способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью. Способы синхронизации генератора с сетью

способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью - патент РФ 2494513

Использование: в области электротехники и может быть использовано для синхронизации синхронных генераторов с сетью. Технический результат - повышение быстродействия включения синхронного генератора в сеть с малым ударным током. Согласно способу момент включения генератора в сеть определяется в процессе его разгона под действием приводного двигателя. Возбуждение генератора выставляется таким образом, чтобы при синхронной скорости вращения напряжение генератора равнялось напряжению сети. По мере разгона генератора напряжение на якорной обмотке генератора увеличивается пропорционально скорости вращения, и непрерывно сравнивается с напряжением сети. Поскольку частоты и амплитуды напряжений генератора и сети не одинаковы, то разность мгновенных значений напряжений генератора и сети (напряжение биения) изменяется от максимального до минимального значений. Генератор включается в сеть при подходе к номинальной скорости вращения в момент, когда минимум напряжения биения становится меньше или равным 10% номинального напряжения генератора, что свидетельствует о сближении фаз напряжений генератора и сети. 1 ил. способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью, патент № 2494513

Рисунки к патенту РФ 2494513

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для синхронизации синхронных генераторов с сетью.

В современных энергосистемах на общую сеть работает целый ряд электростанций, и поэтому параллельно на общую сеть работает большое число синхронных генераторов. Благодаря этому достигается большая надежность энергоснабжения потребителей, снижение мощности аварийного и ремонтного резерва, возможность маневрирования энергоресурсами сезонного характера и другие выгоды.

При включении генераторов на параллельную работу с другими генераторами необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети или энергосистемы. Поэтому необходимо отрегулировать надлежащим образом режим работы генератора перед его включением на параллельную работу и в надлежащий момент времени включить генератор в сеть. Совокупность этих операций называется синхронизацией генератора.

В настоящее время широко известны два способа автоматической синхронизации синхронных генераторов с сетью: способ точной синхронизации и самосинхронизации. В первом случае синхронный генератор нормально возбужден. Во втором случае он включается невозбужденными, а затем за счет подаваемого нормального возбуждения втягивается в синхронизм с электрической системой нарастающим с ростом тока возбуждения синхронным моментом (самосинхронизация) [Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. Автоматика электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1981, с.52-53].

Недостатками способа точной синхронизации являются сложность схемы и аппаратуры, сравнительно большое время включения генератора в сеть, невозможность использования в системах, не имеющих быстродействующего и точного регулирования частоты вращения первичного двигателя.

Недостатком способа самосинхронизации является большой ударный ток включения.

Наиболее близок к изобретению способ синхронизации возбужденной синхронной машины, состоящий в регулировании частоты вращения 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 1043786 А, Н02J 3/40, 1983]. Этот способ принят за прототип.

Недостаток прототипа состоит в большой длительности синхронизации, поскольку эта длительность складывается из двух последовательных во времени процессов: сначала происходит точная подгонка частоты машины к частоте сети (допустимая разность частот равна 0,05-0,2 Гц, т.е. частота должна поддерживаться с точностью 0,1-0,4%) и затем ожидание совпадения фаз на этой частоте. Также недостатком является невозможность использования этого способа в системах, не имеющих быстродействующего и точного регулирования частоты вращения первичного двигателя.

Задачей настоящего изобретения является обеспечение быстродействующего включения синхронного генератора на параллельную работу с сетью с малыми ударными токами без регулирования мощности (скорости) первичного двигателя в процессе разгона.

Техническим результатом является повышение быстродействия включения синхронного генератора в сеть с малым ударным током.

Указанный технический результат достигается за счет того, что момент включения генератора в сеть определяется в процессе его разгона под действием приводного двигателя. Возбуждение генератора выставляется таким образом, чтобы при синхронной скорости вращения напряжение генератора равнялось напряжению сети. По мере разгона генератора напряжение на якорной обмотке генератора увеличивается пропорционально скорости вращения, и непрерывно сравнивается с напряжением сети. Поскольку частоты и амплитуды напряжений генератора и сети не одинаковы, то разность мгновенных значений напряжений генератора и сети (напряжение биения) изменяется от максимального до минимального значений. Затем при подходе к номинальной скорости вращения в момент когда, минимум напряжения биения становится меньше или равным 10% номинального напряжения генератора, что свидетельствует о сближении фаз напряжений генератора и сети, генератор включается в сеть.

Данный способ может быть осуществлен с помощью устройства автоматической синхронизации, содержащего блок преобразования напряжения сети и генератора 1 (БП 1), блок сравнения разности напряжений синхронного генератора и сети с заданной величиной 2 (БС 2) и логический блок 3 (ЛБ 3). Блок преобразования служит для получения разности напряжения генератора (uген) и сети (uсети) (напряжения биения способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью, патент № 2494513 u). Блок сравнения сравнивает напряжение биения ( u) с заданной величиной (uзад) и формирует сигнал, при получении которого логический блок формирует сигнал на включение генератора на параллельную работу с сетью. Функциональная схема устройства автоматической синхронизации представлена на фиг.1.

Описываемый способ позволяет уменьшить время синхронизации синхронного генератора с электрической сетью, а также уменьшить ударные токи и моменты в системах, не имеющих быстродействующего и точного регулирования частоты вращения первичного двигателя.

Литература

1. Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. Автоматика электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1981, с.52-53.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ синхронизации возбужденной синхронной машины, состоящий в ожидании момента сближения фаз и включении возбужденной синхронной машины в сеть в момент сближения фаз, отличающийся тем, что момент включения генератора в сеть определяется в процессе его разгона и происходит при подходе к номинальной частоте вращения тогда, когда минимум напряжения биения становится меньше или равным 10% от номинального напряжения генератора.

www.freepatent.ru

Электромеханические процессы при синхронизации генератора с сетью. — КиберПедия

Моделирование процесса синхронизации СГ на сеть

При идеальном включении СГ на сеть, когда одинаковые напряжения, частота и фазы напряжения СГ и сети

(2.86)

синхронизация происходим безударно – без протекания по обмоткам генератора уравнительных токов. Однако условия (2.86) точно никогда не выполняются и уравнительные токи включения всегда существуют. Критерием качественной синхронизации можно считать минимум ударного тока Iуд включения.

Отклонения от равенств (2.86) в большую или меньшую сторону оказывают на величину Iуд влияние, которое из-за сложности описания процессов в СГ невозможно предсказать.

Обычно СГ включается в сеть ненагруженным, а после синхронизации генератор берет на себя активную и реактивную нагрузки. Судовые электромеханики при включении СГ на сеть руководствуются в большинстве случаев опытно установленным правилом, чтобы частота СГ была бы немного больше частоты сети и фаза напряжения СГ несколько опережала фазу напряжения сети.

Представляется целесообразным проверить, насколько это правило применимо для различных типов СГ. Забегая вперед, учитывая результаты моделирования, можно сказать, что это правило подтверждается в примерно 50% случаев по типам СГ, которые могут быть установлены на судне. Вопрос минимизации ударного тока СГ при включении его на сеть еще важен и тем, что СГ и судовая сеть имеют соизмеримые мощности, и появление значительного ударного тока ведет далее к раскачиванию системы и к потере устойчивости.

Процесс раскачивания поясним с использованием рис.2.13, где обмотка возбуждения показана в виде замкнутого витка с током.

На рис.2.13,а приведены построения, соответствующие моменту включения СГ на сеть. Для упрощения анализа будем считать, что:

- обмотка статора имеет одну пару полюсов, поэтому в номинальном режиме частота вращения ротора равна частоте напряжения сети;

- частоту вращения ротора СГ и частоту напряжения сети в момент включения СГ на сеть примем равными друг другу (s0=0), а фазу напряжения СГ примем опережающей фазу напряжения сети на положительный угол q0.

Обмоткой возбуждения создается магнитное поле yf. Уравнительными токами, протекающими по статорным обмоткам, создается магнитное поле статора ys, вращающееся с частотой ωs. Взаимодействием поля статора ys с токами, протекающими по обмотке возбуждения, создается электромагнитная сила Fэм, направление которой определяется "правилом левой руки". Так как с сетью синхронизируется незагруженный СГ, то вращающий момент дизеля Мдиз=0. Ротор под действием момента Мэм=Fэмh начнет замедлять вращение.

Рисунок 2.13 - Колебательные электромеханические процессы при синхронизации генератора с сетью

В момент совпадения магнитных полей статора и ротора (рис.2.13,б) электромагнитный момент Мэм обратится в нуль, так как плечо h действия электромагнитных сил будет нулевым. Ротор все еще будет вращаться с частотой, меньшей частоты напряжения сети (s1<0) и, за счет механической инерции угол q будет убывать (возрастать в отрицательную сторону) даже при нулевом электромагнитном моменте.

Из рис.2.13,в видно, что по мере увеличения угла q2 будет увеличиваться плечо h действия электромагнитных сил Мэм, и на ротор будет действовать электромагнитный момент, ускоряющий ротор. При некотором значении угла q2 отставание ротора от поля статора прекратится, ротор и магнитное поле статора будут вращаться с одинаковой частотой и s2=0. Далее ротор начнет ускоряться, в положении на рис.5.1б скольжение будет больше нуля (s3>0), ротор будет ускоряться и угол q будет возрастать.

Этим описан на качественном уровне процесс качания ротора.

Из-за электрических потерь мощности в обмотках статора, возникающих при протекании по этим обмоткам индуктированных в них токам во время качаний ротора, угол q2 по абсолютной величине будет меньше начального угла q0. В последующих циклах качания угол q в крайних положениях ротора по абсолютной величине все время будет убывать. Также будет убывать от цикла к циклу амплитуда скольжения.

Графики сигналов q и s приведены на рис.2.14.

Если положение вектора ys будет изменяться во времени (на генераторы, уже работающие на сеть, действуют те же силы, что и на включаемый в сеть СГ), то процессы изменения угла q усложняются, оставаясь качественно такими же, как показано на рис.2.13. Качания ys опасны тем, что генераторы сети уже нагружены и запас их устойчивости может быть мал. При больших качаниях возможно выпадение уже работающего СГ из синхронизма.

Рисунок 2.14 - Графики переходных процессов скольжения s(t) и угла нагрузки θ (t) при синхронизации генератора с сетью

Процесс качаний, изображенный в виде графиков на рис.2.14, выглядит проще и нагляднее на фазовой плоскости (рис.2.15) в координатах "угол нагрузки q" – "скольжение s". Точкой окончания процесса синхронизации является начало координат:

(2.87)

Рисунок 2.15 - Фазовая траектория в координатах θ-s при синхронизации генератора с сетью

При математическом моделировании необходимо задать начальные условиях в различных квадрантах фазовой плоскости с тем, чтобы определить начальные условия с минимумом ударного тока.

Процесс синхронизации генератора на сеть моделируется по полным УПГ (2.12) с учетом соотношений (2.9, 2.13, 2.14). Докажем соотношения (2.9), используя векторную диаграмму, приведенную на рис.2.16. Ось d направлена по оси обмотки возбуждения, поэтому потокосцепление направлено по оси d. Э.д.с. , наведенная потокосцеплением , отстает от него на угол 90о. В режиме холостого хода э.д.с. равна э.д.с. генератора .

При включении СГ в сеть на его выводах будет уже не э.д.с. , а напряжение генератора , отличающееся от на величину падения напряжения полном сопротивлении статорной обмотки . Между и угол равен q.

Рисунок 2.16 - Векторная диаграмма перед включением генератора в сеть

Из рис.2.16 следуют равенства

(2.88)

УПГ выводились в предположении, что СГ работает автономно на нагрузку, и тогда бы в УПГ нужно было бы подставить выражения для напряжений в виде (2.3).

В рассматриваемой задаче включения СГ на сеть на его выводы уже поступает напряжение сети . Фактически на выводах обмотки статора СГ действует только одно напряжение, а не два - напряжение сети и напряжение генератора . Следовательно, по величине оба напряжения должны быть одинаковыми, а по знаку – противоположны. Это значит, что их векторная сумма будет равна нулю при главенстве напряжения сети . Следовательно, в УПГ нужно подставлять составляющие напряжения сети, которые согласно рис.2.16 равны

(2.89)

что доказывает соотношения (2.9).

Перед счетом на компьютере по УПГ нужно задать начальные условия для всех переменных, входящих в выражения (2.12 - 2.14).

Задаемся:

так как СГ перед включением в сеть работает вхолостую.

- начальные значения, которые нужно задать произвольно в пределах возможных ошибок в момент включения СГ в сеть.

Uc=1 – для номинального напряжения сети

Далее вычисляем для установившегося режима работы СГ до включения его в сеть начальные значения потокосцеплений

(2.90)

Начальное значение тока If0 возбуждения определяется по выражению (2.85) и при таком значении тока If0 возбуждения э.д.с. генератора перед включением в сеть будет равна 1. Тогда начальное значение напряжения возбуждения будет равно

(2.91)

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите условия идеальной синхронизации. К каким последствиям приводит включение СГ в сеть с неидеальными условиями?

2. Поясните электромеханические процессы в СГ при включении его в сеть с неидеальными условиями синхронизации.

3. Приведите и поясните вид графиков переходных процессов в функции времени и на фазовой плоскости для угла нагрузки и скольжения СГ.

4. Поясните вид векторной диаграммы СГ перед включением его в сеть.

5. Как рассчитать начальные условия для токов, напряжений и потокосцеплений СГ?

Литература [1-9]

cyberpedia.su

Способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью

Недостатком способа самосинхронизации является большой ударный ток включения.

Данный способ может быть осуществлен с помощью устройства автоматической синхронизации, содержащего блок преобразования напряжения сети и генератора 1 (БП 1), блок сравнения разности напряжений синхронного генератора и сети с заданной величиной 2 (БС 2) и логический блок 3 (ЛБ 3). Блок преобразования служит для получения разности напряжения генератора (uген) и сети (uсети) (напряжения биения Δu). Блок сравнения сравнивает напряжение биения (Δu) с заданной величиной (uзад) и формирует сигнал, при получении которого логический блок формирует сигнал на включение генератора на параллельную работу с сетью. Функциональная схема устройства автоматической синхронизации представлена на фиг.1.

Литература

1. Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. Автоматика электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1981, с.52-53.

bankpatentov.ru

СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ВОЗБУЖДЕННОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ

Недостатком способа самосинхронизации является большой ударный ток включения.

Данный способ может быть осуществлен с помощью устройства автоматической синхронизации, содержащего блок преобразования напряжения сети и генератора 1 (БП 1), блок сравнения разности напряжений синхронного генератора и сети с заданной величиной 2 (БС 2) и логический блок 3 (ЛБ 3). Блок преобразования служит для получения разности напряжения генератора (uген) и сети (uсети) (напряжения биения Δu) . Блок сравнения сравнивает напряжение биения (Δu) с заданной величиной (uзад) и формирует сигнал, при получении которого логический блок формирует сигнал на включение генератора на параллельную работу с сетью. Функциональная схема устройства автоматической синхронизации представлена на фиг.1.

Литература

1. Алексеев О.П., Казанский В.Е., Козис В.Л. Автоматика электроэнергетических систем. М.: Энергоиздат, 1981, с.52-53.

СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ВОЗБУЖДЕННОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ

edrid.ru

Методы синхронизации генераторов

Механика Методы синхронизации генераторов
просмотров - 84

Совокупность операций, проводимых при подключении генератора на параллельную работу с сетью, называют синхронизацией.

В момент включения генератора на параллельную работу крайне важно обеспечить наименьший бросок тока. В противном случае возможны срабатывание защиты, поломка генератора или первичного двигателя. Ток в момент подключения будет равен нулю, если удастся обеспечить равенство мгновенных значений напряжений сети и генератора. На практике это обеспечивается соблюдением вышеперечисленных условий параллельной работы в момент включения.

Применяют метод точной синхронизации и метод грубой синхронизации (самосинхронизация).

При точной синхронизации генератор приводят в состояние, отвечающее вышеуказанным условиям, и затем включают на параллельную работу. Сначала устанавливают номинальную частоту вращения ротора, что обеспечивает приближенное равенство частот тока сети и генератора fс= fг. Затем, регулируя ток возбуждения, добиваются равенства напряжений Uc=Uг. Совпадение по фазе векторов напряжений сети и генератора (ас = аг) контролируется специальными приборами — синхроноскопами.

Важно заметить, что для синхронизации генераторов малой мощности применяют ламповые синхроноскопы. Этот прибор представляет собой три лампы, включенные между фазами генератора и сети. На каждую лампу действует напряжение ∆и=иc-иг, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ при fс≠ fг изменяется с частотой ∆f= fс- fг, называемой частотой биений. В этом случае лампы мигают. При fс ≈ fг разность ∆и изменяется медленно, вследствие чего лампы постепенно загораются и погасают. Генератор подключают к сети, когда разность напряжений ∆и на короткое время становится близкой нулю в середине периода погасания ламп. В этом случае выполняется условие совпадения по фазе векторов Ucи Uг.

Генераторы большой мощности синхронизируют с помощью стрелочных синхроноскопов, работающих по принципу вращающегося магнитного поля. В этих приборах при fс≠ fг стрелка вращается с частотой, пропорциональной разности частот ∆f= fс- fг, в одну или другую сторону в зависимости от того, какая из этих частот больше. При fс= fг стрелка устанавливается на нуль. В данный момент и следует подключать генератор к сети.

Для исключения ошибочных действий обслуживающего персонала используются автоматические синхроноскопы, регулирующие напряжение и частоту и включающие генератор на параллельную работу по предварительной команде без помощи обслуживающего персонала.

Метод грубой синхронизации (самосинхронизации) отличается от метода точной синхронизации простотой и быстротой включения. Особое значение данный метод приобретает при ликвидации аварий, когда крайне важно быстро подключить генератор в сеть при значительных колебаниях напряжения и частоты. Включение методом точной синхронизации в таких случаях весьма затруднительно.

При подключении методом самосинхронизации обмотку возбуждения замыкают на активное сопротивление, чтобы избежать в ней перенапряжений. Ротор невозбуждённого генератора разгоняют до частоты вращения близкой к синхронной за счет момента первичного двигателя. Допускается скольжение не более 2%.

Затем обмотка якоря генератора подключается к сети. После этого подается питание на обмотку возбуждения (она переключается с гасительного резистора на источник питания), появляется синхронирующий момент и генератор втягивается в синхронизм.

Недостатком метода самосинхронизации является сравнительно большой бросок тока в момент включения генератора, который вызывает значительные механические усилия в обмотках, что может привестик преждевременному их выходу из строя. По этой причине бросок тока при включении не должен превышать номинальный ток якоря более, чем в 3,5 раза.

способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью. Способы синхронизации генератора с сетью

способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью - патент РФ 2494513

Рисунки к патенту РФ 2494513

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электромеханические процессы при синхронизации генератора с сетью. — КиберПедия

Способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью

СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ ВОЗБУЖДЕННОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА С СЕТЬЮ

Методы синхронизации генераторов

Механика Методы синхронизации генераторов просмотров - 84

Читайте также

Механика Методы синхронизации генераторов
просмотров - 84