УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЪЕДИНЕНИЯ ТРЕХФАЗНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ НА ОСНОВЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ ДВУХОБМОТОЧНЫХ РЕАКТОРОВ

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/, а 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 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.
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/.
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.
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.
Указанное свойство управляемого подмагничиванием реактора использовано для создания устройства межсистемной связи.
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, 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".
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 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.
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.
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.