Устройство для объединения трехфазных энергосистем на основе подмагничиваемых трансформаторов

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 четырех подмагничиваемых трансформаторов 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.

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.

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/, a также вставки с использованием асинхронной машины двойного питания и специального двигатель - генератора /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.

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/.

Однако в этом устройстве, никакими изменениями токов в обмотках управления, невозможно добиться передачи активной мощности при углах 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.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство для объединения энергосистем, содержащее группы подмагничииаемых 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/.

Недостатком известного устройства является невозможность передачи активной мощности через него при углах 8 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.

Целью полезной модели является повышение качества электроэнергии в объединяемых энергосистемах путем обеспечения постоянства во времени активной мощности, передаваемой через устройство. Указанная цель достигается тем, что устройство для объединения трехфазных энергосистем, содержащее группы из четырех управляемых подмагничиванием трехобмоточных трансформаторов, причем три группы трансформаторов образуют управляемую трехфазную цепь передачи, три фазных вывода первичных обмоток которой подключены к первой объединяемой энергосистеме, а три фазных вывода вторичных обмоток - ко второй энергосистеме, содержит три идентичных управляемых трехфазных цепи передачи. Одноименные фазные выводы первичных обмоток всех трех цепей передачи подключены к фазам А, В, С первой объединяемой системы, одинаково, а одноименные фазные выводы вторичных обмоток первой, второй и третьей цепей передачи подключены соответственно к фазам 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 и порядком подключения их выводов вторичных обмоток ко второй объединяемой энергосистеме. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

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".

Предлагаемое устройство схематически изображено на чертеже. Устройство содержит три идентичных управляемых трехфазных цепи передачи 1-3. Одноименные фазные выводы А1, В1, С1 первичных обмоток всех трех цепей передачи 1, 2, 3 подключены к фазам А, В, С первой объединяемой системы S1, одинаково. Одноименные фазные выводы вторичных обмоток А2, В2, С2 первой 1, второй 2 и третьей 3 цепей передачи подключены соответственно к фазам А, В, С; В, А, С и С, А, В второй энергосистемы S2. Каждая из цепей передачи 1-3 выполнена из трех четырехтрансформаторных групп, управляемых подмагничиванием трехобмоточных трансформаторов, по схеме прототипа /4/.

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 фазных выводах первичных А1,

B1, C1 и вторичных A2, В2, С2 обмоток 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 первичных обмоток которой А1, B1, C1 подключены соответственно к фазам А, В, С первой системы S1, a три фазных вывода вторичных обмоток A2, В2, С2 - соответственно к фазам А, В, С второй объединяемой системы S2, не может передавать активную мощность при углах =(120±180)·n гр. Вторая цепь передачи 2, три фазных вывода первичных обмоток которой A1, B1, C1 подключены соответственно к фазам А, В, С первой системы S1, а три фазных вывода вторичных обмоток A2, В2, С2 - соответственно к фазам В, С, А второй системы S2, не может передавать активную мощность при углах =(120±180)·n гр. Третья цепь передачи 3, три фазных вывода первичных обмоток которой A1, B1, C1 подключены соответственно к фазам А, В, С первой системы S1, а три фазных вывода вторичных обмоток A2, В2, С2 - соответственно к фазам С, А, В второй системы S2, не может передавать активную мощность при углах =(240±180)·n гр. Следовательно активная мощность может передаваться через устройство при любых значениях угла , причем, как минимум по двум цепям передачи. При непрерывном изменении угла 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.

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.

Устройство для объединения трехфазных энергосистем на основе подмагничиваемых трансформаторов, содержащее группы из четырех управляемых подмагничиванием трехобмоточных трансформаторов, причем три группы трансформаторов образуют управляемую трехфазную цепь передачи, три фазных вывода первичных обмоток которой подключены к первой объединяемой энергосистеме, а три фазных вывода вторичных обмоток - ко второй энергосистеме, отличающееся тем, что оно содержит три идентичных управляемых трехфазных цепи передачи, причем одноименные фазные выводы первичных обмоток всех трех цепей передачи подключены одинаково к фазам А, В, С первой объединяемой энергосистемы, а одноименные фазные выводы вторичных обмоток первой, второй и третьей цепей передачи подключены соответственно к фазам А, В, С; В, С, А и С, А, В второй энергосистемы.