Результат интеллектуальной деятельности: БЛОК АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВСТАВКОЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического регулирования вставкой постоянного тока на базе двух ведомых сетью преобразователей напряжения типа СТАТКОМ, управляемых способом широтно-импульсной модуляции (далее ВПТН).

Известны предложения по применению ВПТН для передачи мощности постоянным током между энергосистемами и энергоузлами, работающими с разными частотами [Ивакин В.И., Ковалев В.Д., Худяков В.В. Гибкие передачи переменного тока // Электротехника, 1996. - №8].

В настоящее время находится в эксплуатации ВПТН мощностью 36 МВт на границе энергосистем Мексики и штата Техас (США), включенная в межсисистемную электропередачу 138 кВ. Приоритетное назначение ее состоит в регулировании напряжения в дефицитной энергосистеме Техаса. Подобные устройства, выполненные в качестве мобильных установок для питания потребителей и поддержания напряжения в распределительных сетях 135 кВ, используются в США.

Известны случаи использования ВПТН для подключения электродуговых печей [Материалы семинара «Технологии и оборудование АББ для гибких управляемых систем электропередачи переменного тока (FACTS)»]. Находящиеся в эксплуатации известные устройства включены в короткие электрические связи или работают на стационарную выделенную нагрузку.

Недостатками известных предложений по применению ВПТН является отсутствие указаний на способы управления ими при аварийных ситуациях во внешних электрических сетях.

Наиболее близким по технической сущности прототипом является ВПТН, описание которой приведено в статье [Кощеев Л.А., Кучеров Ю.Н., Шлайфштейн В.А. Системные характеристики вставок постоянного тока и компенсаторов реактивной мощности, выполненных на основе преобразователей напряжения // Электронный журнал «Новое в российской электроэнергетике», 2003. - №1]. Данная ВПТН включает два преобразовательных моста на основе транзисторов IGBT с системами внутреннего управления, объединенных по цепям постоянного тока, емкостный накопитель энергии, автоматические регуляторы выпрямленного напряжения и мощности и ряд дополнительных элементов для связи вставки с цепями переменного тока. Один из преобразовательных мостов управляется регулятором выпрямленного напряжения на накопителе энергии, а второй мост - регулятором активной мощности, передаваемой через ВПТН. В статье рассматриваются, в частности, условия нарушения устойчивой работы ВПТН при аварийных ослаблениях ее электрических связей с энергосистемами. В качестве мероприятий для повышения устойчивости работы ВПТН рекомендуются: быстродействующее снижение у ставки регулятора мощности и ограничение диапазона изменения сигнала на его выходе. Однако это ограничение не снимает полностью проблемы нарушения устойчивости ВПТН, что и отмечается в указанной статье.

Цель настоящего изобретения состоит в повышении устойчивости работы ВПТН в электропередаче, соединяющей энергосистемы, работающие с разными частотами переменного тока, при аварийных ослаблениях ее электрических связей с энергосистемами путем изменения структуры системы автоматического регулирования режима работы ВПТН.

Указанная цель достигается тем, что в блок автоматического регулирования вставкой постоянного тока, соединяющей через первый и второй участки электропередачи первую и вторую энергосистемы и содержащей первый и второй преобразователи напряжения с системами внутреннего управления, емкостный накопитель энергии, измеритель выпрямленного напряжения и тока, измеритель мощности, автоматический регулятор выпрямленного напряжения и автоматический регулятор мощности, причем выход переменного тока первого преобразователя напряжения через первый участок электропередачи соединен с первой энергосистемой, выход постоянного тока первого преобразователя напряжения соединен с первым входом емкостного накопителя энергии, выход которого через измеритель выпрямленного напряжения и тока соединен с первым и вторым входами автоматического регулятора выпрямленного напряжения, к третьему входу которого подключен сигнал уставки выпрямленного напряжения, второй вход емкостного накопителя энергии соединен с выходом постоянного тока второго преобразователя напряжения, выход переменного тока которого через второй участок электропередачи соединен со второй энергосистемой и через измеритель мощности соединен с первым входом автоматического регулятора мощности, ко второму входу которого подключен сигнал уставки мощности, введен сумматор с двумя входами и блок разности с положительным и отрицательным входами, причем выход автоматического регулятора выпрямленного напряжения соединен с одним из входов сумматора и с положительным входом блока разности, выход которого соединен с входом системы внутреннего управления первого преобразователя напряжения, выход автоматического регулятора мощности соединен с отрицательным входом блока разности и со вторым входом сумматора, выход которого соединен со входом системы внутреннего управления второго преобразователя напряжения.

На фигуре 1 показана схема блока автоматического регулирования ВПТН, соединяющей через первый (1) и второй (2) участки электропередачи первую (ЭС-1) и вторую (ЭС-2) энергосистемы и содержащей первый (3) и второй (4) преобразователи напряжения с системами внутреннего управления, емкостный накопитель энергии (5), измеритель выпрямленного напряжения и тока (6), измеритель мощности (7), автоматический регулятор выпрямленного напряжения (8) и автоматический регулятор мощности (9).

Выход переменного тока первого преобразователя напряжения (3) через первый участок электропередачи (1) соединен с первой энергосистемой (ЭС-1). Выход постоянного тока первого преобразователя напряжения (3) соединен с первым входом емкостного накопителя энергии (5), выход которого через измеритель выпрямленного напряжения и тока (6) соединен с первым и вторым входами автоматического регулятора выпрямленного напряжения (8), к третьему входу которого подключен сигнал уставки выпрямленного напряжения U_d0.

Второй вход емкостного накопителя энергии (5) соединен с выходом постоянного тока второго преобразователя напряжения (4), выход переменного тока которого через второй участок электропередачи (2) соединен со второй энергосистемой (ЭС-2) и через измеритель мощности (7) соединен с первым входом автоматического регулятора мощности (9), ко второму входу которого подключен сигнал уставки мощности (Р₀).

В устройство введены сумматор (10) с двумя входами и блок разности (11) с отрицательным и положительным входами.

Выход автоматического регулятора выпрямленного напряжения (8) соединен с одним из входов сумматора (10) и с положительным входом блока разности (11), выход сумматора (10) соединен с входом системы внутреннего управления второго преобразователя напряжения (4), выход блока разности (11) соединен с входом системы внутреннего управления первого преобразователя напряжения (3). Выход автоматического регулятора мощности (9) соединен с отрицательным входом блока разности (11) и со вторым входом сумматора (10).

ВПТН может рассматриваться как совокупность двух взаимосвязанных по активной мощности генераторов, регулируемых по амплитуде и фазе э.д.с. и промышленной частоты за сопротивлениями дополнительных элементов, предназначенных для связи вставки с цепями переменного тока. Таким образом, по концам первого участка электропередачи (1) оказываются подключенными эквивалентная э.д.с. первой энергосистемы (ЭС-1) и э.д.с. первого преобразователя напряжения (3) . По концам второго участка электропередачи (2) будут подключены эквивалентная э.д.с. второй энергосистемы (ЭС-2) и э.д.с. второго преобразователя напряжения (4) .

В установившемся режиме электропередачи разности фаз э.д.с по концам образующих ее участков (1 и 2) равны по абсолютной величине: Δδ₁=δ₁-δ_П1=Δδ₂=δ₂-δ_П2. Равенство этих углов обусловлено динамическим равновесием притока энергии в емкостный накопитель энергии (5) из одной энергосистемы через соответствующий преобразователь напряжения (3 или 4) и оттока энергии в другую энергосистему через другой преобразователь напряжения (4 или 3). При этом выпрямленное напряжение на емкостном накопителе энергии (5) поддерживается на уровне уставки U_d0 автоматического регулятора выпрямленного напряжения (8).

Изменение, по какой-либо причине, фаз э.д.с. энергосистем нарушает баланс энергии в емкостном накопителе энергии (5). Вследствие этого изменяется величина выпрямленного напряжения U_d, что приводит в действие автоматический регулятор выпрямленного напряжения (8). Сигнал с выхода автоматического регулятора выпрямленного напряжения (8) поступает одновременно на один из входов сумматора (10) и на положительный вход блока разности (11). Сигналы с выходов сумматора (10) и блока разности (11), поступая на входы систем внутреннего управления первого (3) и второго (4) преобразователей напряжения, поворачивают фазы э.д.с. преобразователей напряжения (3 и 4) в одном направлении до восстановления заданного уровня напряжения U_d=U_d0. Одновременно восстанавливается баланс энергии в накопителе энергии (5), но изменяется величина передаваемой через ВПТН активной мощности: Р≠Р₀. Это приводит в действие автоматический регулятор мощности (9), сигнал с выхода которого поступает одновременно на второй вход сумматора (10) и на отрицательный вход блока разности (11). При этом сигнал, поступающий на положительный вход блока разности (11), восстанавливает заданную величину активной мощности, передаваемой через ВПТН. Сигнал, поступающий с выхода автоматического регулятора мощности (9) на второй вход сумматора (10), складываясь с сигналом, поступающим с выхода автоматического регулятора выпрямленного напряжения (8), участвует в коррекции величины выпрямленного напряжения.

Для обеспечения устойчивой работы блока автоматического регулирования ВПТН быстродействие автоматического регулятора выпрямленного напряжения (8) должно на порядок превышать быстродействие автоматического регулятора мощности (9).

Наличие в блоке автоматического регулирования ВПТН сумматора с двумя входами и блока разности с положительным и отрицательным входами позволяет: обеспечить устойчивость работы ВПТН при аварийных ослаблениях электрических связей ее с энергосистемами и при некорректном задании уставки автоматического регулятора мощности, а также исключить необходимость в быстродействующем снижении этой уставки.