемой мощностью короткого замыкания. Конструкция роторной обмотки может предусматривать частотно-зависимое сопротивление, чтобы увеличить способность машины противостоять большим возмущениям в сети. Например, в отличие от статических компенсаторов, машина может использоваться на электростанции в качестве комбинированного преобразователя и компенсатора для гашения колебаний, связанных как с электрическими сетями, так и с водными потоками.The device and method of the present invention have many advantages. Rotating stabilizer, in contrast to static compensators, has a large energy storage device in the form of a rotating shaft, and this storage device can be used for short-term reception and supply of active power to ensure the attenuation of power fluctuations in the power system. With a brief overload of the machine, its parameters can be significantly better. Energy storage can be improved by using a flywheel, which, however, leads to an increase in cost. In contrast to the known rotating compensators, the proposed rotating stabilizer can compensate when an asymmetry occurs (negative sequence system). When used as a reactive compensator of a parallel type, the machine can withstand a significant overload of reactive power within a limited time, for example, 5-60 minutes, and the allowable limits of variation of the insulation temperature can be used to control by measuring the temperature of the rotor and / or stator windings. In addition, a machine with a high-voltage cable winding is characterized by a higher thermal time constant, i.e. the period of time when the machine is not in thermal equilibrium increases. During this period, the load can be further increased. The ability to withstand overload leads to the fact that the rated power of the machine can be reduced. The internal emf of a rotating stabilizer can, in principle, be controlled even in case of power failures, as long as the regulating machine can supply energy to the current converter. Thus, the machine can be controlled input of active and / or reactive power during short-term failures in the power system. Thus, the machine is characterized by a controlled short-circuit power. The rotor winding design may provide for frequency-dependent resistance in order to increase the ability of the machine to withstand large disturbances in the network. For example, unlike static compensators, a machine can be used at a power station as a combined transducer and compensator for damping vibrations associated with both electrical networks and water flows.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Другие цели и преимущества изобретения будут более понятны из последующего описания со ссылками на сопровождающие чертежи, где на фиг. 1а схематично иллюстрируется стабилизатор энергетической системы, выполненный согласно настоящему изобретению и содержащий трансформатор, но без соединения с движущей машиной или нагрузкой;Other objects and advantages of the invention will be better understood from the following description with reference to the accompanying drawings, where FIG. 1a schematically illustrates an energy system stabilizer made in accordance with the present invention and comprising a transformer, but without connection with a driving machine or load;

на фиг. 1Ь схематично иллюстрируется стабилизатор энергетической системы, выполненный согласно настоящему изобретению и содержащий высоковольтные кабельные обмотки, но без соединения с движущей машиной или нагрузкой;in fig. 1b schematically illustrates an energy system stabilizer made in accordance with the present invention and containing high-voltage cable windings, but without connection to a driving machine or load;

на фиг. 2а схематично иллюстрируется стабилизатор энергетической системы, выполненный согласно настоящему изобретению, содержащий трансформатор и соединенный с движущей машиной или нагрузкой;in fig. 2a schematically illustrates an energy system stabilizer made in accordance with the present invention, comprising a transformer and connected to a driving machine or load;

на фиг. 2Ь схематично иллюстрируется стабилизатор энергетической системы, выполненный согласно настоящему изобретению, содержащий высоковольтные кабельные обмотки и соединенный с движущей машиной или нагрузкой;in fig. 2b schematically illustrates an energy system stabilizer made in accordance with the present invention, comprising high-voltage cable windings and connected to a driving machine or load;

на фиг. 3 схематично иллюстрируется первый вариант выполнения стабилизатора согласно настоящему изобретению, содержащего бесщеточную главную машину;in fig. 3 schematically illustrates a first embodiment of a stabilizer according to the present invention comprising a brushless host machine;

на фиг. 4 схематично иллюстрируется первый вариант выполнения стабилизатора соглас но настоящему изобретению, содержащего главную машину со щетками;in fig. 4 schematically illustrates a first embodiment of a stabilizer according to the present invention comprising a main machine with brushes;

на фиг. 5а показана эквивалентная схема одной фазы главной машины, изображенной на фиг.3;in fig. 5a shows the equivalent circuit of one phase of the main machine shown in FIG. 3;

на фиг. 5Ь показана преобразованная эквивалентная схема, соответствующая схеме, изображенной на фиг. 5а;in fig. 5b shows the converted equivalent circuit corresponding to the circuit shown in FIG. 5a;

на фиг. 6 показана векторная диаграмма рабочей ситуации, когда стабилизатор, выполненный согласно настоящему изобретению, работает в качестве синхронного компенсатора в стационарном режиме;in fig. 6 shows a vector diagram of the operating situation when a stabilizer made in accordance with the present invention operates as a synchronous compensator in a stationary mode;

на фиг. 7 показано положение потока статора относительно осей намотки статорной и роторной обмоток;in fig. 7 shows the position of the stator flow relative to the winding axes of the stator and rotor windings;

на фиг. 8 показана блок-схема управления стабилизатором в системе, ориентированной на поток статора, в которой преобразователь тока соединен с ротором главной машины;in fig. 8 shows a block diagram of the stabilizer control in a stator-oriented system in which the current converter is connected to the rotor of the main machine;

на фиг. 9а показан график колебаний мощности между стабилизатором энергетической системы, выполненным согласно настоящему изобретению, и энергосистемой;in fig. 9a is a graph of power fluctuations between a power system stabilizer made in accordance with the present invention and a power system;

на фиг. 9Ь показан график отклонений частоты вращения, возникающих в стабилизаторе, выполненном согласно настоящему изобретению, при колебаниях мощности, изображенных на фиг. 9а;in fig. 9B is a plot of rotational frequency deviations occurring in a stabilizer made in accordance with the present invention with power fluctuations shown in FIG. 9a;

на фиг. 10 показан график непериодических колебаний мощности между стабилизатором энергетической системы, выполненным согласно настоящему изобретению, и энергосистемой;in fig. 10 shows a graph of non-periodic power fluctuations between the stabilizer of the energy system, made in accordance with the present invention, and the power system;

на фиг. 11 схематично иллюстрируется энергосистема с одним участком производства электроэнергии и одним нагрузочным участком;in fig. 11 schematically illustrates a power system with a single power generation site and a single load site;

фиг. 12 схематично иллюстрируется энергосистема с двумя участками производства электроэнергии и одним нагрузочным участком, где стабилизатор соединен с одним из участков производства электроэнергии;FIG. 12 schematically illustrates a power system with two sections of electricity generation and one load section, where the stabilizer is connected to one of the electricity generation sections;

на фиг. 13 схематично иллюстрируется энергосистема с двумя участками производства электроэнергии и одним нагрузочным участком, где стабилизатор энергетической системы соединен с нагрузочным участком;in fig. 13 schematically illustrates a power system with two sections of electricity production and one load section, where the stabilizer of the energy system is connected to the load section;

на фиг. 14 показано, как система стабилизации напряжения и мощности, изображенная на фиг. 8, может быть расширена для осуществления управления активной и реактивной мощностью; и на фиг. 15 показана последовательность операций для способа стабилизации согласно настоящему изобретению.in fig. 14 shows how the voltage and power stabilization system shown in FIG. 8 may be extended to perform active and reactive power control; and in FIG. 15 shows the sequence of operations for the stabilization method according to the present invention.

Подробное описаниеDetailed description

Как сказано выше, предпочтительный вариант выполнения изобретения представляет собой стабилизатор для энергетической системы, выполненный в виде вращающейся электрической машины (главная машина), где обмотка статора подключена параллельно энерго11 системе. Обмотка ротора представляет собой многофазную обмотку переменного тока, питаемую от преобразователя тока. Кроме того, преобразователь тока соединен еще с одной вращающейся машиной (регулирующей машиной), установленной на одном валу с главной машиной.As mentioned above, the preferred embodiment of the invention is a stabilizer for an energy system, made in the form of a rotating electric machine (main machine), where the stator winding is connected in parallel to the energy system. The rotor winding is a multi-phase AC winding, powered by a current transducer. In addition, the current transducer is connected to another rotating machine (regulating machine) mounted on the same shaft with the main machine.

Вначале будет кратко описано, как стабилизатор соединен с энергосистемой и какими мощностями можно управлять для стабилизации энергосистемы. Далее описаны энергонесущие части вращающегося стабилизатора, то есть статор и ротор главной машины и регулирующей машины, а также преобразователь тока, который включен между регулирующей машиной и обмоткой ротора главной машины. Затем описаны способы управления стабилизатором и способы контроля его работы и их реализация с помощью датчиков и блоков цифрового управления, установленных в роторе и/или статоре машины. В заключении более подробно описаны способы приведения стабилизатора в действие и использования его в энергосистеме.First, it will be briefly described how the stabilizer is connected to the power grid and what powers can be controlled to stabilize the power grid. The following describes the energy-carrying parts of the rotating stabilizer, that is, the stator and rotor of the main machine and the regulating machine, as well as a current transducer that is connected between the regulating machine and the rotor winding of the main machine. Then, the stabilizer control methods and control methods of its operation and their implementation using sensors and digital control units installed in the rotor and / or the stator of the machine are described. In conclusion, the methods for actuating the stabilizer and using it in the power system are described in more detail.

Машины переменного тока обычно предназначены для преобразования мощности, то есть они работают либо как двигатели, либо как генераторы. В этих случаях вал машины связан с механической нагрузкой или движущей машиной.AC machines are usually designed to convert power, that is, they work either as motors or as generators. In these cases, the shaft of the machine is associated with a mechanical load or a driving machine.

Как показано на фиг. 1а согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения главная машина стабилизатора энергетической системы, в принципе, является асинхронной машиной 2, в которой обмотка статора является 3-фазной обмоткой переменного тока, соединенной с энергосистемой 1 через трансформатор 3 и соединительное средство 4. На фиг. 1а главная машина не соединена с какой-либо движущей машиной («первичным двигателем») или механической нагрузкой, и, следовательно, ее возможный обмен мощностью с энергосистемой состоит из следующих составляющих.As shown in FIG. 1a according to the first embodiment of the present invention, the main machine of an energy system stabilizer is, in principle, an asynchronous machine 2, in which the stator winding is a 3-phase alternating current winding connected to the power system 1 via a transformer 3 and connecting means 4. FIG. 1a, the main machine is not connected to any driving machine (“primary engine”) or mechanical load, and, consequently, its possible exchange of power with the power system consists of the following components.

О: Стабилизатор может в стационарном режиме поставлять реактивную мощность в энергосистему или потреблять ее из энергосистемы. Эта величина может быстро изменяться от стационарной величины 01 к новой стационарной величине 02. Максимальная мощность определяется стационарными тепловыми ограничениями для главной машины.A: The stabilizer can, in a stationary mode, supply reactive power to the grid or consume it from the grid. This value can quickly change from a stationary value 01 to a new stationary value 02. The maximum power is determined by the stationary thermal limitations for the main machine.

АО: Эта величина отражает возможность стабилизатора в условиях возмущения в работе или отказа в течение ограниченного времени поставлять/поглощать реактивную мощность, которая может превышать стационарное значение, допускаемое тепловыми ограничениями. Подробнее это рассмотрено ниже.AO: This value reflects the possibility of a stabilizer under conditions of disturbance in operation or failure for a limited time to supply / absorb reactive power, which may exceed the stationary value allowed by thermal limitations. This is discussed in more detail below.

АР: Эта величина отражает возможность машины в течение ограниченного времени поставлять/поглощать активную мощность, которая отличается от мощности на валу, путем из менения частоты вращения вала. В этом случае энергия может быть отобрана от вращающейся массы путем уменьшения частоты вращения или добавлена к вращающейся массе путем увеличения частоты вращения. Подробнее это рассмотрено ниже.AR: This value reflects the ability of the machine for a limited time to supply / absorb active power, which differs from the power on the shaft, by changing the shaft rotation frequency. In this case, the energy can be taken from the rotating mass by reducing the rotational speed or added to the rotating mass by increasing the rotational speed. This is discussed in more detail below.

В варианте выполнения изобретения, изображенном на фиг. 1Ь, главная машина стабилизатора энергетической системы является асинхронной машиной 2', у которой обмотка статора представляет собой обмотку из высоковольтного кабеля. В этом случае обмотка через соединительное средство 4 непосредственно связана с энергосистемой, без использования переходного трансформатора. На фиг. 1Ь главная машина также не связана с какой-либо движущей машиной («первичным двигателем») или с механической нагрузкой, и поэтому ее возможный энергетический обмен с энергосистемой аналогичен описанному выше в связи с фиг. 1а.In the embodiment of the invention shown in FIG. 1b, the main machine of an energy system stabilizer is an asynchronous machine 2 ', in which the stator winding is a winding of a high-voltage cable. In this case, the winding through the connecting means 4 is directly connected to the power grid, without using a transition transformer. FIG. 1b the main machine is also not connected with any driving machine ("prime mover") or with mechanical load, and therefore its possible energy exchange with the power system is similar to that described above in connection with FIG. 1a

Как показано на фиг. 2а, стабилизатор может быть соединен с нагрузкой или движущей машиной 5. Движущая машина поставляет механическую энергию валу («первичный двигатель»). Наоборот, механическая нагрузка отбирает механическую энергию от вала стабилизатора. Движущая машина может представлять собой, например, турбину (водяную, паровую или газовую турбину), двигатель внутреннего сгорания (поршневой двигатель или двигатель Стирлинга) или электрический двигатель. Механической нагрузкой может быть насос, электрический генератор или тормоз. Если такая машина связана с валом стабилизатора, она способна, отдельно от ранее упомянутых величин, стационарно поставлять или получать активную мощность из энергосистемы, то есть работать в качестве генератора или двигателя.As shown in FIG. 2a, the stabilizer may be connected to a load or a driving machine 5. A driving machine supplies mechanical energy to the shaft (“prime mover”). On the contrary, the mechanical load takes the mechanical energy from the shaft of the stabilizer. The driving machine may be, for example, a turbine (water, steam or gas turbine), an internal combustion engine (a piston engine or a Stirling engine) or an electric engine. The mechanical load may be a pump, an electric generator or a brake. If such a machine is connected to the stabilizer shaft, it is able, separately from the previously mentioned quantities, to permanently supply or receive active power from the power system, that is, to operate as a generator or engine.

На фиг. 2Ь показана асинхронная машина с обмоткой из высоковольтного кабеля, связанная с нагрузкой или движущей машиной 5. Такая конструкция, так же как и вышеописанная, позволяет поставлять активную мощность в энергосистему или потреблять эту мощность из нее.FIG. 2b shows an asynchronous machine with a high-voltage cable winding associated with a load or a driving machine 5. This design, like the one described above, makes it possible to supply active power to the power system or to consume this power from it.

На фиг. 3 показан один из вариантов выполнения стабилизатора энергетической системы согласно настоящему изобретению. Здесь главная машина 2 представляет собой асинхронную машину с фазным ротором 10. Статор 12 главной машины имеет 3-фазную обмотку 14, соединенную через трансформатор 3 с энергосистемой. В принципе, обмотка 16 ротора может иметь несколько фаз: две и более. Синхронная частота вращения, которая задается 3-фазной обмоткой 14 в статоре 12, определяется частотой энергосистемы и количеством полюсов обмотки 14. Частота вращения ротора 10 может изменяться относительно этой частоты при протекании переменного тока в обмотке 16 ротора главной машины 2. Этот ток подается из преобразователя 18 тока. Частота этого тока определяется разностью между синхронной частотой вращения и частотой вращения ротора, а также количеством полюсов в машине. Регулирующая машина 20 установлена на том же общем валу 22. В этом примере регулирующая машина 20 представляет собой синхронную машину, в которой якорная обмотка 24 расположена в роторе 26. Поэтому вращающийся в том же направлении преобразователь 18 тока может передавать энергию между ротором 26 регулирующей машины и ротором 10 главной машины. Когда главная машина 2 вращается с синхронной скоростью, вся электроэнергия в статоре преобразуется в механическую энергию в роторе (если пренебречь потерями). Поэтому в этом случае в обмотку 16 ротора никакой активной электрической мощности не подается. Когда машина 2 вращается асинхронно, некоторая часть мощности статора 12 за счет индукции, связанной с изменением скорости вращения, будет передана из обмотки 16 ротора. Поэтому эта электрическая энергия должна быть подана в обмотку 16 ротора из преобразователя 18 тока. Таким образом, преобразователь 18 тока обеспечивает намагничивание главной машины 2 и подачу/получение регулирующей мощности (активная мощность) в обмотку/из обмотки 16 ротора, в главную машину 2/из главной машины 2. Задача регулирующей машины 20 заключается в функционировании в качестве источника напряжения для преобразователя 18 тока, чтобы намагнитить главную машину 2 и преобразовать регулирующую энергию в механическую энергию на общем валу 22; при этом она поочередно работает как двигатель или генератор. В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения регулирующая машина 20 действует как синхронная машина. Регулирующая машина 20 может иметь иное количество полюсов, чем главная машина 2, так что частота в ней может быть выше. Регулирующая машина 20 обеспечивает питание постоянным током обмоток 34 возбуждения в статоре 28. При нормальной работе их питание происходит через выпрямитель 42, соединенный с теми же трехфазными линиями, что и обмотки 14 статора главной машины, через трансформатор 44. При падении напряжения в энергосистеме, с которой имеется соединение, или при других перебоях в работе энергосистемы обмотка возбуждения регулирующей машины может получать питание от резервной батареи 65 или же регулирующая машина может иметь постоянные магниты. В первом случае преобразователь будет выполнять роль источника бесперебойного питания (ЛРЗ).FIG. 3 shows one embodiment of an energy system stabilizer according to the present invention. Here, the main machine 2 is an asynchronous machine with a phase rotor 10. The stator 12 of the main machine has a 3-phase winding 14 connected via a transformer 3 to the power grid. In principle, the rotor winding 16 may have several phases: two or more. The synchronous rotation frequency, which is set by the 3-phase winding 14 in the stator 12, is determined by the frequency of the power system and the number of poles of the winding 14. The rotational speed of the rotor 10 can vary relative to this frequency when alternating current flows in the winding 16 of the rotor of the main machine 2. This current is supplied from the converter 18 current. The frequency of this current is determined by the difference between the synchronous frequency of rotation and the frequency of rotation of the rotor, as well as the number of poles in the machine. The regulating machine 20 is mounted on the same common shaft 22. In this example, the regulating machine 20 is a synchronous machine in which the armature winding 24 is located in the rotor 26. Therefore, the current converter 18 rotating in the same direction can transfer energy between the rotor 26 of the regulating machine and the rotor 10 of the main machine. When the main machine 2 rotates at a synchronous speed, all the electricity in the stator is converted into mechanical energy in the rotor (if losses are neglected). Therefore, in this case no active electrical power is supplied to the rotor winding 16. When the machine 2 rotates asynchronously, some of the power of the stator 12 due to induction associated with a change in the rotational speed will be transferred from the winding 16 of the rotor. Therefore, this electrical energy must be supplied to the winding 16 of the rotor from the current converter 18. Thus, the current converter 18 provides for magnetization of the main machine 2 and supply / receipt of regulating power (active power) to the winding / from the rotor winding 16 to the main machine 2 / from the main machine 2. The task of the regulating machine 20 is to function as a voltage source for the current converter 18 to magnetize the host machine 2 and convert the regulating energy into mechanical energy on the common shaft 22; while it alternately works as an engine or generator. In a preferred embodiment of the present invention, the regulating machine 20 acts as a synchronous machine. The regulating machine 20 may have a different number of poles than the main machine 2, so that the frequency in it may be higher. The regulating machine 20 provides DC power to the excitation windings 34 in the stator 28. In normal operation, they are powered through a rectifier 42 connected to the same three-phase lines as the stator windings 14 of the main machine through a transformer 44. When the voltage drops in the power system, which is connected, or when other interruptions in the operation of the power system, the excitation winding of the regulating machine can be powered by the backup battery 65 or the regulating machine can have permanent magnets. In the first case, the converter will perform the role of uninterruptible power supply (LRZ).

На фиг. 5а показана эквивалентная схема одной фазы главной машины. В данном примере активным сопротивлением обмоток ротора и статора пренебрегаем. Хм обозначает реактивное сопротивление намагничивания, Хъз - реактивное сопротивление утечки обмотки статора и Х|,1< - реактивное сопротивление утечки обмотки ротора. 1м обозначает ток намагничивания, 1з ток через обмотки статора и 1к - ток через обмотки ротора, 8 обозначает проскальзывание ротора относительно синхронной частоты вращения статорного потока. Статор показан как генератор, а ротор - как двигатель.FIG. 5a shows the equivalent circuit of a single phase of the main machine. In this example, the active resistance of the rotor and stator windings is neglected. X m denotes the magnetization reactance, X ъ - the leakage reactance of the stator winding and X |, 1 <- the leakage reactance of the rotor winding. 1 m indicates the magnetizing current, 1 h current through the stator windings and 1 to the current through the rotor windings, 8 indicates the rotor slip relative to the synchronous frequency of rotation of the stator flow. The stator is shown as a generator and the rotor as an engine.

В нормальном режиме стабилизатор энергетической системы вращается с частотой, которая близка к синхронной. Из эквивалентной схемы видно, что напряжение в обмотке ротора мало, поскольку проскальзывание 8 очень мало. Если стабилизатор приводится во вращение с частотой, лежащей в пределах диапазона частот, например ±10% от синхронной, доля активной мощности, которая должна быть подана в обмотку 16 ротора, не превысит 10% от мощности главной машины. Это означает, что мощность, подаваемая в преобразователь тока, мала относительно полной мощности главной машины (и, таким образом, стабилизатора). Кроме того, преобразователь тока должен обеспечивать намагничивание главной машины стабилизатора, а это означает, что мощность преобразователя тока должна быть несколько выше. Поэтому мощность регулирующей машины определяется максимальной мощностью регулирования и необходимой реактивной мощностью преобразователя тока.In normal mode, the stabilizer of the energy system rotates at a frequency that is close to synchronous. From the equivalent circuit it can be seen that the voltage in the rotor winding is small, since the slip 8 is very small. If the stabilizer is driven into rotation with a frequency lying within the frequency range, for example ± 10% of synchronous, the fraction of active power that must be fed to the winding 16 of the rotor will not exceed 10% of the power of the main machine. This means that the power supplied to the current converter is small relative to the total power of the main machine (and thus the stabilizer). In addition, the current transducer should provide magnetization of the main machine of the stabilizer, which means that the power of the current transducer should be slightly higher. Therefore, the power of the regulating machine is determined by the maximum control power and the required reactive power of the current converter.

На фиг. 4 показан альтернативный вариант выполнения настоящего изобретения. В основном, он сходен с ранее описанным вариантом выполнения, поэтому описание общих частей опущено. В этом варианте выполнения якорная обмотка 24' регулирующей машины 20' находится в статоре 28. Преобразователь 18' тока является стационарным и соединен с обмоткой 16 ротора главной машины 2 посредством щеток 30 и контактных колец 32. Соответственно обмотка 36 возбуждения регулирующей машины 20 находится в роторе 26 и получает ток из выпрямителя посредством щеток 38 и контактных колец 40.FIG. 4 shows an alternative embodiment of the present invention. Basically, it is similar to the previously described embodiment, so the description of the common parts is omitted. In this embodiment, the armature winding 24 'of the regulating machine 20' is located in the stator 28. The current converter 18 'is stationary and is connected to the rotor winding 16 of the main machine 2 by means of brushes 30 and slip rings 32. Accordingly, the excitation winding 36 of the regulating machine 20 is located in the rotor 26 and receives current from the rectifier via brushes 38 and slip rings 40.

На фиг. 5Ь показана преобразованная эквивалентная схема асинхронной машины с фазным ротором, где Хм обозначает сопротивление намагничивания, Хъз - сопротивление утечки обмотки статора и Хи< - сопротивление утечки обмотки ротора. Их сумма составляет реактивное сопротивление обмотки статора и обозначена ХА. Амплитуда и фаза тока С ротора относится к статорной стороне машины.FIG. 5b shows a converted equivalent circuit diagram of an asynchronous machine with wound rotor, wherein X m denotes the resistance of the magnetization, X z - leakage resistance and the stator winding and X <- leakage resistance of the rotor winding. Their sum is the reactance of the stator winding and X denotes A. The amplitude and phase of the current C of the rotor refers to the stator side of the machine.

На фиг. 6 показана векторная диаграмма рабочей ситуации, когда стабилизатор функционирует как синхронный компенсатор в стационарном режиме. С валом не связаны никакие механические движущие машины или нагрузки. В этом случае предел максимально выдаваемой стационарной реактивной мощности обычно определяется тепловой нагрузкой в роторе. Поэтому основные габаритные размеры машины обычно определяются потребностью в создании необходимой магнитодвижущей силы в роторе.FIG. 6 shows a vector diagram of the operating situation when the stabilizer functions as a synchronous compensator in the stationary mode. No mechanical driving machines or loads are connected to the shaft. In this case, the limit of the maximum delivered stationary reactive power is usually determined by the heat load in the rotor. Therefore, the main dimensions of the machine are usually determined by the need to create the necessary magnetomotive force in the rotor.

Если стабилизатор работает как компенсатор реактивной мощности, выражение для тока ротора может быть получено из фиг. 5Ь:If the stabilizer works as a reactive power compensator, the expression for the rotor current can be obtained from FIG. 5b:

я γ их' лм лм I γ of 'l m l m

Из этого выражения следует, что потребность в намагничивании (ток ротора 1К) тем меньше, чем больше сопротивление Хм намаг ничивания. Исходя из этого, машина должна иметь большое сопротивление намагничивания при малом реактивном сопротивлении статора. Понятно, что по сравнению с известным син хронным компенсатором, выполненным на основе известной синхронной машины, потребность в магнитодвижущей силе становится меньше, чем обычно требуется в известной синхронной машине. Помимо прочего, это зависит от требований к устойчивости при возмущениях в энергосистеме. Поскольку посредством преобразователя 18 тока, соединенного с обмоткой 16 ротора, можно управлять током ротора по амплитуде и фазе, поток через ротор и статор в такой машине не станет асинхронным. Поэтому в такой машине не происходит потери синхронизации, как в известной синхронной машине, и требования к стабильности могут быть снижены, что, таким образом, снижает потребность в магнитодвижущей силе в роторе по сравнению с известным синхронным компенсатором. Это означает, что стабилизатор для компенсации реактивной мощности в стационарном режиме можно изготавливать меньших размеров по сравнению с известной синхронной машиной. Это следует из того, что именно ротор опреде ляет размеры машины, а потери в роторе можно уменьшить путем уменьшения плотности тока в обмотке ротора.From this expression it follows that the need for magnetization (rotor current of 1 K ) is the smaller, the greater the resistance X m of magnetization. On this basis, the machine must have a high magnetization resistance with a small stator reactance. It is clear that, compared with the known synchronous compensator, made on the basis of a known synchronous machine, the need for a magnetomotive force becomes less than is usually required in a known synchronous machine. Among other things, it depends on the requirements for stability in case of disturbances in the power system. Since the current converter 18 connected to the rotor winding 16 can control the rotor current in amplitude and phase, the flow through the rotor and stator in such a machine will not become asynchronous. Therefore, in such a machine, no synchronization loss occurs, as in a known synchronous machine, and stability requirements can be reduced, thus reducing the need for a magnetomotive force in the rotor compared to the known synchronous compensator. This means that the stabilizer for compensating reactive power in stationary mode can be made smaller in comparison with the known synchronous machine. This follows from the fact that it is the rotor that determines the size of the machine, and the losses in the rotor can be reduced by reducing the current density in the rotor winding.

Неисправности в энергосистеме, например короткое замыкание или замыкание на землю, обычно приводят к нарушению работы энергосистемы. При неисправности токи в энергосистеме возрастают, а напряжения падают. Наибольшие изменения происходят вблизи места неисправности. Во время такой неисправности происходит изменение баланса вращающего момента в синхронных машинах в энергосисте ме, поскольку изменяется момент электрической нагрузки, в то время как механический момент приблизительно остается неизменным. Переходные процессы в энергосистеме очень сложны, поэтому, например, может быть жела тельным, пока сохраняется неисправность, подать в сеть реактивную мощность, чтобы сохранить наилучший баланс вращающего момента. В других случаях это нежелательно, поскольку токи в месте неисправности станут слишком большими. В этом случае можно, наоборот, потребовать ограничения как активной, так и реактивной мощности (тока), подаваемой к месту неисправности. Так как преобразователь 18 тока, показанный на фиг. 3, питается от регулирующей машины 20, неисправность не окажет влияния на подачу тока в преобразователь 18 тока. Поэтому преобразователь 18 тока может сам, пока продолжается состояние неисправности в энергосистеме, питать обмотку 16 ротора желательными током и напряжением. Таким образом, при продолжении состояния неисправности можно управлять входной реактивной мощностью, поступающей от стабилизатора.Malfunctions in the power system, such as a short circuit or a ground fault, usually lead to a malfunction of the power system. In the event of a fault, the currents in the power system increase, and the voltages drop. The greatest changes occur near the location of the fault. During such a failure, the torque balance in the synchronous machines changes in the energy system, since the moment of the electrical load changes, while the mechanical moment remains approximately unchanged. Transients in the power system are very complex, so, for example, it may be desirable, while the malfunction persists, to supply reactive power to the network in order to maintain the best balance of torque. In other cases, this is undesirable because the currents in the location of the fault will become too large. In this case, it is possible, on the contrary, to require the limitation of both active and reactive power (current) supplied to the fault site. Since the current converter 18 shown in FIG. 3, powered by the regulating machine 20, the fault will not affect the current supply to the current converter 18. Therefore, the current converter 18 can, while the fault condition in the power system continues, supply the rotor winding 16 with the desired current and voltage. Thus, if the fault condition continues, the input reactive power from the stabilizer can be controlled.

Как сказано выше, в известном асинхронном генераторе при слишком сильном падении напряжения в энергосистеме и/или при слишком большой асимметрии преобразователь тока произведет отключение. Напротив, в стабилизаторе, выполненном согласно изобретению, в течение всего времени сохранения неисправности мощность короткого замыкания является управляемой. Кроме того, в известном синхронном компенсаторе можно лишь управлять током короткого замыкания, после чего переходный процесс придет к своему завершению. Кроме того, динамика управления синхронной машиной ограничена из-за большой постоянной времени обмотки возбуждения. Сочетание напряжения обмотки возбуждения и внутреннего напряжения машины можно рассматривать как систему первого порядка с характерной постоянной времени. Эта постоянная времени является переходным реактивным сопротивлением машины при разомкнутых полюсах статора и, по существу, определяется обмоткой возбуждения. В литературе она обозначается как Т’а0. Для больших синхронных машин ее величина составляет 1-8 с. Так как главная машина во вращающемся стабилизаторе представляет собой асинхронную машину, обмотка ротора представляет собой обмотку переменного тока в отличие от синхронной машины. Она обладает большей постоянной времени и помимо изменения амплитуды тока допускает и изменение его фазы.As mentioned above, in a known asynchronous generator, if the voltage in the power system is too high and / or if the asymmetry is too large, the current converter will shut down. On the contrary, in a stabilizer made in accordance with the invention, the short-circuit power is controlled during the entire time the fault is maintained. In addition, in the well-known synchronous compensator, you can only control the short-circuit current, after which the transition process will come to an end. In addition, the dynamics of the synchronous machine control is limited due to the large time constant of the excitation winding. The combination of the voltage of the excitation winding and the internal voltage of the machine can be considered as a first-order system with a characteristic time constant. This time constant is the transient reactance of the machine when the stator poles are open and is essentially determined by the excitation winding. In the literature, it is referred to as T ' a0 . For large synchronous machines, its value is 1-8 s. Since the main machine in a rotating stabilizer is an asynchronous machine, the rotor winding is an alternating current winding, unlike a synchronous machine. It has a greater time constant and, in addition to changing the amplitude of the current, allows for a change in its phase.

Для дополнительного увеличения устойчивости стабилизатора к неисправностям и для повышения его демпфирующей способности обмотка 16 ротора может быть выполнена так, что ее внутреннее сопротивление растет с частотой тока. Это достигается путем использования потока утечки в роторе для создания смещения тока, то есть ток в обмотке 16 ротора распределяется не равномерно по его сечению, а концентрируется со стороны той части обмотки 16, которая расположена ближе к воздушному зазору в машине. Этот эффект растет с частотой.To further increase the stability of the stabilizer to faults and to increase its damping capacity, the rotor winding 16 can be designed so that its internal resistance increases with the frequency of the current. This is achieved by using a leakage flow in the rotor to create a current bias, that is, the current in the rotor winding 16 is not evenly distributed over its cross section, but is concentrated from the part of the winding 16 that is located closer to the air gap in the machine. This effect grows with frequency.

Обычно линию, где имеется неисправность, отключают. Если вращающийся стабилизатор был связан с линией электропередачи, которую отключили, то он больше не будет подключен к энергосистеме. Как правило, система управления энергосистемы пытается выполнить быстрое переключение, при котором линия сначала отключается. Поэтому важно, чтобы стабилизатор мог вести себя аналогично обычному синхронному генератору, то есть смог бы снова включиться в сеть синфазно. Стабилизатор, выполненный согласно настоящему изобретению, имеет собственную отдельную энергосистему в роторе, включающую обмотку 16 ротора в главной машине 2, преобразователь 18 тока и регулирующую машину 20. Так как регулирующая машина 20 не теряет намагничивания, при отключении внешней энергосистемы кинетическую энергию вращающихся частей можно использовать для намагничивания системы и подачи мощности непосредственно в ротор главной машины. Для намагничивания регулирующей машины не требуется большой мощности, и, как отмечено ранее, оно может быть подстраховано подачей энергии от резервной батареи 65 или использованием регулирующей машины 20 с постоянными магнитами. Даже если внешняя энергосистема отключена в течение некоторого времени (в худшем случае - на несколько минут), напряжение в главной машине 2 стабилизатора можно регулировать для такой коррекции частоты и фазы, чтобы можно было выполнить автоматическое соединение. Когда обнаруживается, что произошло разъединение, можно сделать так, чтобы система управления стабилизатором (подробно описанная ниже) вырабатывала опорную величину потока статора, например такую, чтобы стабилизатор вращался с той же скоростью, что и до неисправности.Usually the line where there is a fault is disconnected. If the rotating stabilizer was connected to the power line that was disconnected, then it will no longer be connected to the power grid. As a rule, the power management system attempts to perform a fast switch, in which the line is first disconnected. Therefore, it is important that the stabilizer be able to behave similarly to a conventional synchronous generator, that is, it could be connected back to the network in phase mode. The stabilizer according to the present invention has its own separate power system in the rotor, including the rotor winding 16 in the main machine 2, the current converter 18 and the regulating machine 20. Since the regulating machine 20 does not lose magnetization, when the external power system is disconnected, the kinetic energy of the rotating parts can be used for magnetizing the system and supplying power directly to the rotor of the main machine. Magnetisation of the regulating machine does not require high power, and, as noted earlier, it can be secured by supplying energy from the backup battery 65 or using a regulating machine 20 with permanent magnets. Even if the external power system is turned off for some time (in the worst case, by a few minutes), the voltage in the master machine 2 of the stabilizer can be adjusted for such a frequency and phase correction so that the automatic connection can be made. When it is detected that a disconnection has occurred, it is possible to make the stabilizer control system (described in detail below) produce the reference value of the stator flux, for example, so that the stabilizer rotates at the same speed as before the fault.

На фиг. 6 видно, что, когда стабилизатор работает как компенсатор вблизи своей номинальной мощности, увеличение активной мощности ДР или реактивной мощности ДО легко может привести к перегрузке машины. В настоящее время номинальные мощности обычно устанавливают согласно рекомендациям изготовителя, возможно, с некоторым запасом. Кроме того, рекомендации изготовителей обычно относятся к стационарным ситуациям, когда предполагается, что температура окружающей среды и т. п. выше нормальной. Кроме того, сами изготовители обычно дают рекомендации с некоторым запасом. Таким образом, в настоящее время для большинства электрических машин и трансформаторов обычно существуют некоторые тепловые границы, в пределах которых допускается перегрузка электрической машины, по меньшей мере, временная. Для предотвращения поломки главной машины в такой ситуации температуру в обмотке ротора и/или статора можно контролировать в процессе работы с помощью температурных датчиков. На фиг. 3 главная машина имеет температурный датчик 60, установленный в обмотке 16 ротора, и температурный датчик 64, установленный в обмотке статора. Аналогично, в машине, изображенной на фиг. 4, также имеются температурные датчики 60, 64. Это позволяет в течение ограниченного периода времени работать за пределами номинальных параметров машины, как показано на фиг. 6.FIG. 6 that when the stabilizer works as a compensator near its nominal power, an increase in the active power of the DR or the reactive power of the DL can easily lead to an overload of the machine. Currently, the nominal capacity is usually set according to the recommendations of the manufacturer, possibly with some margin. In addition, manufacturers' recommendations usually refer to stationary situations where it is assumed that the ambient temperature, etc., is higher than normal. In addition, manufacturers themselves usually provide recommendations with some margin. Thus, at present, for most electric machines and transformers, there are usually some thermal boundaries within which an electrical machine can be overloaded, at least temporarily. In order to prevent the main machine from breaking down in such a situation, the temperature in the rotor and / or stator windings can be monitored during operation using temperature sensors. FIG. 3, the main machine has a temperature sensor 60 mounted in the rotor winding 16 and a temperature sensor 64 mounted in the stator winding. Similarly, in the machine shown in FIG. 4, there are also temperature sensors 60, 64. This allows for a limited period of time to operate outside the nominal parameters of the machine, as shown in FIG. 6

Это означает, что по сравнению с известными компенсаторами параллельного типа способность предложенного стабилизатора подавать/потреблять реактивную мощность в течение короткого времени может быть эффективным, но дешевым способом увеличена далеко за пределы номинальной мощности стабилизатора. В статическом компенсаторе реактивной мощности это невозможно, и вся конструкция должна быть рассчитана на пиковую мощность. Поэтому перегрузки недопустимы. В статическом синхронном компенсаторе полная реактивная мощность должна подаваться через электронный преобразователь энергии. Он допускает лишь незначительные перегрузки. Это означает, что вся конструкция должна быть рассчитана на пиковую мощность. Напротив, в стабилизаторе для энергетической системы, выполненном согласно настоящему изобретению, лишь преобразователь частоты должен быть рассчитан на повышенную мощность ротора. Так как полная мощность этого преобразователя низка по сравнению с полной мощностью стабилизатора, расходы значительно снижаются.This means that, compared with the known parallel type compensators, the ability of the proposed stabilizer to supply / consume reactive power in a short time can be effective, but cheaply increased far beyond the rated power of the stabilizer. In a static reactive power compensator, this is impossible, and the entire structure must be designed for peak power. Therefore, overloading is unacceptable. In a static synchronous compensator, the full reactive power must be supplied via an electronic energy converter. It allows only minor overloads. This means that the entire structure must be designed for peak power. On the contrary, in the stabilizer for an energy system made in accordance with the present invention, only the frequency converter should be designed for increased rotor power. Since the total power of this converter is low compared to the full power of the stabilizer, the costs are significantly reduced.

Кроме того, стабилизатор способен подавать активную мощность в энергосистему или потреблять активную мощность из нее. Это может быть осуществлено путем изменения частоты вращения стабилизатора и/или при наличии движущей машины/механической нагрузки, соединенной со стабилизатором. Сначала опишем вариант выполнения изобретения, в котором машина не содержит движущей машины или механической нагрузки, соединенной с валом, что соответствует системам, изображенным на фиг. 1а и 1Ь.In addition, the stabilizer is capable of supplying active power to the grid or consuming active power from it. This can be done by changing the frequency of rotation of the stabilizer and / or in the presence of a driving machine / mechanical load connected to the stabilizer. First, we describe an embodiment of the invention in which the machine does not contain a driving machine or a mechanical load connected to the shaft, which corresponds to the systems shown in FIG. 1a and 1b.

Энергия, накопленная во вращающихся частях стабилизатора, в основном, определяется моментом инерции и частотой вращения. Для электрических машин она часто выражается через постоянную времени Н для инерции машины:The energy stored in the rotating parts of the stabilizer is mainly determined by the moment of inertia and rotational speed. For electric cars, it is often expressed in terms of the time constant H for the inertia of the machine:

где 1 - момент инерции машины, ω0 - номинальная частота механического вращения (радиан/с) и δΝ - мощность машины. Тогда Н соответствует количеству энергии, запасенной во вращающихся частях при номинальной частоте вращения, по отношению к мощности машины. Для больших электрических машин типичные значения этой величины составляют 2-8 с.wherein 1 - the moment of inertia of the machine, ω 0 - nominal frequency of mechanical rotation (rad / s) and δ Ν - power machine. Then N corresponds to the amount of energy stored in rotating parts at the nominal speed of rotation, relative to the power of the machine. For large electric cars, typical values of this value are 2-8 s.

На фиг. 9а показан график выходной мощности Р стабилизатора энергетической системы. Мощность меняется между Р0 и -Р0, но среднее значение мощности равно нулю. Когда мощность колеблется синусоидально, как показано на фиг. 9а, преобразованная энергия А! в течение одного полупериода равна (2/п)РТ, где Р максимальная активная мощность, а Т -период колебания. В течение следующего полупериода та же самая энергия А2 снова будет преобразована, но теперь в противоположном направлении. Частота вращения при таком процессе будет меняться, как показано на фиг. 9Ь. Типичный период колебаний энергии, обусловленных колебаниями на полюсном кольце, в зависимости от скорости колебаний частоты вращения синхронных машин составляет 0,5-2 с. Тогда для синусоидальных изменений мощности, изображенных на фиг. 9а, величина необходимой накопленной энергии лежит между 0,32Р и 1,3Р. В статьях Υ. Мйаш с1. а1. АррНсайои Гот 8иретсоиБисйид Мадие! Еиегду 81отаде Ю 1шртоуе Ро\тег §у81еш Пуиаш1с РегГогшаисе. 1ЕЕЕ Ттаизасйоик ои Ро\тег §у81еш8, Уо1. 3, Ыо. 4, ЫоуешЬет 1998, рр. 1418-1425, и I. Кашеа е1. а1. АсОуе-Ро\уег 81аЬШхег5 Гог МиШшасЫие Ро\тег Зуйепъ: СйаНеидех аиБ РтокресБ, 1ЕЕЕ Ттаикасйоик ои Ро\тег Зуйетк, Уо1. 13, Ыо. 4, ЫоуетЬег 1998, рассматривается количество энергии, которое необходимо запасти в зависимости от мощности стабилизатора. Показано, что даже при накоплении энергии Е<Р, где Е - запасенная энергия, измеренная в джоулях, а Р - мощность, измеренная в ваттах, можно обеспечить достаточное затухание колебаний в энергосистеме. Теперь предположим, что вариации частоты вращения составляют ±10% от синхронной частоты вращения. Это означает, что приблизительно 20% от энергии вращения может быть использовано для стабилизации; т.е. в данном примере постоянная инерции Н должна по порядку величины составлять 1,6-6,5 с. Если стабилизатору недостаточно естественного момента инерции, его можно увеличить рентабельным способом с использованием в стабилизаторе маховиков. Это схематично показано на фиг. 3 позицией 72. Наиболее эффективно такое средство для высокооборотных вращающихся машин, поскольку при большей частоте вращения можно накопить больше энергии в маховике тех же размеров. Как известно из статьи Кашга е1. а1. Ьагде-8са1е Асйуе-ЬоаБ МоБи1айои Гог Аид1е 81аЫ1йу 1тртоуетеиГ, 1ЕЕЕ Тгаикасйоиз ои Ро\тег 8у51ет5, Уо1. 14, Ыо. 2, Мау 1999, рр. 582590, обычно необходимо модулировать активную мощность только на 5%. Это означает, что мощность 1000 МВт в линии электропередачи можно стабилизировать при модуляции мощности величиной 50 МВт. Таким образом, вращающийся стабилизатор обеспечивает создание рентабельного накопителя энергии емкостью Е, которая по порядку величины близка к Р, а если учесть, что стабилизатор, выполненный согласно настоящему изобретению, может выдерживать значительные перегрузки, понятно, насколько стабилизатор эффективнее по сравнению с его номинальной электрической мощностью. Лишь преобразователь тока, соединенный с обмотками ротора главной машины, должен быть рассчитан на повышенную мощность, но мощность этого преобразователя составляет лишь малую часть от мощности стабилизатора.FIG. 9a is a graph of the output power P of an energy system stabilizer. The power varies between P 0 and -P 0 , but the average power is zero. When the power oscillates sinusoidally, as shown in FIG. 9a, converted energy A! during one half period is equal to (2 / n) RT, where P is the maximum active power, and T is the oscillation period. During the next half period, the same energy A 2 will be converted again, but now in the opposite direction. The rotational speed of this process will vary, as shown in FIG. 9b. The typical period of energy oscillations caused by oscillations on the pole ring, depending on the speed of oscillation of the frequency of rotation of synchronous machines is 0.5-2 s. Then for the sinusoidal power changes shown in FIG. 9a, the amount of required stored energy is between 0.32P and 1.3P. In articles Υ. Myash c1. a1. ArrNsayoi Got 8irresoi Bisyid Madie! Heyhdu 81tade Yu 1shrtoue Po \ teg §u81esh Puiash1s RegGogshaise. 1ЕЕЕ Ттаизасйоик ои Ро \ tag §у81еш8, Wo1. 3, oo. 4, Aug. 1998, pp. 1418-1425, and I. Cashea e1. a1. Acoue-Ro / Ueg 81aShkheg5 Gog MiShshasYie Ro \ Zuyep Tag: SyaNeideh aiB RtkresB, 1EEE Ttaikasjoik oi Ro \ Teg Zuietk, Wo1. 13, oo. 4, Looper 1998, considers the amount of energy that needs to be stored depending on the power of the stabilizer. It is shown that even with the accumulation of energy E <P, where E is the stored energy measured in joules, and P is the power measured in watts, it is possible to ensure sufficient attenuation of oscillations in the power system. Now suppose that the rotation frequency variations are ± 10% of the synchronous rotation frequency. This means that approximately 20% of the rotational energy can be used to stabilize; those. in this example, the constant inertia H must be in the order of magnitude 1.6-6.5 s. If the stabilizer does not have enough natural moment of inertia, it can be increased in a cost-effective way using flywheels in the stabilizer. This is schematically shown in FIG. 3 position 72. The most effective such a tool for high-speed rotating machines, because at higher speeds you can accumulate more energy in the flywheel of the same size. As we know from the article Kashga e1. a1. Barde-8caile Asyue-Loab MoBiyoioi Gog Aidlee 81aYiuyu 1trouteyiG, 1EEEE Tgaikasioiz oi Ro \ tag 8u51et5, Wo1. 14, oo. 2, Maw 1999, pp. 582590, it is usually necessary to modulate active power by only 5%. This means that a power of 1000 MW in a transmission line can be stabilized by modulating a power of 50 MW. Thus, the rotating stabilizer provides a cost-effective energy storage device with a capacity of E, which is close to P in order of magnitude, and considering that the stabilizer made in accordance with the present invention can withstand considerable overload, it is clear how much more stabilizer is compared to its nominal electric power. . Only the current transducer connected to the rotor windings of the main machine should be designed for increased power, but the power of this converter is only a small part of the stabilizer power.

Для случаев, когда частота колебания настолько низка, что потребность в управлении мощностью становится большой по сравнению с самой мощностью, можно использовать механические нагрузки. На фиг. 4 на валу 22 ротора установлен тормоз 70. Этот тормоз 70 может использоваться для поглощения слишком больших энергий вращения. Это дополнительно повышает гибкость стабилизатора, позволяя, чтобы среднее значение выделяемой из энергосистемы мощности отличалось от нуля, и при необходимости позволяя избавиться от избыточной энергии с помощью тормоза 70. При необходимости тормоз 70 может быть снабжен охлаждающимися устройствами, которые позволяют использовать этот тормоз 70 постоянно в течение нескольких минут.For cases where the oscillation frequency is so low that the need for power control becomes large compared to the power itself, mechanical loads can be used. FIG. 4, a brake 70 is mounted on the rotor shaft 22. This brake 70 can be used to absorb too high rotational energies. This further enhances the flexibility of the stabilizer, allowing the average power output from the power system to be non-zero and, if necessary, allowing to get rid of excess energy using the brake 70. If necessary, the brake 70 can be equipped with cooling devices that allow the brake 70 to be used constantly for a few minutes.

На фиг. 10 показана другая временная зависимость для активной мощности Р, выделяемой из стабилизатора энергетической системы. Мощность меняется непериодически, но каждый раз этой мощностью управляют согласно потребностям. Частота вращения стабилизатора энергетической системы также меняется непериодически в результате наличия потоков энергии. Аналогично рассмотренной выше ситуации интеграл от кривой мощности соответствует энергии, которая подана в энергетическую систему. Пока этот интеграл остается меньше разрешенной вариации частоты вращения стабилизатора, энергия не должна ни поступать в стабилизатор, ни выходить из него. Однако, если колебания мощности слишком велики, необходимо, чтобы с валом стабилизатора была связана движущая машина или нагрузка, изменяющие в небольших пределах частоту его вращения.FIG. 10 shows another time dependence for the active power P released from the stabilizer of the energy system. Power varies non-periodically, but each time this power is controlled according to needs. The frequency of rotation of the stabilizer of the energy system also varies non-periodically as a result of the presence of energy flows. Similar to the situation discussed above, the integral of the power curve corresponds to the energy that is supplied to the energy system. As long as this integral remains less than the allowed variation in the rotational speed of the stabilizer, energy must neither flow into or out of the stabilizer. However, if the power fluctuations are too large, it is necessary that the driving machine or the load is connected to the stabilizer shaft, changing its rotational frequency within small limits.

На фиг. 3 показаны также основные части систем управления и контроля. Неподвижный блок 48 управления предназначен для подачи управляющих сигналов через управляющее соединение 52 в выпрямитель 42. Выпрямитель 42 подает соответствующий ток намагничивания в обмотку 34 возбуждения регулирующей машины. Аналогично вращающийся блок 46 управления, который вращается вместе с общим валом 22 и, таким образом, с ротором 10 главной машины, предназначен для подачи соответствующих управляющих сигналов через управляющее соединение 66 в преобразователь 18 тока. Таким образом, преобразователь 18 тока подает в обмотку 16 ротора главной машины ток соответствующей фазы, амплитуды и частоты. Ниже подробно описано, как осуществляется это управление. Вращающийся блок 46 управления дополнительно содержит средство 54 связи для беспроводной связи со средством 54 связи в неподвижном блоке 48 управления. Таким образом, блоки 46 и 48 управления могут обмениваться информацией. Оба блока 46, 48 управления содержат процессорные устройства 47, 49 для обработки сигналов и данных.FIG. 3 also shows the main parts of the control and monitoring systems. The stationary control unit 48 is designed to supply control signals through the control connection 52 to the rectifier 42. The rectifier 42 supplies the appropriate magnetizing current to the excitation winding 34 of the regulating machine. Similarly, the rotating control unit 46, which rotates together with the common shaft 22 and, thus, with the rotor 10 of the main machine, is designed to supply the appropriate control signals through the control connection 66 to the current converter 18. Thus, the current converter 18 supplies to the rotor winding 16 of the main machine a current of the corresponding phase, amplitude and frequency. The following describes in detail how this control is performed. The rotating control unit 46 further comprises communication means 54 for wirelessly communicating with the communication means 54 in the fixed control unit 48. Thus, control blocks 46 and 48 can exchange information. Both control blocks 46, 48 comprise processor devices 47, 49 for processing signals and data.

Вращающийся вместе с ротором блок 46 управления соединен с температурным датчиком 60, откуда он получает данные о температуре обмотки ротора. Кроме того, имеется датчик 58 для измерения тока/напряжения в обмотке ротора главной машины и датчик 62 для измерения тока/напряжения в обмотке регулирующей машины, которые соединены с блоком 46 управления и контролируют ток и/или напряжение в обмотках 16 ротора и ток и/или напряжение между регулирующей машиной 20 и преобразователем тока соответственно.Rotating together with the rotor control unit 46 is connected to a temperature sensor 60, from where it receives data on the temperature of the rotor winding. In addition, there is a sensor 58 for measuring the current / voltage in the rotor winding of the main machine and a sensor 62 for measuring the current / voltage in the winding of the regulating machine, which are connected to the control unit 46 and monitor the current and / or voltage in the rotor windings 16 and the current and / or voltage between the regulating machine 20 and the current converter, respectively.

Аналогичным образом, неподвижный блок 48 управления соединен с температурным датчиком 64, предназначенным для измерения температуры обмотки статора. Кроме того, датчик 50 соединен с блоком 48 управления для измерения тока и/или напряжения в статоре 12 главной машины. Имея информацию о параметрах трансформатора 3, этот датчик 50 косвенным путем воспринимает состояние энергосистемы. Альтернативно датчик 51 может быть установлен со стороны энергосистемы относительно трансформатора 3, то есть на электростанции, где установлен стабилизатор, для непосредственных измерений где-либо на этой электростанции. Однако ввиду высоких напряжений это обычно требует более дорогостоящих технических решений. Таким образом, датчик 50 или датчик 51 могут обнаружить возмущения в энергосистеме, например, связанные со среднеквадратичными значениями фазы и/или амплитуды напряжения и/или среднеквадратичной величиной фазы и/или амплитуды тока и их частотой.Similarly, the fixed control unit 48 is connected to a temperature sensor 64 for measuring the temperature of the stator winding. In addition, the sensor 50 is connected to the control unit 48 for measuring the current and / or voltage in the stator 12 of the main machine. Having information about the parameters of the transformer 3, this sensor 50 indirectly perceives the state of the power system. Alternatively, the sensor 51 may be installed on the power system side with respect to the transformer 3, i.e., the power station where the stabilizer is installed, for direct measurements anywhere in this power station. However, due to high voltages, this usually requires more expensive technical solutions. Thus, sensor 50 or sensor 51 can detect disturbances in the power system, for example, associated with rms phase and / or voltage amplitudes and / or rms phase and / or current amplitudes and their frequencies.

Таким образом, могут быть получены данные об электрических и тепловых параметрах, и эти данные передаются между блоками 46, 48 управления, предпочтительно посредством беспроводной связи. Поэтому во вращающийся блок 46 управления может поступать требуемая оперативная информация, на основе которой обычным образом осуществляется управление током ротора с помощью преобразователя 18 тока.In this way, data on electrical and thermal parameters can be obtained, and this data is transmitted between control units 46, 48, preferably via wireless communication. Therefore, the required operational information can be received into the rotating control unit 46, on the basis of which the rotor current is controlled in the usual way by means of the current converter 18.

На фиг. 4 показаны соответствующие блоки 46, 48 управления. Здесь вращающийся блок 46 управления отвечает, главным образом, за сбор данных от температурного датчика 60 и датчика 58. Эти данные обрабатываются в процессорном устройстве 47 и передаются беспроводным способом в неподвижный блок 48 управления. Неподвижный блок 48 управления отвечает за управление как выпрямителем 42, так и преобразователем 18' тока.FIG. 4 shows the corresponding control blocks 46, 48. Here, the rotating control unit 46 is mainly responsible for collecting data from the temperature sensor 60 and the sensor 58. This data is processed in the processor unit 47 and transmitted wirelessly to the fixed control unit 48. The fixed control unit 48 is responsible for controlling both the rectifier 42 and the current converter 18 ′.

Таким образом, стабилизатор на фиг. 3 содержит встроенную систему управления и контроля, которая включает стационарный 49 и вращающийся 47 цифровые процессоры с бесщеточными элементами 54, 56 цифровой связи и датчиками 50, 51, 58, 60, 62, 64 для измерения и контроля текущих параметров. Процессоры 47, обычно работают как система ведущий/ведомый, причем ведомым является вращающийся процессор 47. По существу, стационарный процессор 49 управляет преобразованием мощности, измерением и контролем величин, относящимся к статору 12 электрической машины, и обменивается данными с другими системами внешнего управления и контроля. Главной задачей вращающегося процессора 47 является управление преобразователем 18 тока посредством управления вращением вала электрической машины, а также измерение и контроль величин, относящихся к ротору 10 машины.Thus, the stabilizer in FIG. 3 contains an integrated control and monitoring system that includes a stationary 49 and 47 rotating digital processors with brushless digital communication elements 54, 56 and sensors 50, 51, 58, 60, 62, 64 for measuring and monitoring current parameters. Processors 47 typically operate as a master / slave system, with the slave processor 47 being the slave. Essentially, the stationary processor 49 controls the power conversion, measurement and control of quantities related to the stator 12 of the electric machine, and communicates with other external control and monitoring systems . The main task of the rotating processor 47 is to control the current converter 18 by controlling the rotation of the shaft of the electric machine, as well as measuring and controlling values related to the rotor 10 of the machine.

Вращающийся процессор 47 запрограммирован так, что при повторных и серьезных нарушениях в средствах 54, 56 беспроводной цифровой связи он способен в течение некоторого времени осуществлять управление и контроль за работой стабилизатора автономно.Rotating processor 47 is programmed so that with repeated and serious violations in the means 54, 56 wireless digital communication, he is able for some time to control and monitor the operation of the stabilizer autonomously.

Главной машиной можно управлять согласно тем же правилам, которые обычно используются для асинхронных генераторов. Способ стабилизации может быть основан на так называемом α-β-преобразовании, при котором система уравнений динамики машины и физических токов и напряжений в роторе и статоре преобразуется к системе, состоящей из фиктивных обмоток ротора и статора, ориентированных некоторым образом относительно потока в статоре. Можно показать, что один компонент роторного тока управляет вращающим моментом и, таким образом, активной мощностью Р, в то время как другой компонент управляет полюсным напряжением статора и, таким образом, реактивной мощностью О. Структура такого регулятора показана на фиг. 8, где позицией 91 обозначен регулятор напряжения или регулятор реактивной мощности, а позицией 92 - регулятор активной мощности. Регулятор тока обозначен позицией 90. Напряжения Иаг, ИЬг, Исг поданы на модулятор преобразователя. Более подробное описание имеется в работе 1аи О. С)егбе с1. а1. Сопзес.|иепсез о£ 1п!гобистд Абщз1аЫе 8рееб Нубго (А8Н) ίη ЕДаЫАНсб Ро\усг ΝοΙ\уогкз, Ргос. о£ Р8СС'99, Уо1. 1, рр. 150-156, №г\уещап υηίν. £ог Тескпо1оду апб 8с1епсе, Тгопбкепп. 1999. Когда стабилизатор соединен с турбиной и работает как генератор, частотой вращения управляют с помощью турбины, имеющей собственную систему управления. Примеры такой конфигурации даны в работе Т. Ки\уаЬага еЕ а1. Эезщп о£ бупатю гезропзе сЕагас1епзбсз о£ 400 М\У абщз1аЫе зрееб ритреб з1огаде иш1 £ог ОЕка^асЫ Ро\уег 81абоп, ΙΕΕΕ Тгапзасйопз оп Епегду Со^егзюп, Уо1. 11, Νο. 2, 1ипе 1996, рр. 376-384.The host machine can be controlled according to the same rules that are commonly used for asynchronous generators. The stabilization method can be based on the so-called α-β-transformation, in which the system of equations of the machine dynamics and physical currents and voltages in the rotor and stator is converted to a system consisting of fictitious rotor and stator windings, oriented in some way relative to the flow in the stator. It can be shown that one component of the rotor current controls the torque and thus the active power P, while the other component controls the pole voltage of the stator and, thus, the reactive power O. The structure of such a regulator is shown in FIG. 8, where 91 is the voltage regulator or reactive power regulator, and 92 is the active power regulator. The current regulator is indicated at 90. Stress and hypertension, and br, c, and served on the transmitter modulator. A more detailed description is available in the work of 1Ai O. C) egbe c1. a1. Sopzez. Iepsez about £ 1p! Gobistd Absolute Single Reboob Nubgo (A8H) η EDYYANsb Ro \ usg ΝοΙ \ uogkz, Proc. о £ Р8СС'99, Wo1. 1, pp. 150-156, №g \ ueshap υηίν. £ og Tkkpo1odu apb 8s1epse, Tgopbkepp. 1999. When the stabilizer is connected to the turbine and works as a generator, the rotational speed is controlled by a turbine having its own control system. Examples of such a configuration are given in the work of T. Ki \ uabaga eE a1. Esschp about the buzpayu gesropze eGastelezbzzz about £ 400 M \ u at the most important of all the rytreb from the igogada ish1 £ og oeka ^ asy ros ue 81abop, ΙΕΕΕ Tgapszyyopz o Epegda Co ^ ezüp, Uo1. 11, Νο. 2, 1996, pp. 376-384.

Расчет времени включения и выключения для преобразователя тока, соединенного с ротором, может быть выполнен, как показано на фиг. 7. Положение потока (Ψ8) статора относительно обмоток υ3 статора может быть найдено несколькими способами, например путем установки датчиков в воздушном зазоре машины или путем интегрирования измеренного напряжения статора. Интегрирование измеренной частоты вращения позволяет определить положение υ ротора относительно статора. Таким образом, можно рассчитать υΓ и компоненты α и β тока ротора могут быть преобразованы в реальные фазные токи в роторе. Частота вращения машины может быть, например, измерена/рассчитана путем интегрирования напряжения на регулирующей машине.The on and off times for a current transducer connected to the rotor can be calculated as shown in FIG. 7. The flow position (( 8 ) of the stator relative to the windings υ 3 of the stator can be found in several ways, for example, by installing sensors in the air gap of the machine or by integrating the measured stator voltage. Integration of the measured rotational speed allows determining the position υ of the rotor relative to the stator. Thus, it is possible to calculate υ Γ and the components α and β of the rotor current can be converted into real phase currents in the rotor. The rotational speed of the machine can, for example, be measured / calculated by integrating the voltage on the regulating machine.

Измерение напряжения в высоковольтном устройстве является дорогостоящим, поскольку необходимо наличие измерительного оборудования, которое соединено с высоковольтными проводниками и, вследствие этого, должно быть изолировано для защиты от высоковольтных напряжений. Для электрических машин с высоковольтными обмотками статора слишком дорого оборудовать машину собственными трансформаторами напряжения для измерения напряжения на полюсах, в то время как измерение тока обходится дешевле, поскольку не требует гальванической связи. Обычно измерение напряжения на полюсах машины необходимо для ее фазирования в энергосистеме, если машина будет работать как генератор. На шине всегда производят измерение напряжения, поскольку это необходимо для фазирования других линий, машин и т. п. Стабилизатор, выполненный согласно настоящему изобретению, может быть фазирован относительно внешней энергосистемы и без необходимости измерения напряжения на полюсах машины. Данные об измеренном напряжении, относительно которого машина должна быть фазирована, передаются, например, в стационарный компьютер. Затем этот компьютер вычисляет положение потока статора для того, чтобы напряжение было в фазе с измеренным напряжением. Затем, управляя амплитудой, частотой и фазой тока ротора, генерируют такое напряжение на выходе машины, которое находится в фазе с измеренным. Это является несомненным преимуществом по сравнению с известными устройствами, так как отпадает необходимость в каких-либо специальных трансформаторах напряжения для осуществления фазирования. Так как динамические процессы в электрической машине происходят значительно быстрее, чем в движущей ее машине, она не обязана работать с постоянной частотой вращения, совпадающей с синхронной, поскольку разность между синхронной частотой вращения и реальной частотой вращения стабилизатора может быть скомпенсирована путем управления частотой токов в роторе. Для синхронной машины это невозможно.Measuring voltage in a high-voltage device is expensive because it requires measurement equipment that is connected to high-voltage conductors and, therefore, must be isolated to protect against high-voltage voltages. For electric machines with high-voltage stator windings, it is too expensive to equip the machine with own voltage transformers for measuring voltage at the poles, while current measurement is cheaper because it does not require galvanic coupling. Usually, the measurement of the voltage at the poles of the machine is necessary for its phasing in the power system, if the machine will operate as a generator. Voltage is always measured on the bus because it is necessary for phasing other lines, machines, etc. The stabilizer made in accordance with the present invention can be phased relative to the external power system and without the need to measure the voltage at the poles of the machine. Data on the measured voltage, relative to which the machine must be phased, is transmitted, for example, to a stationary computer. This computer then calculates the position of the stator flow so that the voltage is in phase with the measured voltage. Then, controlling the amplitude, frequency and phase of the rotor current, generate such a voltage at the output of the machine, which is in phase with the measured one. This is an undoubted advantage compared with the known devices, since there is no need for any special voltage transformers for phasing. Since dynamic processes in an electric machine occur much faster than in a machine driving it, it does not have to work with a constant rotational speed that coincides with a synchronous one, since the difference between the synchronous rotational speed and the real frequency of rotation of the stabilizer can be compensated by controlling the frequency of the currents in the rotor . For a synchronous machine, this is not possible.

За счет наличия вращающегося блока цифрового управления и линии связи между ротором и стационарными частями стабилизатора можно воспользоваться преимуществами системы контроля в роторе, даже если потребуется большой объем обработки сигналов. Частичные разряды в изоляции, когда их интенсивность становится слишком большой, способны разрушить изоляцию и привести к пробою. В работе А. КНейтаиб с1. а1. Соийииоик 0и-1ше Рагйа1 Э|ксНагде Моийойид оГ Ро\\сг Оеиега!огк, 1996 ΙΕΕΕ Аипиа1 Верой - СопГегепсе ои Е1ес1пса1 1ики1а!юи аиб О1е1ес(г1с РНеиотеиа, рр. 496-499, описана система ЮТЕСН, которая в процессе работы способна контролировать интенсивность частичных разрядов в обмотке статора вращающейся машины переменного тока. При наличии вращающегося блока цифрового управления аналогичная система также может использоваться для контроля изоляции в роторе.Due to the presence of a rotating digital control unit and a communication line between the rotor and the stationary parts of the stabilizer, you can take advantage of the control system in the rotor, even if a large amount of signal processing is required. Partial discharges in the insulation, when their intensity becomes too large, can destroy the insulation and lead to breakdown. In the work of A. KNeibe b1. a1. Soiyiyoik 0i-1she Rajya1 E | ksNagde Moiyoyid OG Ro \\ sg Oeiega! Ogk, 1996 Aipia1 Faith - Sophegepsa oi E1es1psa1iiki1a! Yi aib O1elec (r1 RdNioteaa, p. 166166), and, when you’re going to be control the intensity of partial discharges in the stator winding of an AC rotary machine. In the presence of a rotating digital control unit, a similar system can also be used to control the insulation in the rotor.

Вращающийся стабилизатор, выполненный согласно настоящему изобретению, является гибким в использовании. Для иллюстрации этого рассмотрим, как он используется в энергосистеме. На фиг. 11 изображена энергосистема, включающая, в основном, один участок 80 производства электроэнергии и участок 82 нагрузки. Для эффективной стабилизации колебаний мощности между этими участками могут иметься включающие средства 84 А, 84В, соединенные с энергосистемой. Управление активной мощностью будет наиболее эффективным, когда включающие средства расположены близко к производителю 88, как, например, средство 84А, или потребителю 86 активной мощности, как, например, средство 84В. Тогда стабилизатор может быть помещен или на участке 80 производства электроэнергии 80, или на участке 82 нагрузки. Если стабилизатор 84А помещен на участке 80 производства электроэнергии, он дополнительно может использоваться как преобразователь мощности путем соединения его с турбиной. Если стабилизатор 84В помещен на участке 82 нагрузки, он может дополнительно работать, например, как синхронный компенсатор. Его способность выдерживать перегрузки приводит к тому, что при опасности лавины напряжения он может испытывать значительную перегрузку в течение критического периода, обычно составляющего 1-30 мин.A rotating stabilizer made in accordance with the present invention is flexible to use. To illustrate this, consider how it is used in the power system. FIG. 11 depicts a power system comprising mainly one electric power generation section 80 and a load section 82. For effective stabilization of power fluctuations between these areas there may be switching means 84 A, 84B connected to the power grid. The active power control will be most effective when the switching means are located close to the manufacturer 88, such as means 84A, or the consumer 86 active power, such as means 84B. Then the stabilizer can be placed either on the power generation section 80 80, or on the load section 82. If stabilizer 84A is placed in power generation section 80, it can additionally be used as a power converter by connecting it to a turbine. If the stabilizer 84B is placed on the load section 82, it may additionally work, for example, as a synchronous compensator. Its ability to withstand overload leads to the fact that when there is a danger of an avalanche of stress, it can experience a significant overload during a critical period, usually 1-30 minutes.

Колебания мощности в сетях электроснабжения могут возникать в результате плохо подавленного затухания низкочастотных (например, от 0,1 до 2 Гц) колебаний между роторами генераторов. Имеются две основные группы проблем, связанных с колебаниями, имеющими место или между различными областями (межобластные), или более локальными (внутриобластные). Введение стабилизатора энергетической системы в генераторах может активно способствовать гашению колебаний мощности. Если рассматривать колебания мощности между областями, большая часть затухающего вращающего момента возникает за счет модуляции нагрузок в сети электроснабжения.Power fluctuations in power supply networks can occur as a result of poorly suppressed attenuation of low-frequency (for example, from 0.1 to 2 Hz) oscillations between the rotors of the generators. There are two main groups of problems associated with fluctuations that occur either between different areas (interregional), or more local (intraregional). The introduction of a power system stabilizer in generators can actively contribute to the quenching of power fluctuations. If we consider the power fluctuations between areas, most of the damped torque occurs due to the modulation of loads in the power supply network.

Затухание (межобластных) колебаний осуществляют, увеличивая затухание для заданных типов колебаний, что идеально осуществляется с применением тормозящего крутящего момента, пропорционального отклонению скорости машины. Два практических варианта стабилизации посредством регулирования намагничивания электрических машин заключаются в модуляции электрического или механического вращающего момента. На практике лучшего затухания можно достичь, если позволить стабилизатору энергетической системы подавать дополнительный сигнал системе намагничивания машины. Входные сигналы для стабилизатора энергетической системы могут содержать, например, сигналы отклонения скорости вращения вала ротора, частоты на выводах генератора или интеграла от электрической мощности.Attenuation of (interregional) oscillations is carried out by increasing the attenuation for the given types of oscillations, which is ideally carried out using braking torque proportional to the deviation of the speed of the machine. Two practical options for stabilization by controlling the magnetization of electrical machines are modulating electrical or mechanical torque. In practice, better damping can be achieved if the stabilizer of the energy system is allowed to give an additional signal to the machine magnetization system. The input signals for the stabilizer of the energy system may contain, for example, signals of deviation of the speed of rotation of the rotor shaft, the frequency at the generator terminals or the integral of the electrical power.

Размещение устройств для стабилизации энергосистемы является сложной темой, которая в каждом конкретном случае требует развернутого анализа. Однако на основе упрощенных моделей можно понять, как следует пытаться использовать различные устройства. Некоторые указания имеются в статье Т. 8тей, С. Лпбег88ои ИйШтд НУЭС 1о Эатр Роете г ОксШайоик, ΙΕΕΕ Тгаикасйоик ои Роете г Оейуегу, Уо1. 8, Ыо. 2, Лргй 1993, рр. 620-627. Устройства, которые, в основном, способны модулировать активную мощность, следует размещать близко к потребителям или генераторам активной мощности, а устройства, которые, в основном, могут модулировать реактивную мощность, следует размещать в электрической средней точке между производителями и потребителями активной мощности. Согласно вышеуказанной статье частота сети представляет собой подходящий входной сигнал для управления модуляцией активной мощности, а производная амплитуды напряжения представляет собой подходящий входной сигнал для управления модуляцией реактивной мощности.The placement of devices for stabilization of the power system is a complex topic, which in each case requires a detailed analysis. However, on the basis of simplified models one can understand how to try to use different devices. Some indications are given in the article of T. 8tey, S. Lpbeg88oi Iishtd NUES 1o Eatr Roete g OksShayoik, ΙΕΕΕ Tgaikasyoik oi Roete g Oejuegu, Wo1. 8, oo. 2, LRG 1993, pp. 620-627. Devices that are basically capable of modulating active power should be placed close to consumers or active power generators, and devices that can basically modulate reactive power should be placed at an electrical midpoint between manufacturers and consumers of active power. According to the above article, the mains frequency is a suitable input for controlling the modulation of active power, and the derivative of the voltage amplitude is a suitable input for controlling the modulation of reactive power.

Мгновенное значение активной электрической мощности на выходе главной машины стабилизатора может быть рассчитано, например, перемножением измеренных мгновенных значений тока и напряжения, относящихся к одной фазе. Реактивная мощность на выходе главной машины стабилизатора может быть рассчитана путем измерения среднеквадратичных значений тока и напряжения, а также фазового сдвига между током и напряжением, относящимися к одной фазе.The instantaneous value of the active electrical power at the output of the main machine of the stabilizer can be calculated, for example, by multiplying the measured instantaneous values of current and voltage relating to one phase. Reactive power at the output of the main machine of the stabilizer can be calculated by measuring the rms values of current and voltage, as well as the phase shift between current and voltage related to the same phase.

На фиг. 14 показано, как для этой цели может быть модифицирована система, показанная на фиг. 8. Сигналы ДИ и Δω обрабатываются в отдельных фильтрах/процессорах сигнала, которые обозначены своими передаточными функциями Ср и Си. Затем эти устройства вырабатывают сигнал ΔΟ. который представляет собой кратковременное изменение стационарного опорного значения для напряжения/реак тивной мощности стабилизатора, и сигнал ΔР, который представляет собой кратковременное изменение опорного значения для активной мощности машины.FIG. 14 shows how, for this purpose, the system shown in FIG. 8. The signals DI and Δω are processed in separate filters / signal processors, which are denoted by their transfer functions C p and C and . Then these devices produce a signal ΔΟ. which is a short-term change in the stationary reference value for the voltage / reactive power of the stabilizer, and a signal ΔР, which is a short-term change in the reference value for the active power of the machine.

На фиг. 12 изображена энергосистема с двумя участками 80А и 80В производства электроэнергии и одним нагрузочным участком 82. Теперь предположим, что эти участки 80А и 80В производства электроэнергии подвержены суточным и/или сезонным изменениям. Если участок 80А относится к гидроэлектростанции с большими водными ресурсами, то он будет доминировать в зимний период. Тогда энергия потечет, главным образом, от участка 80А производства электроэнергии к нагрузочному участку 82. Участок 80В производства электроэнергии может относиться, например, к гидроэлектростанциям, расположенным на реках. Производительность таких электростанций максимальна в половодье, например весной. Тогда энергия, в основном, потечет от участка 80В производства электроэнергии к нагрузочному участку 82. Если установить стабилизатор 84 на участке 80В, то он может быть использован при вышеописанных изменениях мощности. Когда доминирует участок 80А производства электроэнергии, стабилизатор 84 сможет поставлять реактивную мощность в энергосистему, осуществляя в ней оптимальное распределение напряжения. При неисправностях стабилизатор может временно поставлять регулируемую реактивную мощность ΔΟ, сглаживая колебания активной мощности между участком 80А производства электроэнергии и нагрузочным участком 82. Когда доминирует участок 80В производства электроэнергии, можно модулировать активную мощность, как показано на фиг. 11, сглаживая колебания активной мощности между участком 80В производства электроэнергии и нагрузочным участком 82.FIG. 12 depicts a power system with two sections 80A and 80B of electricity generation and one load section 82. Now suppose that these sections 80A and 80B of electricity production are subject to daily and / or seasonal changes. If section 80A belongs to a hydroelectric power station with large water resources, then it will dominate in the winter period. Then the energy will flow mainly from the power generation section 80A to the load section 82. The power generation section 80B may relate, for example, to hydroelectric power stations located on rivers. The performance of such power plants is maximum at high water, for example in the spring. Then the energy will mainly flow from the power generation section 80B to the load section 82. If stabilizer 84 is installed in the section 80B, then it can be used for the above-described power changes. When the power generation section 80A dominates, stabilizer 84 will be able to supply reactive power to the power grid, achieving optimum voltage distribution in it. In case of malfunctions, the stabilizer can temporarily supply regulated reactive power ΔΟ, smoothing out the active power fluctuations between the power generation section 80A and the load section 82. When the power generation section 80B dominates, it is possible to modulate the active power, as shown in FIG. 11, smoothing the oscillations of the active power between the electric power generation section 80B and the load section 82.

На фиг. 13 показана энергосистема с двумя доминирующими участками 80С, 80Ό производства электроэнергии, которые снабжают электроэнергией больший нагрузочный участок 82. Здесь стабилизатор 86 может стационарно использоваться как синхронный компенсатор и поставлять реактивную мощность в нагрузочный участок 82, временно поставлять реактивную мощность ΔΟ для гашения колебаний между двумя участками 80С, 80Ό производства электроэнергии и временно поставлять активную мощность ΔР для гашения колебаний между нагрузочным участком 82 и одним из участков 80С или 80Ό производства электроэнергии. Пример такого включения дается в статье Ι. Катета ей а1. Ьагде-8са1е Асйуе-Ьоай Мойи1айои £ог Аид1е 81аЫ1йу 1тргоуетеи1, ΙΕΕΕ Тгаикасйоик ои Роете г ЗуЧепъ, Уо1. 14, Ыо. 2, Мау 1999, рр. 582-590.FIG. 13 shows a power system with two dominant power generation 80C, 80Ό sections that supply more load section 82 with electricity. Here stabilizer 86 can be used stationary as a synchronous compensator and supply reactive power to load section 82, temporarily supply reactive power ΔΟ to dampen oscillations between two sections 80C, 80Ό of electricity production and temporarily supply the active power ΔР to damp oscillations between the load section 82 and one of the sections 80C and 80Ό and electricity. An example of such inclusion is given in article Ι. Cateta her a1. Harde-8saile Asyue-Loi Moiuyayoi £ og Aidile 81aYiuyu 1trgouei1, ΙΕΕΕ Tgaikasyoik oi Roete ZuChep, Wo1. 14, oo. 2, Maw 1999, pp. 582-590.

На фиг. 15 показана последовательность операций, которая упрощенно показывает спо27 соб управления согласно настоящему изобретению. Процесс начинается с шага 100. На шаге 102 мощность передается из главной машины стабилизатора в энергосистему или из энерго системы в главную машину стабилизатора. На шаге 104 регулируют эту передачу энергии. Регулировку выполняют, изменяя частоту вращения главной машины. Эту операцию завершают, подавая через обмотки ротора главной машины ток соответствующей частоты, фазы и амплитуды. Процесс заканчивают на шаге 106.FIG. 15 shows a flow chart that simplifies the control method according to the present invention. The process begins at step 100. At step 102, power is transferred from the main stabilizer machine to the power grid or from the power system to the main stabilizer machine. At step 104, this energy transfer is controlled. Adjustment is performed by changing the speed of the main machine. This operation is completed by feeding the current of the corresponding frequency, phase and amplitude through the rotor windings of the main machine. The process ends at step 106.

Специалистам в данной области техники понятно, что в настоящем изобретении могут быть выполнены различные изменения и модификации, находящиеся в рамках изобретения, которые определяются формулой изобретения. Например, можно вместо вращающейся регулирующей машины использовать источник тока другого типа. Для того чтобы стабилизатор сохранял удовлетворительные параметры при неисправностях в энергосистеме, этот источник напряжения должен быть независимым от энергосистемы. Источник напряжения может содержать, например, какой-либо накопитель энергии или отдельную машину. Отдельная машина может быть любого типа, который обеспечивает подачу требуемых токов и напряжений для управления ротором главной машины. Она может также иметь вал, который отделен от главной машины, хотя некоторые исключительные особенности машины при этом не будут обеспечены.Specialists in this field of technology it is clear that in the present invention can be performed various changes and modifications that are within the scope of the invention, which are defined by the claims. For example, you can use a different type of current source instead of a rotating regulating machine. In order for the stabilizer to maintain satisfactory parameters in the event of faults in the power system, this voltage source must be independent of the power system. The voltage source may contain, for example, any energy storage device or a separate machine. A single machine can be of any type that provides the required currents and voltages to control the rotor of the main machine. It may also have a shaft that is separated from the main machine, although some exceptional features of the machine will not be provided.

Claims (25)

1. Стабилизатор энергетической системы, содержащий главную вращающуюся асинхронную электрическую машину (2, 2'), обмотки (14) статора (12) которой выполнены с возможностью подключения к линии электропередачи, преобразователь (18, 18') тока и связанный с ним источник напряжения, причем преобразователь (18, 18') тока также соединен с обмотками (16) ротора для обеспечения обмена электрической мощностью с линией электропередачи посредством изменения частоты вращения ротора (10).1. The stabilizer of the energy system containing the main rotating asynchronous electric machine (2, 2 '), the windings (14) of the stator (12) which are made with the possibility of connection to the power line, a current converter (18, 18') and a voltage source connected to it moreover, the current Converter (18, 18 ') is also connected to the windings (16) of the rotor to ensure the exchange of electric power with the power line by changing the rotational speed of the rotor (10). 2. Стабилизатор по п.1, отличающийся тем, что источник напряжения является независимым от линий электропередачи.2. The stabilizer according to claim 1, characterized in that the voltage source is independent of power lines. 3. Стабилизатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что источник напряжения представляет собой регулирующую машину (20, 20').3. The stabilizer according to claim 1 or 2, characterized in that the voltage source is a regulating machine (20, 20 '). 4. Стабилизатор по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что регулирующая машина (20, 20') и главная машина (2, 2') имеют общий вал (22).4. The stabilizer according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the control machine (20, 20 ') and the main machine (2, 2') have a common shaft (22). 5. Стабилизатор по п.4, отличающийся тем, что преобразователь (18') тока размещен на неподвижных частях главной машины и связан с обмотками (16) ротора главной машины посредством щеток (30) и контактных колец (32).5. The stabilizer according to claim 4, characterized in that the current converter (18 ') is located on the fixed parts of the main machine and connected to the windings (16) of the rotor of the main machine through brushes (30) and slip rings (32). 6. Стабилизатор по п.4, отличающийся тем, что регулирующая машина (20) и главная машина (2) являются бесщеточными, а преобразователь (18) тока выполнен вращающимся вместе с валом (22) ротора.6. The stabilizer according to claim 4, characterized in that the control machine (20) and the main machine (2) are brushless, and the current transducer (18) is made rotating together with the rotor shaft (22). 7. Стабилизатор по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что на валу (22) главной электрической машины установлен маховик.7. The stabilizer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a flywheel is installed on the shaft (22) of the main electric machine. 8. Стабилизатор по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что он содержит движущее средство для приложения силы к валу (22) главной электрической машины.8. The stabilizer according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it contains a driving means for applying force to the shaft (22) of the main electric machine. 9. Стабилизатор по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что он содержит нагрузочное средство для поглощения движущей силы вала (22) главной электрической машины.9. The stabilizer according to any one of claims 1 to 8, characterized in that it contains load means for absorbing the driving force of the shaft (22) of the main electric machine. 10. Энергосистема, включающая линии электропередачи и стабилизатор (84, 84А, 84В) параллельного типа по п.1.10. A power system including power lines and a stabilizer (84, 84A, 84B) of a parallel type according to claim 1. 11. Энергосистема по п.10, отличающаяся тем, что источник напряжения является независимым от линий электропередачи.11. The power system of claim 10, wherein the voltage source is independent of power lines. 12. Энергосистема по п.10 или 11, отличающаяся тем, что источник напряжения представляет собой регулирующую машину (20, 20').12. The power system according to claim 10 or 11, characterized in that the voltage source is a regulating machine (20, 20 '). 13. Энергосистема по любому из пп.10-12, отличающаяся тем, что регулирующая машина (20, 20') и главная машина (2, 2') имеют общий вал (22).13. The power system according to any one of paragraphs.10-12, characterized in that the control machine (20, 20 ') and the main machine (2, 2') have a common shaft (22). 14. Энергосистема по п.13, отличающаяся тем, что преобразователь (18') тока размещен на неподвижных частях главной машины и связан с обмотками (16) ротора главной машины посредством щеток (30) и контактных колец (32).14. The power system according to item 13, wherein the current transducer (18 ') is located on the fixed parts of the main machine and connected to the windings (16) of the rotor of the main machine through brushes (30) and slip rings (32). 15. Энергосистема по п.13, отличающаяся тем, что регулирующая машина (20) и главная машина (2) являются бесщеточными, а преобразователь (18) тока выполнен вращающимся вместе с валом (22) ротора.15. The power system according to item 13, wherein the control machine (20) and the main machine (2) are brushless, and the current transducer (18) is made rotating together with the rotor shaft (22). 16. Способ стабилизации напряжения в энергетической системе, включающий передачу электрической мощности между линией электропередачи и вращающейся главной электрической машиной (2, 2'), отличающийся тем, что регулируют электрическую мощность, подаваемую или получаемую главной электрической машиной (2, 2'), путем изменения частоты вращения ее ротора.16. A method of stabilizing voltage in a power system, comprising transmitting electric power between a power line and a rotating main electric machine (2, 2 '), characterized in that the electric power supplied or received by the main electric machine (2, 2') is controlled by changes in the rotational speed of its rotor. 17. Способ по п.16, отличающийся тем, что регулирование включает обеспечение протекания тока ротора через обмотки (16) ротора главной электрической машины (2, 2');17. The method according to p. 16, characterized in that the regulation includes ensuring the flow of rotor current through the windings (16) of the rotor of the main electric machine (2, 2 '); управление амплитудой, фазой и частотой напряжения ротора для достижения заданной амплитуды, фазы и частоты напряжения на обмотках (14) статора в главной электрической машине (2, 2').controlling the amplitude, phase and frequency of the rotor voltage to achieve a given amplitude, phase and frequency of the voltage across the stator windings (14) in the main electric machine (2, 2 '). 18. Способ по п.17, отличающийся тем, что регулирующую мощность обмотки ротора главной машины обеспечивают с помощью регулирующей машины (20, 20').18. The method according to 17, characterized in that the regulating power of the rotor winding of the main machine is provided with the help of a regulating machine (20, 20 '). 19. Способ по п.18, отличающийся тем, что вал регулирующей машины (20, 20') приводится в механическое вращение валом (22) главной электрической машины (2, 2').19. The method according to p. 18, characterized in that the shaft of the control machine (20, 20 ') is driven into mechanical rotation by the shaft (22) of the main electric machine (2, 2'). 20. Способ по любому из пп.16-19, отличающийся тем, что измеряют ток/напряжение в линии электропередачи для обнаружения возмущений его амплитуды, действующего значения, фазы или частоты, а регулирование осуществляют на основе, по меньшей мере, одного из обнаруженных возмущений.20. The method according to any one of paragraphs.16-19, characterized in that the current / voltage in the power line is measured to detect perturbations of its amplitude, current value, phase or frequency, and the regulation is carried out on the basis of at least one of the detected perturbations . 21. Способ по п.20, отличающийся тем, что измеряют температуру обмоток (14) статора указанной главной машины, и регулирование осуществляют также на основе этой температуры статора.21. The method according to claim 20, characterized in that the temperature of the stator windings (14) of the specified main machine is measured, and the regulation is also based on this stator temperature. 22. Способ по п.20 или 21, отличающийся тем, что22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that Фиг. 1аFIG. 1a Фиг. 1ЬFIG. 1b Фиг.2а измеряют температуру обмоток (16) ротора указанной главной машины, и регулирование осуществляют также на основе этой температуры ротора.Fig. 2a measures the temperature of the rotor windings (16) of the specified main machine, and regulation is also carried out based on this rotor temperature. 23. Способ по п.22, отличающийся тем, что регулирование в течение ограниченного времени дает электрическую мощность, которая превышает номинальную мощность главной электрической машины (2, 2') для непрерывного режима работы.23. The method according to item 22, wherein the regulation for a limited time gives an electric power that exceeds the rated power of the main electric machine (2, 2 ') for continuous operation. 24. Способ по любому из пп.16-23, отличающийся тем, что он включает передачу управляющей информации между стационарной и вращающейся частями главной машины.24. The method according to any one of paragraphs.16-23, characterized in that it includes the transmission of control information between the stationary and rotating parts of the main machine. 25. Способ по любому из пп.16-24, отличающийся тем, что он включает преобразование напряжения на обмотках (14) статора главной машины в напряжение, подходящее для энергетической системы.25. The method according to any one of paragraphs.16-24, characterized in that it includes converting the voltage across the windings (14) of the stator of the host machine into a voltage suitable for the power system.
EA200100866A 1999-04-30 2000-04-26 Rotating power system stabilizer EA003265B1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9901553A SE514818C2 (en) 1999-04-30 1999-04-30 Constant frequency machine with varying / variable speed and procedure for such machine
SE9903044A SE521391C2 (en) 1999-04-30 1999-08-27 AC machine has converter connected in between main and regulating machines, operated as an AC polyphase coupler or AC phase angle/voltage regulator or AC short circuit coupler during starting
SE9904478A SE514068C2 (en) 1999-04-30 1999-12-08 Rotary power system stabilizer
PCT/SE2000/000781 WO2000067358A1 (en) 1999-04-30 2000-04-26 Rotating power system stabilizer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA200100866A1 EA200100866A1 (en) 2002-04-25
EA003265B1 true EA003265B1 (en) 2003-02-27

Family

ID=27355972

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA200100866A EA003265B1 (en) 1999-04-30 2000-04-26 Rotating power system stabilizer

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP1177606A1 (en)
AU (1) AU4788700A (en)
CA (1) CA2367398A1 (en)
EA (1) EA003265B1 (en)
SE (1) SE514068C2 (en)
WO (1) WO2000067358A1 (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6670721B2 (en) 2001-07-10 2003-12-30 Abb Ab System, method, rotating machine and computer program product for enhancing electric power produced by renewable facilities
PL374861A1 (en) 2002-07-31 2005-11-14 Sydkraft Ab Electric machine
WO2007084037A1 (en) * 2006-01-23 2007-07-26 Abb Technology Ltd. A converter station and a method for control thereof
US8384319B2 (en) * 2010-04-28 2013-02-26 General Electric Company Systems and methods for controlling an inertia of a synchronous condenser
US9325229B2 (en) * 2013-03-15 2016-04-26 Hamilton Sundstrand Corporation Generator architecture with PMG exciter and main field rotating power converter
AT518513A1 (en) * 2016-03-24 2017-10-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Electric generator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3671850A (en) * 1970-11-19 1972-06-20 Walter E Mehnert Electric generator control system with radio feedback loop
JPH0695840B2 (en) * 1986-04-07 1994-11-24 関西電力株式会社 Control device for wire wound induction machine
US4723106A (en) * 1986-08-29 1988-02-02 General Electric Company Brushless generator exciter using hybrid rectifier
SE9704431D0 (en) * 1997-02-03 1997-11-28 Asea Brown Boveri Power control of synchronous machine

Also Published As

Publication number Publication date
EP1177606A1 (en) 2002-02-06
SE9904478L (en) 2000-10-31
SE514068C2 (en) 2000-12-18
WO2000067358A1 (en) 2000-11-09
EA200100866A1 (en) 2002-04-25
SE9904478D0 (en) 1999-12-08
AU4788700A (en) 2000-11-17
CA2367398A1 (en) 2000-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101164225B (en) Integrated torsional mode damping system and method
US8558405B2 (en) Method and system for operating and controlling a wind turbine to prevent excitation of subsynchronous oscillations within the wind turbine
Hansen et al. Conceptual survey of generators and power electronics for wind turbines
US8310074B2 (en) Method and apparatus for generating power in a wind turbine
US8994200B2 (en) Power system frequency inertia for power generation system
CN103541860B (en) Method and apparatus for adaptively controlling wind power plant turbine
EP3635838B1 (en) Adaptive current damping method and system for improved power converter control in wind turbine systems and control system
JP5086483B2 (en) Reduce the contribution of fault current from generators
JP2012516666A (en) Frequency inertia of wind turbine power system
RU2708646C1 (en) Method, as well as wind-driven electric power supply unit
KR20140051825A (en) Assembly operating in a variable regime
AU2018206230B2 (en) Power grid stabilising system
CN109301883B (en) Double-stator synchronous phase modulator with energy stored in rotor and control method thereof
EA003265B1 (en) Rotating power system stabilizer
CN102403943B (en) Method for inhibiting subsynchronous oscillation of turbo generator set by additional coaxial double-feed motor
Adekitan Supply instability induced torque variations of a three phase asynchronous motor
JP2018207574A (en) Microgrid control system and method
RU195774U1 (en) Generator set for auxiliary gas pumping unit
La Seta et al. New control scheme for doubly-fed induction generators to improve transient stability
US12009770B2 (en) System and method for providing grid-forming control of an inverter-based resource
RU2346373C1 (en) Uninterrupted power supply unit for computers and computer systems
Ostman Electrical engineering aspects
Paserba et al. Enhanced Generator Controls for the Improvement of Power System Voltage Stability
KR20240091585A (en) Generator
WO2023177393A1 (en) System and method for mitigating sub-synchronous oscillations in an inverter-based resource

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM

MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): RU