RU50726U1

RU50726U1 - DEVICE FOR COMBINING THREE-PHASE POWER SYSTEMS BASED ON THE CONTROL OF MAGNETIZATION OF TWO-WAY REACTORS

Info

Publication number: RU50726U1
Application number: RU2004134225/22U
Authority: RU
Inventors: Аркадий Владиславович Макаров; Олег Викторович Таламанов
Original assignee: Ивановский государственный энергетический университет
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-01-20

Abstract

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к устройствам для повышения надежности работы объединенных энергосистем. Технический результат заключается в повышении качества электроэнергии в объединяемых энергосистемах путем обеспечения постоянства во времени активной мощности, передаваемой через устройство.Сущность заключается в том, что система состоит из трех параллельных цепей передачи на основе групп из двух управляемых подмагничиванием двухобмоточных реакторов на каждую фазу, сдвинутых друг относительно друга схемным путем на угол 120 и 240 электрических градусов. Этим достигается возможность передачи активной мощности через устройство при углах между векторами напряжений связываемых энергосистем, равных (0±180)·n гр. (где n=1, 2, 3...) не менее чем через две цепи передачи.The utility model relates to the field of electric power industry, and in particular to devices for increasing the reliability of the combined power systems. The technical result consists in improving the quality of electric power in the combined power systems by ensuring the constant active power transmitted through the device in time. The essence is that the system consists of three parallel transmission circuits based on groups of two magnetized bi-winding reactors for each phase, shifted by each other relative to each other by a circuit at an angle of 120 and 240 electrical degrees. This makes it possible to transfer active power through the device at angles between the voltage vectors of the connected power systems equal to (0 ± 180) (where n = 1, 2, 3 ...) through at least two transmission circuits.

Description

Полезная модель относится к области электроэнергетики, а именно к устройствам для повышения надежности работы объединенных энергосистем. Известно, что при объединении мощных энергосистем относительно слабыми межсистемными связями возникают трудности с регулированием перетока мощности по этим связям, особенно при возникновении аварийных режимов в энергообъединениях. Эти трудности могут быть преодолены объединением энергосистем гибкими связями, обеспечивающими возможность параллельной работы при различных частотах объединяемых энергосистем.The utility model relates to the field of electric power industry, and in particular to devices for increasing the reliability of the combined power systems. It is known that when combining powerful power systems with relatively weak intersystem connections, difficulties arise in regulating the power flow through these connections, especially in the event of emergency conditions in power systems. These difficulties can be overcome by combining power systems with flexible connections, providing the possibility of parallel operation at different frequencies of the combined power systems.

Известны устройства для объединения энергосистем, позволяющие осуществлять передачу активной мощности, при различных частотах энергосистем, с применением вставки постоянного тока, выполненной в виде совмещенных на одной подстанции выпрямителя и инвертора /1/, а также вставки с использованием асинхронной машины двойного питания и специального двигатель-генератора /2/.Known devices for combining power systems that allow for the transfer of active power at different frequencies of power systems using a direct current insert made in the form of a rectifier and inverter / 1 / combined at the same substation, as well as an insert using an asynchronous dual-power machine and a special motor generator / 2 /.

Однако предлагаемые вставки постоянного тока отличаются относительной сложностью, высокой стоимостью оборудования и пониженной надежностью, а в синхронной машине двойного питания имеются трудности токосъема с ротора при больших мощностях, и необходимо применение дополнительных трансформаторов.However, the proposed DC inserts are characterized by relative complexity, high equipment costs and reduced reliability, and in a synchronous dual-power machine there are difficulties in collecting current from the rotor at high powers, and the use of additional transformers is necessary.

Известно устройство для объединения энергосистем, содержащее группы подмагничиваемых трансформаторов, число которых кратно числу фаз электропередачи, группы состоят из двух управляемых трехобмоточных трансформаторов, первичные обмотки трансформаторов каждой группы соединены последовательно согласно, вторичные обмотки - соединены последовательно встречно, причем указанные последовательно соединенные первичные обмотки групп трансформаторов различных фаз соединены между собой, например, в "звезду" и подключены к одной из объединяемых систем, а указанные последовательно соединенные вторичные обмотки соединены, например, в "звезду" и подключены к другой системе, обмотки управления первых трансформаторов каждой группы соединены последовательно согласно и подключены к управляемому источнику постоянного напряжения, а обмотки управления вторых трансформаторов соединены последовательно согласно и подключены к другому управляемому источнику постоянного напряжения /3/.A device for combining energy systems containing groups of magnetizable transformers, the number of which is a multiple of the number of phases of transmission, the groups consist of two controllable three-winding transformers, the primary windings of the transformers of each group are connected in series, the secondary windings are connected in series, the above-mentioned series-connected primary windings of the groups of transformers different phases are interconnected, for example, in a "star" and connected to one of systems, and the indicated series-connected secondary windings are connected, for example, in a "star" and connected to another system, the control windings of the first transformers of each group are connected in series according to and connected to a controlled constant voltage source, and the control windings of the second transformers are connected in series according to and connected to another controlled source of constant voltage / 3 /.

Однако в этом устройстве, никакими изменениями токов в обмотках управления, невозможно добиться передачи активной мощности при углах 8 между векторами напряжений объединяемых систем, равных (0±180)·n гр. (где n=1, 2, 3...). Следовательно передаваемая через устройство активная мощность пульсирует от нулевого до максимального значений, что вызывает колебания частот в объединяемых энергосистемах.However, in this device, by any changes in the currents in the control windings, it is impossible to achieve the transfer of active power at angles of 8 between the voltage vectors of the combined systems equal to (0 ± 180) · n gr. (where n = 1, 2, 3 ...). Therefore, the active power transmitted through the device pulsates from zero to maximum values, which causes frequency fluctuations in the combined power systems.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для объединения энергосистем, содержащее группы подмагничиваемых трансформаторов, число которых кратно числу фаз электропередачи, а группы состоят из четырех управляемых трехобмоточных трансформаторов. Первичные обмотки трансформаторов каждой группы соединены последовательно согласно, вторичные обмотки первого и второго, третьего и четвертого трансформаторов каждой группы включены попарно последовательно согласно, а пары указанных вторичных обмоток соединены между собой последовательно встречно, причем указанные последовательно соединенные первичные обмотки групп трансформаторов различных фаз соединены между собой, например, в "звезду" и подключены к одной из объединяемых систем, а указанные последовательно соединенные вторичные обмотки групп трансформаторов разных фаз соединены между собой, например, в "звезду" и подключены к другой системе. Обмотки управления первого и второго, третьего и четвертого трансформаторов каждой группы включены попарно последовательно встречно. Последовательно соединенные обмотки управления первых пар трансформаторов всех групп соединены последовательно и подключены к управляемому источнику постоянного напряжения. Последовательно соединенные обмотки управления вторых пар трансформаторов всех групп соединены последовательно и подключены к другому управляемому источнику постоянного напряжения /4/.Closest to the proposed device is selected as a prototype device for combining power systems containing groups of magnetizable transformers, the number of which is a multiple of the number of phases of transmission, and the groups consist of four controllable three-winding transformers. The primary windings of the transformers of each group are connected in series according to, the secondary windings of the first and second, third and fourth transformers of each group are connected in pairs in series according to, and the pairs of these secondary windings are connected in series with each other, and these series-connected primary windings of the groups of transformers of different phases are interconnected , for example, in the "star" and connected to one of the combined systems, and the specified series-connected secondary e transformer coil groups of different phases are interconnected, for example in a "star" and connected to another system. The control windings of the first and second, third and fourth transformers of each group are connected in pairs in series with each other. Serially connected control windings of the first pairs of transformers of all groups are connected in series and connected to a controlled constant voltage source. Serially connected control windings of the second pairs of transformers of all groups are connected in series and connected to another controlled constant voltage source / 4 /.

Недостатком известного устройства является невозможность передачи активной мощности через него при углах 5 между векторами напряжений объединяемых энергосистем равных (0±180)·n гр. (где n=1, 2, 3...). Вследствие этого обменная активная мощность при работе объединяемых систем с разными частотами пульсирует от нулевого до максимального значений, что вызывает колебания частот в объединяемых энергосистемах. Колебания частот приводят к колебаниям мощностей нагрузок и качаниям генераторов в объединяемых системах, что вызывает колебания напряжений в этих системах и при определенных обстоятельствах может привести к нарушению их устойчивости.A disadvantage of the known device is the inability to transfer active power through it at angles of 5 between the voltage vectors of the combined power systems equal to (0 ± 180) · n gr. (where n = 1, 2, 3 ...). As a result, the exchange active power during operation of the combined systems with different frequencies pulsates from zero to maximum values, which causes frequency fluctuations in the combined power systems. Frequency fluctuations lead to fluctuations in power loads and oscillations of generators in the combined systems, which causes voltage fluctuations in these systems and, under certain circumstances, can lead to a violation of their stability.

Весьма близким к предполагаемому устройству являются устройства «Электрический управляемый подмагничиванием реактор» /5/ и «Электрический реактор с регулируемым подмагничиванием» /6/. Управляемый подмагничиванием реактор содержит магнитопровод, на котором расположены две обмотки: рабочая обмотка и обмотка подмагничивания. При изменении тока в обмотке подмагничивания, происходит изменение индуктивного сопротивления реактора.Very close to the proposed device are the device "Electric controlled magnetization reactor" / 5 / and "Electric reactor with controlled magnetization" / 6 /. The magnetization controlled reactor contains a magnetic circuit on which two windings are located: a working winding and a magnetization winding. When the current in the magnetization winding changes, the inductive reactance of the reactor changes.

Указанное свойство управляемого подмагничиванием реактора использовано для создания устройства межсистемной связи.The indicated property of a magnetization controlled reactor was used to create an intersystem communication device.

Целью полезной модели является повышение качества электроэнергии в объединяемых энергосистемах путем обеспечения постоянства во времени активной мощности, передаваемой через устройство.The purpose of the utility model is to improve the quality of electricity in the combined power systems by ensuring the constancy in time of the active power transmitted through the device.

Указанная цель достигается тем, что устройство для объединения трехфазных энергосистем, содержит две полуцепи передачи сдвинутых схемным путем друг относительно друга на угол 180 электрических градусов, содержащая каждая три группы из двух управляемых подмагничиванием двухобмоточных реакторов. Две полуцепи передачи образуют управляемую трехфазную цепь передачи. Причем три цепи передачи образуют линию передачи. При этом одноименные фазные выводы первой связываемой энергосистемы всех трех цепей передачи подключены к фазам А, В, С первой объединяемой системы, одинаково, а одноименные фазные выводы второй объединяемой энергосистемы, первой, второй и третьей цепей передачи подключены соответственно к физам А, В. С; В, С, А и С, А, В второй энергосистемы. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается от прототипа наличием трех идентичных управляемых трехфазных цепей передачи, использующих управляемые подмагничиванием двухобмоточные реакторы вместо подмагничиваемых трансформаторов; порядком подключения их выводов вторичных обмоток ко второй объединяемой энергосистеме. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".This goal is achieved by the fact that the device for combining three-phase power systems contains two transmission semi-circuits shifted by a circuit with respect to each other at an angle of 180 electrical degrees, each containing three groups of two bi-winding reactors controlled by bias. Two transmission semi-circuits form a controlled three-phase transmission circuit. Moreover, three transmission circuits form a transmission line. In this case, the same phase terminals of the first connected power system of all three transmission circuits are connected to phases A, B, C of the first combined system, identically, and the same phase terminals of the second combined power system, first, second and third transmission circuits are connected respectively to physicists A, B. C ; B, C, A and C, A, B of the second power system. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs from the prototype in the presence of three identical controlled three-phase transmission circuits using bi-winding reactors controlled by magnetization instead of magnetizable transformers; the procedure for connecting their terminals of the secondary windings to the second integrated power system. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, не выявило сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".The features distinguishing the claimed solution from the prototype did not reveal a comparison of the claimed solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in the art, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences".

Предлагаемое устройство схематически изображено на чертеже. Устройство содержит три идентичных управляемых трехфазных цепи передачи 1-3. Одноименные фазные выводы A1, B1, C1 первой энергосистемы всех трех цепей передачи 1, 2, 3 подключены к фазам А, В, С первой объединяемой системы S1, одинаково. Одноименные фазные выводы второй энергосистемы А2, В2, С2 первой 1, второй 2 и третьей 3 цепей передачи подключены соответственно к фазам. A, В, С; В, А, С и С, А, В второй энергосистемы S2. Каждая из цепей передачи 1-3 выполнена из двух полуцепей, сдвинутых схемным путем друг относительно друга на угол 180 электрических градусов, содержащая каждая три группы из двух управляемых подмагничиванием двухобмоточных реакторов. Одноименные фазные выводы второй энергосистемы полуцепей, сдвинутых схемным путем на угол 180 электрических градусов A3, В3, С3 первой, второй и третьей цепей передачи подключены соответственно к фазам А, В, С; В, А, С и С, А, В второй энергосистемы S2.The proposed device is schematically depicted in the drawing. The device contains three identical controlled three-phase transmission circuit 1-3. The same phase terminals A1, B1, C1 of the first power system of all three transmission circuits 1, 2, 3 are connected to phases A, B, C of the first combined system S1, the same way. The same phase terminals of the second power system A2, B2, C2 of the first 1, second 2 and third 3 transmission circuits are connected respectively to the phases. A, B, C; B, A, C and C, A, B of the second power system S2. Each of the transmission circuits 1-3 is made of two semi-circuits, schematically shifted relative to each other by an angle of 180 electrical degrees, each containing three groups of two magnetically controlled double-winding reactors. The same phase leads of the second power system of the semi-circuits shifted by a circuit through an angle of 180 electrical degrees A3, B3, C3 of the first, second and third transmission circuits are connected respectively to phases A, B, C; B, A, C and C, A, B of the second power system S2.

Для пояснения принципа действия устройства рассматривается случай, когда напряжения объединяемых систем неизменны по амплитуде. В этом случае величина и направление передаваемой одной цепью передачи активной мощности определяется разностью токов в ее обмотках управления и углом между векторами напряжений на выводах A1, B1, C1 первой энергосистемы и А2, В2, С2 второй энергосистемы этой цепи передачи, причем при углах между векторами указанных напряжений, равных (0±180)·n гр. (где n=1, 2, 3...), передача активной мощности невозможна. Поэтому первая цепь передачи 1, три фазных вывода которой A1, B1, C1 подключены соответственно к фазам А, В, С первой системы S1, а три фазных вывода А2, В2, С2 - соответственно к фазам А, В, С второй объединяемой системы S2, не может передавать активную мощность при углах δ=(0±180)·n гр. Вторая цепь передачи 2, три фазных вывода которой А1, B1, C1 подключены соответственно к фазам А, В, С первой системы S1, а три фазных вывода А2. В2, С2 - соответственно к фазам В, С, А второй системы S2, не может передавать активную мощность при углах δ=(120±180)·n гр. Третья цепь передачи 3, три фазных вывода которой A1, B1, C1 подключены соответственно к фазам А, В, С первой системы S1, а три фазных вывода А2, В2, С2 -соответственно к фазам С, А, В второй системы S2, не может передавать активную мощность при углах δ=(240±180)·n гр. Следовательно активная мощность может передаваться через устройство при любых значениях угла 5, причем, как минимум по двум цепям передачи. При непрерывном изменении угла δ со скоростью, определяемой разностью частот объединяемых энергосистем, соответствующим изменением разностей между величинами токов управления цепей передачи можно обеспечить заданное по величине и направлению постоянное во времени суммарное значение передаваемой тремя цепями передачи активной мощности. Предлагаемое устройство реверсивно. Применение его позволяет передавать активную мощность из одной системы в другую, несмотря на несовпадение частот.To explain the principle of operation of the device, the case is considered when the voltages of the combined systems are constant in amplitude. In this case, the magnitude and direction of the active power transmitted by one transmission circuit is determined by the difference of the currents in its control windings and the angle between the voltage vectors at the terminals A1, B1, C1 of the first power system and A2, B2, C2 of the second power system of this transmission circuit, and at angles between the vectors the specified stresses equal to (0 ± 180) · n gr. (where n = 1, 2, 3 ...), the transfer of active power is impossible. Therefore, the first transmission circuit 1, the three phase outputs of which A1, B1, C1 are connected respectively to the phases A, B, C of the first system S1, and the three phase outputs A2, B2, C2, respectively, to the phases A, B, C of the second combined system S2 , cannot transmit active power at angles δ = (0 ± 180) · n gr. The second transmission circuit 2, the three phase outputs of which A1, B1, C1 are connected respectively to the phases A, B, C of the first system S1, and three phase outputs A2. B2, C2 - respectively, to phases B, C, A of the second system S2, cannot transmit active power at angles δ = (120 ± 180) · n gr. The third transmission circuit 3, the three phase outputs of which A1, B1, C1 are connected respectively to phases A, B, C of the first system S1, and the three phase outputs A2, B2, C2, respectively, to phases C, A, B of the second system S2, are not can transmit active power at angles δ = (240 ± 180) · n gr. Therefore, the active power can be transmitted through the device at any angle 5, with at least two transmission circuits. With a continuous change in the angle δ at a speed determined by the frequency difference of the combined power systems, a corresponding change in the differences between the values of the control currents of the transmission circuits, it is possible to provide the total value given by the magnitude and direction of the time constant total value transmitted by the three transmission circuits of active power. The proposed device is reversible. Its use allows you to transfer active power from one system to another, despite the frequency mismatch.

Применение предлагаемого устройства позволяет, в отличие от прототипа, обеспечить постоянство во времени не только полной электрической мощности, но и передаваемой активной мощности, следовательно данное устройство не вызывает колебаний частот и напряжений в объединяемых энергосистемах, и тем самым, в отличие от прототипа, не ухудшает качества электроэнергии и условия обеспечения устойчивости в них.The application of the proposed device allows, in contrast to the prototype, to ensure the constancy in time of not only the full electric power, but also the transmitted active power, therefore, this device does not cause frequency and voltage fluctuations in the combined power systems, and thus, unlike the prototype, it does not degrade quality of electricity and conditions for ensuring sustainability in them.

Claims

A device for combining three-phase power systems based on bi-winding reactors controlled by magnetization, comprising groups of two bi-winding reactors controlled by magnetization; moreover, six groups of reactors form a controlled three-phase transmission circuit, three groups of which are connected directly to the first connected power system with leads a ₁ , b ₁ , c _1, directly to the second connected power system, with leads a ₂ , b ₂ , c ₂ ; three other groups of reactors are connected to the first connected power system directly by the conclusions a ₁ , b ₁ , c ₁ ; to the second connected power system with leads a ₃ , b ₃ , c ₃ through a transformer, the primary and secondary windings of which are connected counterclockwise, characterized in that it contains three identical controlled three-phase transmission circuits, and the same phase leads a ₁ , b ₁ , c ₁ all three transmission circuits are connected to phases A ₁ , B ₁ , C _{1 of the} first power system; the same phase terminals a ₂ , b ₂ , c ₂ connected to the second integrated power system, the first, second and third transmission circuits are connected respectively to phases A ₂ , B ₂ , C ₂ ; B ₂ , C ₂ , A ₂ and C ₂ , A ₂ , B _{2 of the} second power system; the same phase terminals a ₃ , b ₃ , c ₃ connected to the second integrated power system, the first, second and third transmission circuits are connected respectively to phases A ₂ , B ₂ , C ₂ ; In ₂ , C ₂ , A ₂ and C ₂ , A ₂ , B _{2 of the} second power system through a transformer, the primary and secondary windings of which are turned on counter.