СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ТУРБОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ ТУРБОГЕНЕРАТОРА С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ И ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ Российский патент 1994 года по МПК H02P9/04 H02J3/24 

Изобретение относится к энергетике и предназначено для предупреждения перегрузки линий связи генератора с энергосистемой - решение задачи статической устойчивости генераторов, работающих в энергосистеме. Кроме того, изобретение позволяет определить режимные параметры работы генератора в энергосистеме и использовать их для коррекции систем противоаварийного управления при решении задач динамической устойчивости.

Известен способ сохранения статической устойчивости генератора в энергосистеме по программе, найденной для конкретной энергосистемы, ее определенного режима и возмущения. Реализация такой программы осуществляется централизованной системой, устанавливающей соответствующие режимы работы энергосистемы определенным программой условиям и формирующей команды управления на разгрузку турбогенератора и, при необходимости, на отключение нагрузки. Осуществление управления предполагает использование определяющей режимы работы электростанции информации по энергосистеме, передаваемой к системе управления по телеканалам [1]. На этом принципе основано определение режима работы станции (турбогенератора), фиксация слабой загрузки линий связи, работу в дефицитном или избыточном энергоузле.

Решение задачи при использовании этого способа может быть достаточно полным при соответствии режима энергосистемы программе и отсутствие отказов или погрешностей на все пути формирования команды управления. Обычно это труднодостижимо и генераторы вынужденно отключают от энергосистемы при аварийном возмущении несмотря на то, что более 60% возмущений в высоковольтных сетях проходят с успешным автоматическим включением (АПВ), позволяющим восстановить исходный режим.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ [2] , которому по станционной информации для конкретной станции, пропускная способность связей которой с энергосистемой известна, находится необходимое воздействие на мощность, позволяющее обеспечить необходимый запас по отношению к предельному режиму. Такой способ управления может также иметь применение только на заранее выбранных станциях и для его использования необходимо предварительное определение предела по статической устойчивости. Режим работы, в этом случае, может быть определен только для заранее выбранной станции.

Целью изобретения является упрощение управления турбогенератором, работающим в произвольных условиях. Это достигается использованием только станционной информации, что позволяет резко повысить эффективность и надежность систем управления, снизить их стоимость.

Целью изобретения является исключение необходимости определения уставок в процессе управления. Это сокращает подготовительную часть применения системы в эксплуатации и делает ее адаптированной к изменению условий работы генератора, повышает ее быстродействие.

Целью изобретения является снижение погрешности управляющих сигналов и получаемой от системы информации о режиме. Это повышает эффективность управления и исключает ложные действия системы, реализующей способ.

Цель достигается тем, что производят три последовательных измерения мощности и скольжения частоты вращения вала произвольного генератора относительно шин станции, по разности единицы и отношения разностей мощностей третьего и второго, второго и первого измерений, отнесенных к среднему значению скольжения на соответствующем интервале, полученное значение умножают на отношение нормирующего коэффициента и среднего значения скольжения на обоих интервалах и это значение принимают за эквивалент угла, который однозначно определяет угол по связи произвольного генератора с условным центром энергосистемы для этого генератора, по отклонению положительного значения эквивалента угла от уставок, соответствующих определенному запасу по статической устойчивости производят пропорционально этой разности разгрузку турбины, при отрицательном значении эквивалентного угла осуществляют ступенями отключение нагрузки, а при значениях эквивалента угла меньше величины, требующей воздействия на мощность турбогенератора и нагрузку, используют его для определения характеристики режима и степени загрузки связей генератора с энергосистемой, три последовательных измерения периодически повторяют через заданный интервал времени.

Цель достигается тем, что уставки определяют по заранее найденной зависимости угла по связи генератор - условный центр от эквивалента угла, а режим работы генератор в передающем или приемном энергоузле определяют по знаку эквивалента угла.

Цель достигается тем, что производится повторное измерение мощности и скольжения, если в момент первого измерения мощности скольжение равно нулю или приращение частоты вращения вала турбогенератора двух последовательных измерений меньше приращения, соответствующего измеренному приращению мощности, или если скольжение на втором интервале изменяет знак.

Причинно-следственная связь между отличительными признаками и целью изобретения заключается в том, что для анализа работы генератора в энергосистеме используется его обобщенное представление, изложенное в опубликованных материалах. (Статья Мурганов В.П. "Стабилизация режима работы турбогенератора и энергосистемы по станционной информации "Электрические станции, 8, 1991).

Из преобразованных уравнений следует, что активная мощность произвольного генератора Pi может быть определена соотношением:
P_i= Pcбi˙sin α_ii+Pвзim˙ sinδ _im, (1) где Pсбi, α_ii - параметры генератора; Pвзim, δ_im - переменные параметры характеристики связи генератора с энергосистемой (условным центром для рассматриваемого генератора), имеющие конкретные значения только для определенного момента времени. Из преобразования уравнений и векторной диаграммы генератора с условным центром m для данного генератора можно установить, что скольжение генератора по отношению к условному центру Sim можно определить, как: Sim=A˙Sif, где A - знакопостоянная величина при Sim< |π/2|, а Sif - скольжение по отношению к шинам станции. В результате, непосредственно на станции, по приведенным обобщенным уравнениям, можно получить необходимую информацию о режиме работы генератора и осуществить управление, предупреждающее нарушение устойчивости генератора в энергосистеме произвольной мощности, используя изменения крутизны характеристики генератора.

Считаясь с тем, что первый член в уравнении (1) для P_i слабо зависит от δ_im, а Pвзim - величина для близко расположенных точек характеристики генератора, если нет отключения линий, примерно постоянна, то отношение производных dPi/d δ_im для двух соседних точек характеристики примерно равно отношению cos im в этих точках, с равенством этого отношения нулю при δ_im= π/2(- π/2). Представляют (δ_im)₂=(δ_im)₁+ Δ и используют для определения режима работы генератора уравнение вида
ϕ^*= [1-cos(δ_im)₂/cos(δ_im)₁]= [1-cosΔ+sinΔ·tgδ_im
(2) где Δ_o - принятое эталонное для системы изменение угла δ_im;
Δ - текущее изменение угла на интервале между второй и первой точкой (индексы - номера замеров). И далее, если изменения Δ - малые то cosΔ≈1, а sin Δ≈Δ. Отсюда ϕ*= Δ_o tg(δ_im)₁. Т.е. ϕ* однозначно определяет (δ_im), что позволяет, используя при замера информации, получить:
ϕ*=[1-[(Pi)₃-(Pi)₂]/[(Pi)₂-(Pi)₁] x x (Sif)₁₂^ср/(Sif)₂₃^ср)˙Δ_o˙2/[(Sif)₁₂^ср+ +(Sif)₂₃^ср] Δ t, где значком "ср" - обозначено среднее значение на отмеченном цифрой интервале, а Δ t - интервал времени на котором проводится измерение мгновенных значений
Точность определения δ_im по значению ϕ* достигается тем, что проведенные измерения Pi и Sif отбраковываются и производится повторное их определение в случаях:
- если при первом измерении мощности скольжения равно нулю. (это определяет равновесный режим, когда управление неоправдано);
- если измеренная разность мощностей в двух соседних точках сопровождается меньшим изменением частоты, чем следует из возникшей разности для данного генератора и установленного периода опроса информации (это определяет момент наличия энергосистемного возмущения, когда резкое изменение Pсбii, Pвзim не допускают проведения сравнения значений для двух соседних точек из-за нарушения исходных посылок);
- если скольжение на втором интервале измерения меняет знак (это позволяет исключить сопоставление информации процессов от колебаний разного знака).

Кроме того, в составе способа предусматривается контроль: отношения среднего скольжения для двух соседних интервалов с целью устранения ошибки, вызванной существенным изменением характеристики генератора. При этом для адаптации системы, реализующей способ к переходному процессу в зависимости от величины скольжения на первом измерении, варьируется интервал времени опроса информации, уменьшающийся с увеличением скольжения. Определенная точная теоретическая зависимость значения δim от ϕ* позволяет устранить и погрешность вызываемую существенным отличие Δ от эталонного Δ_o путем изменения зависимости по которой назначается уставка, т.е. за счет изменения уставки.

Значения уставок по которым определяется режим: полная разгрузка связей, слабая загрузка связей, нормальная загрузка связей, работа связей с запасом в 20 и 8% (нормированные значения по обеспечению устойчивости) задаются по теоретической зависимости полученной из уравнения (2). При этом для режимных характеристик формируется выходной сигнал информации, а при достижении запаса в 20 и 8% производится воздействие на мощность для работы с положительным ϕ* с различным коэффициентом усиления или на фидера нагрузки (при отрицательном ϕ*) пропорционально разности текущего ϕ* и уставки.

Реализация способа возможна как на аналоговой, так и цифровой аппаратуре. Благодаря замене централизованной системы на децентрализованную без телеканалов передачи информации, упрощается не только структура системы, но и существенно снижается ее стоимость как за счет аппаратуры (устранение телеканалов передачи информации) так и повышения надежности и обеспечения адаптивности к изменению условий и режимам эксплуатации.

Использование: в энергетике, для обеспечения статической устойчивости турбогенераторов , а также для коррекции систем противоаварийного управления для обеспечения динамической устойчивости. Сущность: производят три последовательных измерения мощности и скольжения, вычисляют эквивалент угла ϕ^* , который однозначно определяет угол d_im по связи произвольного генератора с условным центром энергосистемы для него. Определяют отклонение эквивалента угла от уставок, соответствующих определенному запасу статической устойчивости. При положительном значении эквивалента угла разгружают турбину, пропорционально отклонению, при отрицательном отключают нагрузку ступенями пропорционально отклонению, при значении эквивалента угла меньшем величины, требующей воздействия, фиксируют слабую загрузку связи. Уставки определяют заранее по зависимости δ_im=f(ϕ^*) , а режим работы генератора - в приемном или передающем узле - определяют по знаку ϕ^* . Если в момент первого измерения мощности скольжение равно нулю или приращение частоты меньше частоты, соответствующей приращению мощности, или скольжение меняет знак, производят повторное измерение мощности и скольжения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ ТУРБОГЕНЕРАТОРА ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ПЕРЕГРУЗКИ ЛИНИЙ СВЯЗИ ТУРБОГЕНЕРАТОРА С ЭНЕРГОСИСТЕМОЙ И ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕЖИМА РАБОТЫ, в котором измеряют мощность турбогенератора, сравнивают ее с уставкой и разгружают турбину пропорционально результату сравнения, отличающийся тем, что, с целью упрощения управления турбогенератором, работающим в произвольных условиях, производят три последовательных измерения мощности и скольжения частоты вращения вала произвольного генератора относительно шин станции, по разности единицы и отношения разностей мощностей третьего и второго, второго и первого измерений, отнесенных к среднему значению скольжения на соответствующем интервале, полученное значение умножают на отношение нормирующего коэффициента и среднего значения скольжения на обоих интервалах, это значение принимают за эквивалент угла, который однозначно определяют угол по связи произвольного генератора с условным центром энергосистемы для этого генератора, по отклонению положительного значения эквивалента угла от уставок, соответствующих определенному запасу по статической устойчивости, производят разгрузку турбины пропорционально отклонению, при отрицательном значении эквивалента угла осуществляют отключение нагрузки ступенями также пропорционально отклонению, а при значениях эквивалента угла меньше величины, требующей воздействия на мощность турбогенератора и нагрузку, используют его для определения характеристики режима и степени загрузки связей генератора с энергосистемой, три последовательных измерения мощности и скольжения периодически повторяют через заданный интервал времени. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью исключения определения уставок в процессе управления, уставки определяют по заранее найденной зависимости угла по связи генератор - условный центр от эквивалента угла, а режим работы генератора в приемном или передающем энергоузле определяют по знаку эквивалента угла. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, с целью снижения погрешности управляющих сигналов и получаемой от системы информации о режиме, производят повторное измерение мощности и скольжения, если в момент первого измерения мощности скольжение равно нулю или приращение частоты вращения вала турбогенератора двух последовательных измерений меньше приращения, соответствующего измеренному приращению мощности, или если скольжение на втором интервале изменяет знак.