устройство и способ для системы электропередачи

Формула изобретения

1. Устройство для уменьшения явлений подсинхронного резонанса (SSR) в системе электропередачи, содержащей электростанцию с генератором (9) электрической энергии, имеющую ротор, являющийся частью механической системы (1), и статорные обмотки (12), соединенные с электрической системой (2), получающей электрическую энергию от генератора и подверженной возникающим в ней явлениям электрического резонанса, отличающееся тем, что содержит средства (16, 17, 22, 23, 24, 25, 26) определения составляющих напряжения со статорных обмоток с одной или более дискретными частотами, каждая из которых представляет собой частоту напряжения генератора, соответствующую скорости вращения указанного ротора, за вычетом частоты механического резонанса указанной механической системы, средства (19) вычисления на основании результата указанного определения напряжения, подлежащего добавлению к указанному напряжению со статорных обмоток для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в электрической системе, и схему (20), выполненную с возможностью добавления вычисленного напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в системе электропередачи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средства вычисления (19) выполнены с возможностью вычисления напряжения, подлежащего добавлению к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему (2), причем схема (20) выполнена с возможностью добавления указанного напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток для получения указанной компенсации.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные средства определения содержат элемент (16), выполненный с возможностью измерения тока со статорных обмоток (12), и средства (17) для фильтрации измеренных таким образом составляющих тока с указанными дискретными частотами, причем средства вычисления (19) выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих тока, напряжения, подлежащего добавлению для компенсации составляющих тока, и передачи информации о нем на указанную схему, причем схема (20) выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток для компенсации составляющих тока.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные средства определения содержат элемент (22), выполненный с возможностью, по существу, непрерывного измерения значений скорости вращения указанного ротора, и элемент (23), выполненный с возможностью вычисления на основании изменения измеренных таким образом значений скорости вращения составляющих напряжения с указанных статорных обмоток с указанными дискретными частотами, причем средства вычисления (19) выполнены с возможностью вычисления на основании результата вычисления указанных составляющих напряжения напряжения, подлежащего добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с указанными дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему, причем схема (20) выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения.

5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные средства определения содержат элемент (24), выполненный с возможностью измерения напряжения на указанных статорных обмотках, и средства (25) для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеряемого таким образом напряжения, причем средства вычисления (19) выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему (2), причем схема (20) выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные средства определения содержат элемент (26), выполненный с возможностью измерения напряжения, подаваемого в указанную электрическую систему, в точке, находящейся за точкой добавления указанного напряжения к напряжению со статорных обмоток, и средства (25) для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеряемого таким образом напряжения, причем средства вычисления (19) выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами и передачи информации о нем в указанную схему, причем схема (20) выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства (27), выполненные с возможностью измерения крутильных колебаний в механической системе (1), причем средства вычисления (19) выполнены с возможностью вычисления, на основании результата определения указанных составляющих с указанными дискретными частотами, а также результата указанного измерения крутильных колебаний, напряжения, подлежащего добавлению к указанному напряжению со статорных обмоток для обеспечения активного демпфирования крутильных колебаний, причем схема (20) выполнена с возможностью добавления напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток с формированием демпфирующего крутящего момента в отношении вращающихся частей указанной механической системы.

8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанная схема содержит преобразователь (28, 28 , 28 ) напряжения и модуль (30) управления, выполненный с возможностью управления вентилями преобразователя напряжения на основании результата вычисления указанного напряжения, подлежащего добавлению к напряжению со статорных обмоток.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанная схема содержит вольтодобавочный трансформатор (29), соединенный с указанными статорными обмотками и преобразователем (28) напряжения по нулевому потенциалу, предназначенным для запитывания указанного вольтодобавочного трансформатора в соответствии с управлением от указанного модуля (30) управления.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанная схема содержит преобразователь (28 ) напряжения по Н-мостовой схеме, соединенный с каждой фазой линии электропередачи с указанных статорных обмоток для добавления указанного напряжения в соответствии с управлением от модуля (30) управления для преобразователя напряжения.

11. Устройство по п.8, отличающееся тем, что указанная схема содержит 3-фазный преобразователь (28 ) напряжения, соединенный последовательно с повышающим трансформатором (31) и соединенный с указанными статорными обмотками по нулевому потенциалу трансформатора, управляемого модулем (30) управления.

12. Способ уменьшения явлений подсинхронного резонанса (SSR) в системе электропередачи, содержащей электростанцию с генератором электрической энергии, имеющую ротор, являющийся частью механической системы (1), и статорные обмотки, соединенные с электрической системой (2), получающей электрическую энергию от генератора (9) и подверженной возникающим в ней явлениям электрического резонанса, отличающийся тем, что содержит следующие шаги: определение составляющих напряжения со статорных обмоток с одной или более дискретными частотами, каждая из которых представляет собой частоту напряжения генератора, соответствующую скорости вращения указанного ротора, за вычетом частоты механического резонанса указанной механической системы, вычисление, на основании результата указанного определения, напряжения, подлежащего добавлению к указанному напряжению со статорных обмоток для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в электрической системе, и добавление вычисленного напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в системе электропередачи.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что шаг вычисления содержит вычисление напряжения, подлежащего добавлению к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами в напряжении, подаваемом в указанную электрическую систему, причем это напряжение добавляют к указанному напряжению со статорных обмоток для обеспечения указанной компенсации.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что указанное определение осуществляют путем измерения тока с указанных статорных обмоток и фильтрации измеренных таким образом составляющих тока с указанными дискретными частотами, причем на шаге вычисления напряжение, подлежащего добавлению для компенсации составляющих тока, вычисляют на основании информации, получаемой при указанной фильтрации, а вычисленное таким образом напряжение добавляют к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих тока.

15. Способ по п.13, отличающийся тем, что шаг определения содержит, по существу, непрерывное измерение значений скорости вращения указанного ротора и вычисление составляющих напряжения с указанных статорных обмоток с указанными дискретными частотами на основании изменения измеренных значений скорости вращения, причем на шаге вычисления рассчитывают напряжение, подлежащее добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с указанными дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему, а вычисленное таким образом напряжение добавляют к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения.

16. Способ по п.13, отличающийся тем, что на указанном шаге определения измеряют напряжение в статорных обмотках и из измеренного таким образом напряжения фильтруют составляющие напряжения с указанными дискретными частотами, причем на шаге вычисления, на основании информации об указанных составляющих напряжения от указанных средств фильтрации, вычисляют напряжение, подлежащее добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с указанными дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему, а вычисленное таким образом напряжение добавляют к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения.

17. Способ по п.13, отличающийся тем, что на шаге определения напряжение, подаваемое в указанную электрическую систему, измеряют в точке, находящейся за точкой добавления указанного напряжения к напряжению со статорных обмоток, и из измеренного таким образом напряжения фильтруют составляющие напряжения с указанными дискретными частотами, причем на шаге вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации, вычисляют напряжение, подлежащее добавлению для компенсации указанных составляющих напряжения с указанными дискретными частотами, а вычисленное таким образом напряжение добавляют к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения.

18. Способ по любому из пп.12-17, отличающийся тем, что дополнительно содержит шаг измерения частоты напряжения, генерируемого в статорной обмотке при вращении ротора с помощью схемы фазовой автоподстройки частоты, причем на указанном шаге определения информацию от указанных средств измерения частоты напряжения используют для получения значения указанных дискретных частот, используемых на шаге определения.

19. Способ по п.12, отличающийся тем, что содержит шаг измерения крутильных колебаний в указанной механической системе, причем на шаге вычисления, на основании результата указанного определения указанных составляющих с дискретными частотами, а также результата указанного измерения указанных крутильных колебаний, вычисляют напряжение, подлежащее добавлению к указанному напряжению со статорных обмоток для обеспечения активного демпфирования указанных крутильных колебаний, причем напряжение добавляют к указанному напряжению со статорных обмоток для создания демпфирующего крутящего момента в отношении вращающихся частей указанной механической системы.

20. Применение устройства по любому из пп.1-11 для уменьшения явлений подсинхронного резонанса (SSR) в системе электропередачи, включающей линию электропередачи, снабженную средствами для компенсации реактивной мощности.

21. Применение по п.20 в системе электропередачи, содержащей тепловую электростанцию, имеющую генератор, соединенный с одной или более ступенями турбины.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к колебаниям в системе электропередачи, содержащей электростанцию с генератором электрической энергии, имеющую ротор, являющийся частью механической системы, и статорные обмотки, соединенные с электрической системой, получающей электрическую энергию от генератора и подверженной возникающим в ней явлениям электрического резонанса.

Уровень техники

Таким образом, электрическая система имеет свойства, позволяющие происходить в ней явлениям электрического резонанса. Это означает, что электрическая система включает в себя емкостное сопротивление, а также реактивное сопротивление, и один из типов такой электрической системы содержит линию электропередачи, имеющей компенсацию реактивной мощности, в которой резонанс последовательного резонансного контура будет создаваться с помощью реактивного сопротивления линии и батареи последовательно подключенных (добавочных) емкостей. Изобретение также относится к другим типам электрических систем, подверженных происходящим в них явлениям электрического резонанса.

Указанная электростанция может быть электростанцией любого типа, используемой для производства электроэнергии, однако будет также упомянута и кратко рассмотрена тепловая электростанция, поскольку решаемые настоящим изобретением проблемы особенно выражены в таких станциях, в которых генератор и различные ступени турбины соединены последовательно системой валов. В первом приближении генератор и ступени турбины могут рассматриваться как жесткие тела, имеющие существенный момент инерции, в то время как валы являются до некоторой степени упругими с заданной пружинной (крутильной) жесткостью, характеризующей угловую деформацию на единицу крутящего момента. Данная комбинация жестких тел и торсионных валов вызывает явления механического резонанса на определенных частотах, так называемых «модальных частотах». Эти так называемые частоты механического резонанса механической системы, сформированной таким образом, могут быть точно рассчитаны и определены при разработке турбинно-генераторной системы валов. С каждой резонансной частотой связана определенная «форма моды», которая показывает относительную амплитуду колебания различных масс на определенной модальной частоте. Здесь представляют интерес только такие частоты механического резонанса, которые затрагивают ротор генератора. Эти частоты механического резонанса обычно появляются при частоте ниже номинальной частоты сети f_N, то есть частоты в указанной электрической системе, которая может быть, например, равной 50 Гц или 60 Гц, что определяется как «подсинхронный частотный диапазон». Соответственно, такие частоты механического резонанса обычно могут иметь значение, например, 13 Гц, 25 Гц, 38 Гц и т.д.

Это означает, что напряжение со статорных обмоток генератора будет иметь составляющие с одной или несколькими дискретными частотами в указанном подсинхронном частотном диапазоне, каждая из которых представляет собой частоту напряжения генератора, соответствующую скорости вращения ротора, за вычетом соответствующей частоты механического резонанса механической системы, соответственно f_N минус f_m. Это, при определенных условиях, может представлять собой серьезную проблему, когда указанная электрическая система, подключенная к генератору, подвержена происходящим в ней явлениям электрического резонанса. В качестве примера кратко рассмотрим такую электрическую систему, содержащую линию электропередачи. Длинные линии в системах электропередачи имеют существенную индуктивность, что снижает пропускную способность по передаче электроэнергии в линии вследствие требований к стабильности фазового угла и напряжения. Введение фиксированной батареи последовательно подключенных емкостей, обеспечивающей отрицательное реактивное сопротивление, последовательно с положительным реактивным сопротивлением, создаваемым индуктивностью линии, снижает эффективное реактивное сопротивление линии таким образом, что максимальная пропускная способность линии передачи электроэнергии возрастает. Однако в то же время реактивным сопротивлением линии и батареей последовательно подключенных емкостей будет создаваться электрический резонанс последовательного резонансного контура. При компенсации только части реактивного сопротивления линии резонансная частота электрического резонанса возникает ниже частоты сети f_N, то есть в указанном «подсинхронном частотном диапазоне», как указанная составляющая напряжения со статорных обмоток генератора.

При выполнении следующих условий может быть установлено состояние, называемое подсинхронным резонансом (SSR, Subsynchronous Resonance): механическая система имеет крутильный резонанс на частоте f_m, форма моды такова, что генератор участвует в крутильных колебаниях на частоте f_m, система электропередачи имеет электрический резонанс на частоте f_N минус f _m, а механическое демпфирование модального колебания с частотой f_m мало. Последнее в особенности имеет место, когда нагрузка генератора мала, т.е. когда подключенная к нему турбина работает на холостом ходу.

Такое состояние подсинхронного резонанса может иметь отрицательное демпфирование, и, таким образом, амплитуда крутильных колебаний возрастает так, что части механической системы, такие как валы, могут быть повреждены. Таким образом, состояние подсинхронного резонанса может привести к катастрофическим последствиям в электрической системе.

В документе US 5801459 раскрывается способ и устройство управления для последовательно подключенной емкости, подключенной в линии электропередачи, с целью демпфирования возникающих подсинхронных резонансов. Однако этот способ управления зависит от наличия положительного механического демпфирования в системе. Основным препятствием является то, что весьма затруднительно определить точное значение механического демпфирования на стадии разработки системы. Следовательно, риск подсинхронного резонанса должен оцениваться на основании предполагаемых значений механического демпфирования, полученных из предшествующего опыта.

Раскрытие изобретения

Целью настоящего изобретения является предложение надежных и эффективных средств, позволяющих уменьшить явления подсинхронного резонанса в системах электропередачи указанного выше типа.

Даная цель в соответствии с изобретением достигается путем предложения устройства, содержащего средства определения составляющих напряжения с указанных обмоток статора с одной или более дискретными частотами, каждая из которых является частотой напряжения генератора, соответствующей скорости вращения ротора за вычетом частоты механического резонанса указанной механической системы, причем данные средства выполнены с возможностью вычисления, на основании результата указанного определения, напряжения, подлежащего добавлению к указанному напряжению с обмоток статора для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в электрической системе, а также устройства, выполненного с возможностью добавления указанного вычисленного напряжения к указанному напряжению с обмоток статора для уменьшения явлений подсинхронного резонанса в системе электропередачи.

Таким образом, изобретение основано на понимании того, что наличие связи между механическими колебаниями и электрическими колебаниями является одним из решающих условий для существования подсинхронного резонанса. Как описывалось выше, при установлении крутильных колебаний генерируемое напряжение будет иметь фазовую модуляцию относительно остальной системы электропередачи. Поток активной мощности тесно связан с разностью фаз между напряжением генератора и напряжением электрической системы. Результирующий поток активной мощности вызывает модуляцию электродинамического крутящего момента в генераторе. Это означает, что системами с механическими и электрическими колебаниями образуется замкнутый контур. Указанная связь может быть уменьшена или даже полностью устранена с помощью нового подхода, предполагающего добавление указанного напряжения к напряжению со статорных обмоток, которое противодействует отклонению напряжения генератора вследствие механических крутильных колебаний таким образом, что подсинхронные резонансы, которые могут возникнуть в указанной электрической системе, не будут связаны с указанной механической системой и переноситься на нее, а также не будут повреждать ее части. Данный способ обеспечивает также возможность одновременного демпфирования нескольких модальных частот подсинхронного резонанса.

Следует отметить, что «напряжение со статорных обмоток» в данном контексте должно пониматься как включающее в себя также напряжение, получаемое после возможного преобразования с помощью повышающего трансформатора напряжения, создаваемого в статорных обмотках. В этом случае для уменьшения указанных явлений подсинхронного резонанса напряжение добавляется к напряжению, получаемому после указанного трансформатора.

Согласно варианту осуществления изобретения указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления напряжения, подлежащего добавлению к напряжению со статорных обмоток, для существенной компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами напряжения, подаваемого в указанную электрическую систему, причем схема выполнена с возможностью добавления указанного напряжения к указанному напряжению от обмоток статора для обеспечения указанной существенной компенсации. Это означает, что устраняется связь между генератором и указанной электрической системой и тем самым устраняется решающее условие для существования подсинхронного резонанса. Это достигается благодаря тому, что напряжение в указанной электрической системе за точкой добавления указанного напряжения становится немодулированным, поэтому крутильные колебания не вызывают модуляции активной мощности.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью измерения тока на указанных статорных обмотках, и средства для фильтрации составляющих тока, измеренных таким образом с указанными дискретными частотами, причем средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих тока, величины напряжения, подлежащего добавлению для компенсации указанных составляющих тока и передачи информации о них в указанную схему, причем схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих тока. Как оказалось, такой способ определения указанных составляющих тока с указанными дискретными частотами и добавления напряжения таким образом, чтобы данные составляющие тока исчезли, является очень надежным способом устранения подсинхронных составляющих напряжения для указанной электрической системы и тем самым устранения связи между механическими колебаниями и электрическими колебаниями. Данный способ устранения отклонения напряжения генератора вследствие крутильных колебаний является очень надежным по отношению к изменяющимся условиям в указанной электрической системе, таким как изменяющаяся степень компенсации в линии электропередачи с компенсацией реактивной мощности.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью по существу непрерывного определения значений скорости вращения указанного ротора, и элемент, выполненный с возможностью вычисления, на основании изменения установленной таким образом величины скорости вращения, составляющих напряжения с указанных статорных обмоток с указанными дискретными частотами, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании результатов вычисления указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с указанными дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему, а указанная схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению со статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих напряжения. Такое измерение скорости вращения ротора генератора дает возможность определить форму напряжения в указанной статорной обмотке таким образом, что указанная связь между генератором и электрической системой может быть также устранена или уменьшена путем добавления соответствующего напряжения к напряжению со статорных обмоток.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью измерения напряжения на указанных статорных обмотках, и средства для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеренного таким образом напряжения, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению к напряжению с указанных статорных обмоток для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами в напряжении, подаваемом в электрическую систему, причем указанная схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению с указанных статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих напряжения.

Соответственно, данное устройство позволяет достичь цель изобретения тем же способом, что и устройство в соответствии с предыдущим вариантом осуществления за исключением того факта, что напряжение в статорных обмотках и тем самым составляющие напряжения с указанными дискретными частотами измеряются непосредственным образом.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения указанные средства определения содержат элемент, выполненный с возможностью измерения напряжения, подаваемого в указанную электрическую систему, в точке, находящейся за точкой добавления указанного напряжения к напряжению со статорных обмоток, и средства для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеренного таким образом напряжения, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих напряжения, напряжения, подлежащего добавлению для компенсации указанных составляющих напряжения с дискретными частотами, и передачи информации о нем в указанную схему, причем указанная схема выполнена с возможностью добавления вычисленного таким образом напряжения к напряжению со статорных обмоток для существенной компенсации указанных составляющих напряжения. Это означает, что добавление указанного напряжения будет основываться на появлении указанных составляющих напряжения, которые с помощью данного добавления будут уменьшаться или устраняться таким образом, что формируется преимущественный замкнутый контур.

Согласно другому варианту осуществления изобретения устройство дополнительно содержит средства, выполненные с возможностью измерения крутильных колебаний в указанной механической системе, причем указанные средства вычисления выполнены с возможностью вычисления, на основании результата указанного определения указанных составляющих с дискретными частотами, а также результата указанного измерения крутильных колебаний, напряжения, подлежащего добавлению к указанному напряжению со статорных обмоток для обеспечения активного демпфирования указанных крутильных колебаний, причем указанная схема выполнена с возможностью добавления напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток с формированием демпфирующего крутящего момента в отношении вращающихся частей указанной механической системы. Данный вариант осуществления обеспечивает возможность активного демпфирования крутильных колебаний путем добавления указанного напряжения, что может увеличить срок службы частей указанной механической системы.

Согласно другому варианту осуществления изобретения указанная схема содержит преобразователь (конвертер) напряжения (Voltage Source Converter, VSC) и модуль управления, выполненный с возможностью управления вентилями преобразователя напряжения на основании результата указанного вычисления указанного напряжения, добавляемого к напряжению со статорных обмоток. Использование преобразователя напряжения обеспечивает возможность эффективного добавления напряжения, имеющего точную форму, необходимую для получения требуемого изменения напряжения со статорных обмоток, с помощью соответствующего управления вентилями преобразователя, то есть полупроводниковыми устройствами ключевого типа преобразователя напряжения, такими как биполярные транзисторы с изолированным затвором.

Согласно другим вариантам осуществления изобретения указанная схема содержит: а) вольтодобавочный трансформатор, соединенный с указанными статорными обмотками, а также с указанным преобразователем напряжения по нулевому потенциалу, предназначенным для запитывания указанного вольтодобавочного трансформатора в соответствии с управлением от указанного модуля управления, или b) преобразователь напряжения по Н-мостовой схеме, соединенный с каждой фазой линии электропередачи с указанных статорных обмоток для добавления указанного напряжения в соответствии с управлением от указанного модуля управления для преобразователя напряжения, или с) 3-фазный преобразователь напряжения, соединенный последовательно с повышающим трансформатором и соединенный с указанными статорными обмотками по нулевому потенциалу трансформатора, управляемого указанным модулем управления.

Изобретение также предлагает способ уменьшения явлений подсинхронного резонанса в системе электропередачи в соответствии с пунктами прилагаемой формулы изобретения, характеризующими способ. Преимущества различных особенностей этого способа и его вариантов осуществления ясно видны из описываемых выше различных вариантов осуществления устройства в соответствии с изобретением.

Изобретение также относится к компьютерной программе, а также машиночитаемому носителю данных согласно соответствующим пунктам прилагаемой формулы. Шаги способа в соответствии с изобретением могут выполняться процессором, снабженным такой компьютерной программой.

Изобретение также охватывает применение устройства в соответствии с изобретением для уменьшения явлений подсинхронного резонанса (SSR) в системе электропередачи, содержащей линию электропередачи, снабженную средствами компенсации реактивной мощности, а также такое применение в системе электропередачи, содержащей тепловую электростанцию, имеющую генератор, соединенный с одной или более ступенями турбин, которые являются наиболее преимущественными вариантами применения при использовании устройства в соответствии с изобретением.

Другие преимущества, а также преимущественные свойства изобретения будут понятны из последующего описания.

Краткое описание чертежей

Далее следует подробное описание вариантов осуществления изобретения, представляемых в качестве примеров, со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На чертежах:

на фиг.1 представлен схематичный вид системы электропередачи, в которой механическая система соединена с электрической системой и в которой могут быть применены устройство и способ в соответствии с настоящим изобретением,

на фиг.2 представлен весьма схематичный вид, иллюстрирующий устройство в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, используемым в системе электропередачи, имеющей указанную электрическую систему, подверженную возникновению в ней явлений электрического резонанса,

на фиг.3 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения,

на фиг.4 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения,

на фиг.5 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения,

на фиг.6 показан вид, соответствующий фиг.2, устройства в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения,

на фиг.7-9 представлены виды, показывающие различные способы добавления напряжения к напряжению со статорных обмоток в устройствах в соответствии с изобретением.

Осуществление изобретения

На фиг.1 показана механическая система 1, соединенная с электрической системой 2. Механическая система содержит турбину 3, имеющую некоторое число ступеней 4-6, таких как ступени высокого давления, низкого давления и промежуточного давления, соединенных между собой с помощью валов 7 и соединенных с ротором 8 генератора 9 через вал 10 ротора.

Электрическая система содержит статор 11 со статорными обмотками 12 генератора и линию 13 электропередачи, соединенную со статорными обмотками 12. Линия электропередачи имеет реактивное сопротивление, обозначенное как 14. Позицией 15 показывается, как к линии 13 для компенсации реактивной мощности присоединяется последовательная конденсаторная батарея.

Как уже объяснялось, в напряжении от статорной обмотки будут появляться подсинхронные составляющие напряжения как результат крутильных колебаний в механической системе на определенных частотах, которые могут быть определены уже на этапе изготовления механической системы. Эти составляющие будут создаваться только тогда, когда генератор, и соответственно ротор, принимает участие в рассматриваемой моде колебаний. Кроме того, подсинхронные резонансы могут возникать в электрической системе 2 из-за ее реактивного сопротивления 14 и емкости 15. Условия подсинхронного резонанса могут иметь отрицательное демпфирование таким образом, что амплитуда крутильного колебания в механической системе возрастает, что приводит к повреждению системы валов. Настоящее изобретение существенным образом уменьшает эти проблемы, предоставляя меры, позволяющие устранить связь между механической системой и электрической системой.

На фиг.2 показано устройство в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, которое содержит элемент 16, выполненный с возможностью измерения тока на статорных обмотках. Повышающий трансформатор, не показанный на фиг.2-9, обычно располагается между генератором 9 и линией 13 электропередачи для повышения уровня напряжения, создаваемого на статорных обмотках. Измерение тока элементом 16 и измерения тока и/или напряжения в вариантах осуществления, описываемых ниже, осуществляется со стороны линии указанного повышающего трансформатора. Если принять, что механическая система имеет частоты механического резонанса при 10 Гц, 20 Гц и 30 Гц, а частота напряжения на статорных обмотках равна 50 Гц, то измеряемый ток будет содержать составляющие со следующими частотами в подсинхронном диапазоне: 40 Гц (50 минус 10), 30 Гц (50 минус 20) и 20 Гц (50 минус 30). Устройство также содержит средства 17 фильтрации, выполненные с возможностью фильтрации (устранения) измеряемых составляющих тока с указанными дискретными частотами. Устройство также содержит средства 18 в виде схемы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), выполненные с возможностью измерения частоты напряжения, генерируемого в указанных статорных обмотках при вращении ротора 8, и пересылки информации о ней в указанные средства фильтрации таким образом, чтобы можно было определить дискретные составляющие частоты. Устройство также содержит средства вычисления 19, выполненные с возможностью вычисления, на основании информации от указанных средств фильтрации об указанных составляющих тока, напряжения, добавляемого к напряжению со статорных обмоток для компенсации указанных составляющих тока. Средства вычисления пересылают результат данного вычисления в схему 20, выполненную с возможностью добавления указанного вычисленного напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток, которое, в случае наличия указанного повышающего трансформатора, является напряжением после преобразования с помощью этого трансформатора, для обеспечения существенной компенсации указанных составляющих тока и тем самым также и соответствующих составляющих выходного напряжения 21 после добавления указанного напряжения. Возможные конструкции данной схемы 20 будут пояснены ниже со ссылкой на фиг.7-9, причем все они основаны на использовании преобразователя напряжения для получения соответствующих добавляемых напряжений.

Ширина полосы частот средств 17 фильтрации предпочтительно выбирается сравнительно узкой, что снижает номинал преобразователя, используемого в схеме 20 таким образом, что он может составлять менее 5% от мощности генератора 9, однако следует определить оптимальную ширину такой полосы частот, поскольку более широкая полоса частот будет повышать быстродействие устройства. Способ уменьшения явлений подсинхронного резонанса, который может реализовываться с помощью устройства, показанного на фиг.2, будет являться очень надежным благодаря измерению тока и регулированию его составляющих с дискретными частотами в сторону их уменьшения до нуля с возможностью одновременного существенного устранения таких составляющих с различными частотами.

На фиг.3 показано устройство в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, содержащее элемент 22, выполненный с возможностью по существу непрерывного измерения значения скорости вращения ротора. Элемент 23 выполнен с возможностью вычисления, на основании изменения измеренных значений скорости вращения, составляющих напряжения со статорных обмоток с указанными дискретными частотами. Средства вычисления 19 и схема 20 выполнены с возможностью функционировать в соответствии со способом, описанным выше в отношении варианта осуществления, показанного на фиг.2.

На фиг.4 показано устройство в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, которое содержит элемент 24, выполненный с возможностью измерения напряжения в статорных обмотках, и средства 25 для фильтрации составляющих напряжения с указанными дискретными частотами из измеряемого таким образом напряжения. Средства вычисления 19 и схема 20 выполнены таким образом, чтобы функционировать в соответствии с вышеприведенным описанием.

На фиг.5 показано устройство в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения, которое отличается от устройства, показанного на фиг.4, тем, что измерение напряжения здесь осуществляется элементом 26 в точке, находящейся за точкой добавления указанного напряжения схемой 20 к напряжению со статорных обмоток. Это означает, что добавление указанного напряжения с помощью схемы 20 будет приводить к исчезновению указанных составляющих в напряжении, измеряемом указанным элементом 26, соответствующих измерению тока в варианте осуществления, показанном на фиг.2.

На фиг.6 показано устройство в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения, которое содержит средства 27, выполненные с возможностью измерения крутильных колебаний в механической системе и передачи информации о них в средства вычисления 19, которые также получают данные об измерении тока со статорной обмотки и фильтрации результата измерения так же, как в варианте осуществления в соответствии с фиг.2. Средства вычисления 19 здесь выполнены с возможностью вычисления, на основании результата определения составляющих тока с дискретными частотами, а также результата измерения крутильных колебаний, напряжения, добавляемого к напряжению со статорных обмоток для получения активного демпфирования указанных крутильных колебаний, а схема 20 выполнена с возможностью добавления напряжения к указанному напряжению со статорных обмоток с формированием демпфирующего крутящего момента в отношении вращающихся частей механической системы. Таким образом, это устройство может быть использовано для получения активного демпфирования таких крутильных колебаний, что может продлить срок службы компонентов механической системы.

На фиг.7 показан вариант осуществления схемы, которая может использоваться в любом из вариантов осуществления устройства в соответствии с изобретением, показанным на фиг.2-6, однако здесь она показана для варианта осуществления в соответствии с фиг.2. Эта схема содержит преобразователь 28 напряжения по нулевому потенциалу, предназначенный для запитывания вольтодобавочного трансформатора 29, соединенного со статорными обмотками. Схема 20 дополнительно содержит модуль 30 управления, выполненный с возможностью управления вентилями преобразователя 28 напряжения для запитывания указанного вольтодобавочного трансформатора 29 таким образом, чтобы указанные составляющие напряжения со статорных обмоток с дискретными частотами были существенно скомпенсированы.

На фиг.8 показан другой вариант осуществления схемы 20, которая содержит преобразователь 28' напряжения по Н-мостовой схеме, соединенный с каждой фазой линии электропередачи со статорных обмоток для добавления указанного напряжения в соответствии с управлением от указанного модуля 30 управления для преобразователя.

Наконец, на фиг.9 показана схема 20 в соответствии с еще одним вариантом осуществления, которая содержит 3-фазный преобразователь 28 напряжения, соединенный последовательно с повышающим трансформатором 31, соединенным с указанной статорной обмоткой по нулевому потенциалу трансформатора.

Изобретение никоим образом не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше, и для специалиста в данной области техники должны быть очевидны возможности для модификации без отступления от основной идеи изобретения, определяемой в прилагаемой формуле изобретения.

Следует повторить, что «напряжение со статорных обмоток» и «ток со статорных обмоток» могут быть напряжением и током на выходе повышающего трансформатора в том случае, когда такой трансформатор подключен к статорным обмоткам.