RU2190917C2 - Method for synchronizing excited synchronous machine with supply mains (versions) - Google Patents
Method for synchronizing excited synchronous machine with supply mains (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2190917C2 RU2190917C2 RU2000122756A RU2000122756A RU2190917C2 RU 2190917 C2 RU2190917 C2 RU 2190917C2 RU 2000122756 A RU2000122756 A RU 2000122756A RU 2000122756 A RU2000122756 A RU 2000122756A RU 2190917 C2 RU2190917 C2 RU 2190917C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- synchronous machine
- network
- excited synchronous
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при подключении к энергосистеме возбужденной синхронной машины, преимущественно электрогенератора. The invention relates to electrical engineering and can be used when connected to the power system of an excited synchronous machine, mainly an electric generator.
Известен способ синхронизации, состоящий в регулировании частоты возбужденной синхронной машины до совпадения частот машины и сети, ожидании момента совпадения фаз машины и сети и включении машины в сеть в момент совпадения фаз [В.Н. Константинов. Синхронизация судовых синхронных генераторов. Л., "Судостроение", 1965, с.256-267]. A known method of synchronization, consisting in regulating the frequency of the excited synchronous machine until the frequencies of the machine and the network coincide, waiting for the moment of coincidence of the phases of the machine and the network, and turning on the machine in the network at the moment of phase coincidence [V.N. Konstantinov. Synchronization of ship synchronous generators. L., "Shipbuilding", 1965, p. 256-267].
Недостатком этого способа является большая длительность синхронизации из-за длительности подготовки частоты и большого периода между моментами возможного подключения к сети. The disadvantage of this method is the long duration of synchronization due to the duration of the frequency preparation and the large period between the moments of a possible connection to the network.
Наиболее близок к изобретению способ синхронизации возбужденной синхронной машины, состоящий в регулировании частоты до получения допустимого скольжения, ожидании момента совпадения фаз и включении машины в сеть в момент совпадения фаз. При этом введены операции, обеспечивающие оптимизацию переходного процесса при установлении заданного скольжения [А.с. СССР 1043787, Н 02 J 73/40, 1983]. Этот способ принят за прототип. Closest to the invention is a method for synchronizing an excited synchronous machine, which consists in controlling the frequency until an acceptable slip is obtained, waiting for the phase to coincide, and turning on the machine in the network at the moment of phase coincidence. At the same time, operations were introduced that provide optimization of the transient process when establishing a given slip [A.S. USSR 1043787, H 02 J 73/40, 1983]. This method is adopted as a prototype.
Недостаток прототипа состоит в большой длительности синхронизации, поскольку эта длительность складывается из двух последовательных во времени процессов: сначала происходит точная подгонка частоты машины (допустимое скольжение 0,05. . . 0,2 Гц, т.е. частота должна поддерживаться с точностью 0,1%) и затем ожидание совпадения фаз на этой частоте. Точная подгонка требует малых изменений расхода топлива в приводном двигателе, в итоге процесс подгонки идет медленно и занимает минуты. Этот недостаток особенно заметен при использовании газотурбинных установок на базе авиационных двигателей, у которых время пуска от нажатия кнопки до холостого хода составляет 2 мин. Эти установки можно использовать для экстренного восполнения дефицита мощности, но длительность синхронизации серьезно ограничивает эту возможность. The disadvantage of the prototype is the long duration of synchronization, since this duration consists of two sequential processes in time: first, an exact adjustment of the machine frequency occurs (allowable slip of 0.05 ... 0.2 Hz, i.e., the frequency must be maintained with an accuracy of 0, 1%) and then waiting for the phase matching at this frequency. Accurate adjustment requires small changes in fuel consumption in the drive engine, as a result, the adjustment process is slow and takes minutes. This disadvantage is especially noticeable when using gas turbine units based on aircraft engines, in which the start-up time from pressing a button to idle is 2 minutes. These settings can be used for emergency replenishment of power shortages, but the duration of synchronization seriously limits this possibility.
Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в уменьшении длительности синхронизации. The technical problem solved by the invention is to reduce the duration of synchronization.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в способе синхронизации возбужденной электрической машины, при котором регулируют частоту напряжения возбужденной синхронной машины в направлении сближения с частотой сети, измеряют разность фаз, включают машину в сеть в момент совпадение фаз, согласно изобретению при частоте напряжения возбужденной синхронной машины ниже, чем частота сети, увеличивают частоту напряжения возбужденной синхронной машины до уровня большего, чем частота сети, а измерение разности фаз начинают, когда частота напряжения возбужденной синхронной машины станет больше частоты сети. The specified technical result is ensured by the fact that in the synchronization method of an excited electric machine, in which the voltage frequency of the excited synchronous machine is adjusted in the direction of approach to the network frequency, the phase difference is measured, the machine is switched on to the network at the moment of phase coincidence, according to the invention, when the voltage frequency of the excited synchronous machine lower than the frequency of the network, increase the frequency of the voltage of the excited synchronous machine to a level greater than the frequency of the network, and the measurement of the phase difference begins when and the voltage frequency of the excited synchronous machine will become higher than the network frequency.
Кроме того, указанный технический результат достигается также тем, что в способе синхронизации возбужденной синхронной электрической машины с сетью, при котором регулируют частоту напряжения возбужденной синхронной машины в направлении сближения с частотой сети, измеряют разность фаз и включают машину в сеть в момент совпадения фаз, согласно изобретению при частоте напряжения возбужденной синхронной машины выше, чем частота сети, уменьшают частоту напряжения возбужденной синхронной машины до уровня меньшего, чем частота сети, а измерение разности фаз начинают, когда частота напряжения возбужденной синхронной машины станет меньше частоты сети. In addition, this technical result is also achieved by the fact that in the method for synchronizing an excited synchronous electric machine with a network, in which the voltage frequency of the excited synchronous machine is adjusted in the direction of approach with the network frequency, the phase difference is measured and the machine is connected to the network at the moment of phase coincidence, according to the invention when the voltage frequency of the excited synchronous machine is higher than the frequency of the network, reduce the voltage frequency of the excited synchronous machine to a level lower than the frequency of the network, and measure The phase difference begins when the voltage frequency of the excited synchronous machine becomes lower than the mains frequency.
Кроме того, изменение частоты напряжения возбужденной синхронной машины производят с постоянным ускорением, не превышающим половины квадрата частоты скольжения. In addition, the voltage frequency of the excited synchronous machine is changed with constant acceleration not exceeding half the square of the slip frequency.
При этом для повышения точности синхронизации вычисляют вторую производную разности фаз и определяют момент совпадения фаз при постоянной второй производной разности фаз. In order to increase the accuracy of synchronization, the second derivative of the phase difference is calculated and the moment of phase coincidence is determined at a constant second derivative of the phase difference.
Способ исключает операцию точной подгонки частоты машины. Для обеспечения минимального толчка при включении машины в сеть определяющей является не разность частот, и тем более не постоянство этой разности, чего добивались в прототипе, а совпадение фаз, что может быть достигнуто и при переменной частоте машины. При росте частоты машины, начиная от частоты сети, проходится весь диапазон малых скольжений и имеется достаточно времени для совпадения фаз. The method eliminates the operation of fine-tuning the frequency of the machine. To ensure the minimum impulse when turning on the machine in the network, the determining factor is not the frequency difference, and especially not the constancy of this difference, which was achieved in the prototype, but the phase matching, which can be achieved with a variable frequency of the machine. With an increase in the frequency of the machine, starting from the frequency of the network, the entire range of small slides is covered and there is enough time for the phases to coincide.
Как правило, включение в сеть происходит при первом совпадении фаз при частоте напряжения возбужденной синхронной машины, большей частоты сети. Изменение частоты напряжения возбужденной машины с постоянным ускорением наиболее естественно, т.к. соответствует увеличению расхода топлива в приводном двигателе на постоянную величину, т.е. тоже без длительных переходных процессов. Равноускоренное движение ротора машины учитывается предлагаемым расчетом момента совпадения фаз и уменьшает толчок при подключении к сети. Typically, the inclusion in the network occurs at the first phase coincidence at a voltage frequency of the excited synchronous machine, greater than the frequency of the network. Changing the voltage frequency of an excited machine with constant acceleration is most natural, because corresponds to a constant increase in fuel consumption in the drive engine, i.e. also without lengthy transients. The uniformly accelerated movement of the rotor of the machine is taken into account by the proposed calculation of the moment of phase coincidence and reduces the shock when connected to the network.
На фиг.1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг.2 - осциллограмма синхронизации в соответствии с предлагаемым способом. Figure 1 presents a diagram of a device that implements the method; figure 2 - waveform synchronization in accordance with the proposed method.
Устройство содержит измерители частоты напряжения возбужденной синхронной машины 1, измеритель частоты сети 2 и измеритель разности фаз 3. Токовые выходы измерителей подключены к многоканальному аналого-цифровому преобразователю 4, выходы каналов 5, 6, 7 которого подключены к электронно-вычислительной машине 8. Программа электронно-вычислительной машины содержит сумматор 9, вычислитель 10, нуль-органы 11 и 12, интегратор 13, регулятор 14 и ключ 15. The device contains voltage frequency meters of an excited synchronous machine 1, a network frequency meter 2 and a phase difference meter 3. The current outputs of the meters are connected to a multi-channel analog-to-digital converter 4, the outputs of channels 5, 6, 7 of which are connected to an electronic computer 8. The program is electronically -computing machine contains an adder 9, a calculator 10, zero-organs 11 and 12, an integrator 13, a regulator 14 and a key 15.
Выход канала 5 и выход канала 7 соединены с входами сумматора 9, выход которого связан с входами нуль-органов 11 и 12. Выход нуль-органа 11 связан с входом запуска интегратора 13, выход которого связан с входом уставки регулятора 14. Вход регулируемой величины регулятора 14 соединен с выходом канала 5, а выход регулятора 14 связан с входом цифроаналогового преобразователя 16. The output of channel 5 and the output of channel 7 are connected to the inputs of the adder 9, the output of which is connected to the inputs of the null organs 11 and 12. The output of the null organ 11 is connected to the start input of the integrator 13, the output of which is connected to the input of the regulator 14. The input of the adjustable value of the regulator 14 is connected to the output of channel 5, and the output of controller 14 is connected to the input of the digital-to-analog converter 16.
Выход нуль-органа 12 связан с управляющим входом ключа 15, через который дискретный сигнал с выхода вычислителя 10 проходит на управление выключателем, соединяющим машину с сетью (не показан). Второй выход ключа 15 связан с входом сброса интегратора 13. The output of the null-organ 12 is connected to the control input of the key 15, through which a discrete signal from the output of the computer 10 passes to the control of the switch connecting the machine to the network (not shown). The second output of the key 15 is connected to the reset input of the integrator 13.
Устройство работает следующим образом. Напряжение возбужденной машины поступает на измеритель 1 частоты этого напряжения, где преобразуется в сигнал постоянного тока, пропорциональный частоте напряжения возбужденной синхронной машины. Аналогично в измерителе 2 образуется сигнал тока, пропорциональный частоте сети. В измерителе 3 образуется токовый сигнал, пропорциональный разности фаз машины и сети. Он может быть получен, например, следующим образом: в интервале от перехода через ноль напряжения машины до перехода через ноль напряжения сети импульсы генератора высокой частоты подаются на счетчик, результат счета переписывается в регистр и преобразуется в аналоговый токовый сигнал; цикл повторяется в каждом периоде напряжения машины. Эти токовые сигналы в аналого-цифровом преобразователе 4 преобразуются в коды Kfк, Kfс, Kpφ соответственно.The device operates as follows. The voltage of the excited machine is supplied to a frequency meter 1 of this voltage, where it is converted into a direct current signal proportional to the voltage frequency of the excited synchronous machine. Similarly, a current signal proportional to the mains frequency is generated in meter 2. In meter 3, a current signal is generated proportional to the phase difference between the machine and the network. It can be obtained, for example, as follows: in the interval from the transition from zero voltage of the machine to the transition through zero voltage of the network, the pulses of the high-frequency generator are fed to the counter, the result of the count is transferred to the register and converted to an analog current signal; the cycle is repeated in each voltage period of the machine. These current signals in the analog-to-digital Converter 4 are converted into codes Kf to , Kf s , K pφ, respectively.
Далее коды Kfг и Kfс поступают на суммирующий и вычитающий входы 9 сумматора, который выделяет код скольжения Ks, поступающий на входы нуль-органов 11 и 12. Нуль-орган 11 определяет момент, когда скольжение машины относительно сети превысит величину Smin. Эта величина отрицательная, и она определяет момент, начиная с которого режим разгона ротора машины сменяется увеличением ее частоты с постоянным ускорением. Как правило, это постоянное ускорение меньше скорости разгона. Величина скольжения Smin подбирается так, чтобы режим постоянного ускорения установился до сравнения частоты напряжения возбужденной синхронной машины и частоты сети. Типичное значение Smin= -0,1 Гц.Next, the codes Kf g and Kf s are fed to the summing and subtracting inputs 9 of the adder, which selects the slip code K s , which is received at the inputs of the null organs 11 and 12. The null organ 11 determines the moment when the slip of the machine relative to the network exceeds the value of S min . This value is negative, and it determines the moment from which the acceleration mode of the rotor of the machine is replaced by an increase in its frequency with constant acceleration. Typically, this constant acceleration is less than the acceleration speed. The slip value S min is selected so that the constant acceleration mode is established before comparing the frequency of the voltage of the excited synchronous machine and the network frequency. Typical S min = -0.1 Hz.
Сигнал о превышении Smin с выхода нуль-органа 11 запускает интегратор 13, который вырабатывает линейно-возрастающую уставку на регулятор 14 частоты вращения машины, которая пропорциональна частоте fr; частота вращения синхронной машины будет возрастать с постоянным ускорением до прекращения работы интегратора 13. Во время работы интегратора 13 изменяется код КДН на выходе регулятора 14 и через дозатор 16 увеличивается расход топлива в приводе синхронной машины.The signal about the excess of S min from the output of the zero-organ 11 starts the integrator 13, which generates a linearly increasing setpoint on the speed controller 14 of the machine, which is proportional to the frequency f r ; synchronous machine speed increases with constant acceleration until termination of operation of the integrator 13. In operation, the integrator 13 changes the code K DN output controller 14 and through the dispenser 16 increases the fuel consumption in the actuator of the synchronous machine.
В момент равенства частот возбужденной синхронной машины и сети код скольжения Ks= 0 и срабатывает нуль-орган 12. Режим постоянного ускорения длится до достижения максимального скольжения Smax, допустимого по условиям точной синхронизации, типичное значение Smax=0,2...0,3 Гц. Ускорение возбужденной синхронной машины должно быть таким, чтобы при любых начальных условиях фазы напряжений машины и сети совпали раньше, чем будет достигнуто Smax. В самом неблагоприятном случае совпадения фаз в момент равенства частоты напряжения возбужденной синхронной машины и частоты сети это условие выполняется, когда постоянное ускорение не превышает половины квадрата максимального скольжения:
Определение момента совпадения фаз по изменению Kpφ проводится в вычислителе 10, в котором определяется при каждом i - измерении Kpφ также скорость 
Интервал до совпадения фаз определяется из решения уравнения
где t - время от момента измерения до момента совпадения фаз.At the moment of equal frequencies of the excited synchronous machine and the network, the slip code is K s = 0 and the zero-organ 12 is triggered. The constant acceleration mode lasts until the maximum slip S max acceptable under the exact synchronization conditions is reached, typical value S max = 0.2 ... 0.3 Hz. The acceleration of the excited synchronous machine must be such that, under any initial conditions, the phases of the voltage of the machine and the network coincide earlier than S max . In the worst case of phase coincidence at the moment the voltage frequency of the excited synchronous machine is equal to the network frequency, this condition is satisfied when the constant acceleration does not exceed half the maximum slip square:
The determination of the moment of phase coincidence from the change in K pφ is carried out in calculator 10, in which the speed is also determined for each i - measurement of K pφ
The interval until the phases coincide is determined from the solution of the equation
where t is the time from the moment of measurement to the moment of phase coincidence.
Когда это время станет равным времени срабатывания выключателя, соединяющего машину с сетью, вычислитель 10 выдает команду на замыкание этого выключателя. Эта команда проходит через ключ 15, открытый сигналом нуль-органа 12 с момента равенства частот fr и fc, где fc - частота напряжения сети.When this time becomes equal to the response time of the switch connecting the machine to the network, the calculator 10 issues a command to close this switch. This command passes through the key 15, opened by the signal of the zero-organ 12 from the moment the frequencies f r and f c are equal, where f c is the frequency of the mains voltage.
Команда вычислителя проходит также на вход сброса интегратора 13. The command of the calculator also passes to the reset input of the integrator 13.
На фиг. 2 представлено изменение параметров в типичном эксперименте с синхронизацией предлагаемым способом. Кривая 17 отображает частоту напряжения возбужденной синхронной машины, кривая 18 - частоту сети, кривая 19 - разность фаз, кривая 20 - ток фазы А, кривая 21 - активную мощность машины. In FIG. 2 shows the change in parameters in a typical experiment with synchronization by the proposed method. Curve 17 shows the voltage frequency of the excited synchronous machine,
Как видно на фиг.2, до момента t1 происходил начальный разгон машины, а с момента t1 - изменение частоты 17 напряжения возбужденной синхронной машины с постоянным ускорением. При этом разность фаз 19 меняется по закону квадратичной параболы. В момент t2 частота 17 напряжения возбужденной синхронной машины сравнивается с частотой 18 сети и с этого момента происходит уменьшение разности фаз 19 и рассчитывается время подачи команды на замыкание выключателя. В момент t3 разность фаз близка к нулю, замыкается выключатель. Возникает небольшой толчок тока 20 (около 5% номинального тока машины), и на этом синхронизация заканчивается. Качание ротора машины (видимое по току и мощности 21) затухает за один период.As can be seen in figure 2, until the moment t 1 there was an initial acceleration of the machine, and from the moment t 1 - a change in the frequency 17 of the voltage of the excited synchronous machine with constant acceleration. In this case, the
Для газотурбинной установки мощностью 20 МВт среднее за 15 пусков время синхронизации предложенным способом не превышает 20 с. For a gas turbine unit with a capacity of 20 MW, the average over 15 starts, the synchronization time of the proposed method does not exceed 20 s.
Таким образом, в результате использования предлагаемого изобретения длительность синхронизации сокращается в несколько раз. Thus, as a result of using the present invention, the duration of synchronization is reduced by several times.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000122756A RU2190917C2 (en) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | Method for synchronizing excited synchronous machine with supply mains (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000122756A RU2190917C2 (en) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | Method for synchronizing excited synchronous machine with supply mains (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000122756A RU2000122756A (en) | 2002-08-20 |
| RU2190917C2 true RU2190917C2 (en) | 2002-10-10 |
Family
ID=20239677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000122756A RU2190917C2 (en) | 2000-09-01 | 2000-09-01 | Method for synchronizing excited synchronous machine with supply mains (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2190917C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2566667C1 (en) * | 2014-10-23 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method for synchronising two three-phase electric energy systems |
-
2000
- 2000-09-01 RU RU2000122756A patent/RU2190917C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КОНСТАНТИНОВ В.М. Синхронизация судовых синхронных генераторов. - Л.: Судостроение, 1965, с. 256-267. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2566667C1 (en) * | 2014-10-23 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Method for synchronising two three-phase electric energy systems |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8198753B2 (en) | Power system with method for adding multiple generator sets | |
| US7656060B2 (en) | Power system with method for adding multiple generator sets | |
| EP2507905B1 (en) | A softstarter for controlling an asynchronous three-phase motor | |
| CN107453375A (en) | Primary frequency modulation electricity compensation Precise control method and device under giant water turbine generator set power mode | |
| WO2016180271A1 (en) | System and method of controlling electric car charging post on the basis of electric grid frequency regulation | |
| RU2190917C2 (en) | Method for synchronizing excited synchronous machine with supply mains (versions) | |
| US4628460A (en) | Microprocessor controlled phase shifter | |
| CN107241028B (en) | A kind of inverter parallel droop control method based on electricity virtualization | |
| RU2359384C1 (en) | Method of synchronising excited synchronous machine with mains | |
| CN108134541B (en) | asynchronous motor soft starter and predictive feedback control method based on same | |
| EP0641445B1 (en) | A method of sensing the rms value of a waveform | |
| KR200307524Y1 (en) | Control device of parallel operative generator | |
| JPH11510579A (en) | Turbine speed control system and turbine speed control method at load reduction | |
| JPH0467730A (en) | Automatic synchronization controller | |
| RU2770910C1 (en) | Method for synchronizing an excited synchronous machine with a network | |
| SU983690A1 (en) | Alternating current electric power regulator (its versions) | |
| SU1467731A1 (en) | Self-sufficient power unit | |
| JP2000507795A (en) | Method and apparatus for determining short circuit power in a power network | |
| RU2457597C1 (en) | Method for synchronisation of excited synchronous machine with mains | |
| RU2107982C1 (en) | Method for controlling converters by means of microprocessor system | |
| SU1721774A1 (en) | Method of regulation of rotational speed of rotor of thyratron motor | |
| RU2038489C1 (en) | Method of starting and synchronizing steam turbine unit | |
| JPS63114599A (en) | Variable speed power generator | |
| SU1372569A2 (en) | Apparatus for presetting speed of electric drive | |
| SU1092691A1 (en) | Method of controlling synchronous generator when energizing and device for effecting same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070902 |