Спосіб синхронізації синхронних генераторів і автосинхронізатор

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використано при створенні автосинхронізаторів. Найбільше широко в сучасній практиці при включенні синхронних генераторів (СГ) на паралельну роботу використовується спосіб точної синхронізації, реалізований, як правило, автоматично за допомогою автосинхронізатора чи вручну. В даний час перевірку умов і включення СГ на паралельну роботу в електроенергетичних системах здійснюють автосинхронізатори типу УСГ-1п, УСГ-35, БСГ-П [1], і СА-1, AC-1 [2]. До недоліків застосовуваного способу точної синхронізації і роботи автосинхронізаторів варто віднести можливість «зависання» автосинхронізатора і стрілки синхроноскопа в положенні, коли напруга биття не дорівнює нулю. У цьому випадку приходиться переривати процес синхронізації, давати «поштовх» первинному двигуну одного з СГ і знову повторювати процес синхронізації, що приводить до збільшення часу операції включення СГ на паралельну роботу. Як прототип прийнятий автосинхронізатор типу УСГ-35 [1]. Автосинхронізатор вимірює різницю напруг DU і частот Df , здійснює припасування частоти одного з СГ і при DU £ 10%Uн i Df £ 0,2%fн дозволяє включення СГ на паралельну роботу. Безпосереднє включення двох СГ на паралельну роботу генераторним чи секційним вимикачами виробляється в момент часу, коли напруга биття двох СГ дорівнює нулю. Для цього використовується принцип роботи автосинхронізатора з постійним часом випередження, рівним часу включення вимикача, на якому виробляється синхронізація. Для реалізації цього принципу в УСГ-35 виміряється обгинаюча спрямленої напруги биття, визначається похідна обгинаючої напруги биття, підсумовується обгинаюча та її похідна у моменти рівності нулю цієї суми формується сигнал на включення вимикача. Блок-схема автосинхронізатора типу УСГ-35 показана на фіг.1. На фіг.1 позначено: 1 Трансформаторно-випрямний блок. 2 Резервний блок синхронізації. 3 Основний блок синхронізації. 4.1 і 4.2 Блоки припасування частоти. 5 Блок виведення генераторів з «зависання». 6 Блок включення вимикача, на якому виробляється синхронізація. Для боротьби з явищем «зависання» у схемі УСГ-35 передбачений блок виведення генераторів із зависання, «шляхом деякого збільшення різниці частот генераторів і, отже, для прискорення режиму синхронізації» [1] (стор. 152). Однак збільшення різниці частот генераторів при включенні їх на паралельну роботу неминуче приведе до збільшення синхронізуючого моменту кожного СГ і, отже, до порушення оптимальних умов включення СГ на паралельну роботу. У цілому існуючий спосіб точної синхронізації СГ і автосинхронізатори мають наступні недоліки: 1. Можливість влучення в явище «зависання», що приводить до збільшення часу операції включення СГ на паралельну роботу. 2. Включення генераторів на паралельну роботу через небезпеку влучення в «зависання» виконується з постійною різницею частот не менш 0,4Гц, що приводить до порушення оптимальних умов включення СГ на паралельну роботу. Необхідно відзначити, що в технічній літературі дотепер не існує теоретичного пояснення явища «зависання» автосинхронізаторів. Наприклад, у [2] (2000 р.) відзначено, що при рівності частот двох синхронізуємих СГ ws = w1 - w2 = 0 «синхронізатор втрачає інформацію і функціонувати не може» (стор. 50 і 58). На наш погляд це неточно, що можна показати таким чином. У технічній літературі [1, 2] і інших роботах для напруги биття застосовується наступне рівняння: æw ×tö us = 2 × Ua × sinç s ÷ cos(wcp × t ) ç 2 ÷ ø è Відповідно до цієї формули при ws = 0 us також повинно дорівнювати нулю, тому що при цьому æw ×tö sinç s ÷ = 0. ç 2 ÷ ø è Однак на практиці це не так ї при ws = 0 стрілка синхроноскопа «зависає» у будь-якому положенні від 0 до 180°, що означає протиріччя між фізикою явища і математичним описом процесу. Це протиріччя має місце з тієї причини, що при початку підсумовування напруг двох СГ їх необхідно привести до єдиної системи координат, що не врахували автори зазначених вище робіт. З огляду на початковий кут j 0 між напругами двох СГ у момент початку підсумовування, за допомогою нескладних тригонометричних перетворень, можливо, одержати більш точну формулу для напруги биття двох СГ: j ö æ æ w ×t j ö ÷ ÷ ç ç us = 2 × Ua × sinç s + 0 ÷ cosç wcp × t - 0 ÷ 2 2 ø 2 ø è è За допомогою отриманої формули, можливо, математично пояснити явище «зависання» і запропонувати метод усунення його негативного впливу на процес синхронізації. При ws = 0 напруга биття залежить від значення початкового кута між напругами двох СГ у момент початку підсумовування: j ö æ æj ö us = 2 × Ua × sinç 0 ÷ cosç wcp × t - 0 ÷ çç 2 ÷ 2 ÷ ø ø è è Тому, якщо підсумовування напруг двох СГ почати при j0 = 0 (чи близькому до нуля), то при ws = 0 завжди u s = 0 і, отже, виконуються умови точної синхронізації при включенні СГ на паралельну роботу. При цьому не виникає необхідності в припиненні процесу синхронізації і його повторенні. В основу винаходу поставлена задача удосконалення способу точної автоматичної синхронізації СГ і автосинхронізатора шляхом введення операцій попереднього виміру кута між напругами СГ і включення блоку, здійснюючого підсумовування напруг у момент рівності нулю кута між напругами сияхронізуємих СГ і скасування операції збільшення різниці частот. Це забезпечить відсутність явища «зависання» із u s ¹ 0 при синхронізації СГ і, отже, зменшення часу операції включення генераторів на паралельну роботу. Крім цього при синхронізації стане можливим підганяти частоту обертання СГ значно точніше і більш повно забезпечити оптимальні умови включення СГ на паралельну роботу. Даний спосіб може бути реалізований введенням у схему прототипу - автосинхронізатора УСГ-35 елемента, вимірюючого кут між напругами СГ, і вмикаючого підсумовування напруг на блоці 3 при значенні кута між ними близькому до нуля. На фіг.2 зображена структурна схема пропонованого автосинхронізатора на базі УСГ-35 з додатковим елементом 7, здійснюючого подачу напруг двох СГ на блок 3 при значенні кута між ними близькому до нуля. Джерела інформації: 1. Баранов А. П. Судовые автоматизированные электроэнергетические системы./ А.П. Баранов. - М.: «Транспорт», 1988. с. 3282. Овчаренко H.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем./ Н.И. Овчаренко. - М.: «Издательство НЦ ЭНАС», 2000. с. 503