СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ Российский патент 1998 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано, например, в автоматике ликвидации асинхронного режима (АЛАР).

Известен способ [1], основанный на фиксации факта перехода фазового угла ϕ между напряжением и током в контролируемой точке электропередачи из одной заданной зоны в другую при условии, что угол δ между векторами электродвижущих сил (ЭДС) по концам электропередачи существенно отличен от 0 и близок к 180^o.

Недостатками этого способа являются низкие селективность и устойчивость функционирования из-за зависимости ϕ от изменения угла ϕ_э эквивалентного угла сопротивления электропередачи в пределах (60 - 110)^o при жесткой связи границы упомянутого перехода угла ϕ с некоторым установленным значением ϕ_э , а также из-за фиксации факта АР в зоне неопределенных значений ϕ(δ ≈ 180^°) . Кроме того, известный способ не позволяет использовать информативность ϕ в отношении размещения электрического центра качаний (ЭЦК) относительно контролируемой точки и знака взаимного скольжения S векторов для выработки оптимальных управляющих воздействий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ выявления АР, свободный от отмеченных выше недостатков [2]. Согласно этому способу вычисляют приращение Δϕ фазового угла ϕ в интервале времени Δt между моментами t₁ и t₂ с одинаковыми значениями другого режимного параметра в цикле его колебаний, например, тока электропередачи. При этом значения δ₁ и δ₂ угла δ , соответствующие моментам t₁ и t₂ при синхронных качаниях (СК), одинаковы, а Δϕ равно 0, в то время как в АР δ₂= (360^°-δ₁) и приращению Δδ = δ₂-δ₁ соответствует приращение Δϕ , существенно отличное от 0^o [2, фиг. 2 и 3].

Выявление АР производится при

где
- абсолютное значение Δϕ; ϕ_бл - угол блокировки, устанавливающий границу раздела между СК и АР с учетом нестабильности параметров электропередачи [2, фиг. 1] и погрешностей реализации способа.

Главные достоинства способа, обусловливающие высокий уровень его селективности и устойчивости функционирования, проявляются в отсутствии зависимости параметра распознавания Δϕ от ϕ_э и изменения частот ω_u и ω_i контролируемых напряжения и тока. При этом разность Δω логично использовать в качестве основного признака возникновения колебательного процесса при вычислении Δϕ :

Вместе с тем, известному способу присущи следующие недостатки:
1. Невозможность установить факт размещения ЭЦК внутри заданной зоны, а также слева или справа от нее, что ограничивает селективность и сужает спектр и эффективность управляющих воздействий.

2. Сильная зависимость δϕ от соотношения k и α [2, фиг. 3], при которой Δϕ может изменяться в диапазоне от 75 до 200^o при 0,2<α<0,8 , что ухудшает устойчивость функционирования и отстройку от СК и внешнего АР.

Задачей, на решение которой направлено заявленное предложение, является повышение селективности и устойчивости функционирования, а также расширение возможностей по управлению режимом электропередачи. Получаемый при этом технический результат проявляется в уменьшении числа отказов и ложных срабатываний АЛАР, где это изобретение может быть использовано, оптимизации управляющих воздействий, что в совокупности снижает ущерб от возможных аварий в энергосистеме.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем контроль приращения Δϕ₁ фазового угла ϕ₁ между напряжением U₁ в первой точке электропередачи и ее током i и режимного параметра по абсолютной величине, имеющей экстремальные значения при углах между векторами электродвижущих сил по концам электропередачи, равных в асинхронном режиме 0 и 180^o, фиксацию размещения электрического центра качаний и знака взаимного скольжения S₁₂ векторов , согласно которому приращение Δϕ₁ вычисляют в интервале времени Δt между моментами t₁ и t₂ равенства режимного параметра в каждом цикле его колебаний заданному значению, соответствующему в асинхронном режиме углам между векторами , существенно отличным от 0 и 180^o формируют абсолютную величину приращения Δϕ₁ и используют для установления факта возникновения асинхронного режима, определяют знак Δϕ_1/ и фиксируют его как знак S₁₂ при размещении электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой или фиксируют знак S₁₂ как противоположный знаку Δϕ при другом размещении электрического центра качаний, дополнительно вычисляют приращение Δϕ₂ фазового угла ϕ₂ между напряжением U₂ во второй точке электропередачи, более удаленной от точки приложения , чем первая, и током i, формируют абсолютную величину этого приращения и определяют его знак, выбирают наибольшее значение , фиксируют факт возникновения асинхронного режима по превышению установленного уровня, сравнивают Δϕ₁ и Δϕ₂ по знаку и абсолютной величине, фиксируют размещение электрического центра качаний на участке электропередачи между первой и второй точками при несовпадении упомянутых знаков или вне этого участка (при совпадении), в последнем случае фиксируют размещение электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой, если больше или между местом приложения и второй точкой, если больше .

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков аналога и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи:
1. Вычисление Δϕ₂ , формирование его абсолютного значения и выбор , по уровню которого различают АР и СК, позволяет ослабить влияние соотношения α и k на устойчивость функционирования по условию (1) и повысить селективность отстройки от СК и внешнего АР.

2. Фиксация знаков Δϕ и Δϕ₂ необходима для четкого распознавания АР по заданному сечению (знаки не совпадают) и внешних АР (знаки одинаковы), что повышает селективность способа.

3. Сравнение по величине дает возможность фиксировать в АР размещение ЭЦК слева или справа от контролируемой зоны и вырабатывать оптимальные управляющие воздействия в заданном сечении при АР по внешним сечениям с учетом знака δ₁₂ .

На фиг. 1 (а, б) представлены соответственно схема и векторная диаграмма электропередачи; на фиг. 2 показаны годографы вектора сопротивления в контролируемой точке при различных размещении ЭЦК и соотношении ЭДС ( α_ц и k) и величины Δϕ для этих режимов; на фиг. 3 и 4 приведены соответственно функциональная схема реализации способа и временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Напряжение и ток электропередачи в контролируемой точке представлены на фиг. 1 векторами , а напряжения двух точек, получаемых обычно путем фантомного моделирования - векторами . Кроме того, показаны фазовые углы ϕ_i (i = 0, 1, 2) между векторами .

Считая электропередачу (фиг. 1, а) однородной и вводя коэффициенты k = E₁/E₂, α = Z₁/Z_э,β = k•(Z₂/Z₁) и α_ц= k/(k+1) , можно получить формулы, показывающие зависимость этих параметров от угла δ между [1, 2]:

Годографы Z_p на фиг. 2 имеют форму окружностей, показанных частично с охватом зоны δ₁= 90^°<δ<270^°= δ₂ , в которой изменяются приращения Δϕj1

, где i = 0, 1 - индекс контролируемой точки, j = 1 ... 4 - номер годографа (режима), причем каждой i-ой точке электропередачи с напряжением соответствует система координат R_i, jX_i с началом в точке i.

При АР по контролируемому сечению, когда ЭЦК расположен между точками 1 и 2 на электропередаче (α₁<α_ц<α₂), имеют место годографы 1 (k > 1) и 2 (k < 1). Годографы 3 ( (α_ц>α₂ , k > 1) и 4 ( (α_ц<α₂ , k < 1) отображают АР по внешним сечениям, размещенным соответственно справа и слева от контролируемого. Остальные обозначения на фиг. 2 (Z_m1, Z_m2, Z₁, Z₂) аналогичны обозначениям на фиг. 1.

Функциональная схема (фиг. 3) содержит преобразователи тока 1 и напряжения 2, блоки 3 и 4 моделирования , орган 5 контроля режимного параметра, формирователи 6 и 7 приращений Δϕ₁ и Δϕ₂ фазных углов ϕ₁ и ϕ₂ соответственно, частотные детекторы 8, 9 и 10, формирователь импульсов по спаду 11, логический элемент 12 типа 2ИЛИ - НЕ, сумматоры 13 и 14, управляемые интеграторы 15 и 16; нульиндикаторы 17 и 18, формирователи абсолютных значений 19 и 20, логический элемент 21 типа ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, максиселектор 22, компараторы 23 и 24, логические элементы 25, 26 и 27 типа 2И, причем у элемента 26 первый вход выполнен инверсным, логический блок 28.

Орган 5 может быть выполнен в виде реле тока, напряжения или полного сопротивления, так как эти режимные параметры имеют экстремальные значения при δ , равном 0 и 180^o, причем коэффициент возврата органа должен быть равен 1, чтобы его срабатывание и возврат происходили в цикле АР или СК при заданном значении контролируемого параметра, например тока I электропередачи.

Формирователи 6 и 7 идентичны по структуре. Блоки 8, 13 и 15 формирователя 6 аналогичны блокам 10, 14 и 16 формирователя 7. Кроме того, формирователи имеют общие блоки 9,11 и 12.

Схема работает следующим образом. Ток i и напряжение u электропередачи, представляемые в дальнейшем векторами через измерительные трансформаторы поступают на входы преобразователей 1 и 2, где линейно преобразуются в сигналы на их выходах, значения которых должны быть всегда в границах рабочих диапазонов последующих элементов схемы:

где
k_i и k_u - коэффициенты передачи по напряжению и току через соответствующие измерительные трансформаторы и преобразователи.

Сигналы подаются на входы включенных параллельно блоков 3 и 4 моделирования. На их выходах формируются сигналы , пропорциональные напряжениям в других точках электропередачи (см. фиг. 1):

где
- сопротивления моделирования, γ₁ и γ₂ - коэффициенты передачи блоков 3 и 4 по входам, связанным с выходами преобразователя 1.

Сигнал поступает также на вход органа 5, представляющего собой, например, реле тока (сопротивление по нижнему входу равно бесконечности). Этот орган срабатывает и возвращается в исходное состояние в моменты t₁ и t₂ каждого цикла колебаний соответственно, когда сигнал X₁ = k_i•I равен заданному значению X_оп = k_i•I_ср.
Сигналы поступают на входы частотных детекторов 9, 8 и 10, выходные сигналы которых X₈, X₉ и X₁₀ пропорциональны частотам входных, а значит и частотам ω_i,ω₁ и ω₂ величин соответственно:

где
k_f - коэффициент преобразования.

С учетом (14) - (16) сигналы X₁₃ и X₁₄ на выходах сумматоров 13 и 14 равны:

Для удобства построения временных диаграмм (фиг. 4), не искажающего сущность способа, сигналы X₁₃ и X₁₄ представлены усредненными за цикл АР величинами. Они различны по знаку, что соответствует АР по контролируемому сечению, когда годографы Z_p (1 и 2 на фиг. 3) проходят между точками 1 и 2 комплексной плоскости.

В момент t₁ срабатывания органа 5 его выходной сигнал X₅ становится положительным, что эквивалентно логической "1". При этом сигнал X₁₂ на выходе элемента 12 обращается в "0" согласно его логической функции:

Так как выход элемента 12 связан с управляющими входами интеграторов 15 и 16, последние деблокируются и их выходные сигналы X₁₅ и X₁₆ начинают расти согласно выражениям, подобным (2):

где
t > t₁ - текущее время, Δϕ_1t и Δϕ_1t - приращения ϕ₁ и ϕ₂ в интервале (t - t₁).

В момент t₂ возврата органа 5 (X₅=0) сигналы X₁₅ и X₁₆ принимают значения k_fΔϕ₁ и k_fΔϕ₂ соответственно, причем приращение угла Δϕ_i (i=1, 2) можно вычислить с учетом (5) - (9) по следующей формуле:

где
δ₁ - значение δ в момент t₁. Здесь положительный знак учитывается при α<α_ц(β>1) , а отрицательный знак при α>α_ц(β<1) .

Сигнал X₁₅ поступает на входы блоков 17 и 19, а сигнал X₁₆ на входы блоков 18 и 20. С помощью нульиндикаторов 17 и 18 оцениваются знаки входных сигналов, а следовательно, и знаки Δϕ₁ и Δϕ₂ . Их выходные сигналы X₁₇ и X₁₈ положительны (уровень логической "1") при положительных знаках Δϕ₁ и Δϕ₂ соответственно и равны нулю (уровень логического "0") - при отрицательных. Совпадение или несовпадение знаков X₁₇ и X₁₈ Δϕ₁ и Δϕ₂ фиксируется элементом 21. Согласно функции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ его выходной сигнал X₂₁ соответствует "1" (X₂₁ > 0) в первом случае и "0" (X₂₁ = = 0) - во втором.

Абсолютные значения Δϕ₁ и Δϕ₂ вычисляются с учетом (20) и (21) посредством формирователей 19 и 20:

Далее с помощью максиселектора 22 из сигналов X₁₉ и X₂₀ выбирается наибольший:

В АР в отличие от мало зависит от изменения k в формуле (22) и всегда имеет высокий уровень. Так, для режимов 1 и 2 с соответствующими годографами на фиг. 4 почти вдвое больше , в то время как практически не отличается от . Поэтому селективность выявления АР при использовании вместо в условии (1) можно повысить за счет увеличения ϕ_бл . Реализация (1) осуществляется с помощью компаратора 24, срабатывающего (X₂₄ > 0) при X₂₂ > X_оп2 или с учетом (25) = X_оп2/k_f. Причем факт наличия АР фиксируется по этому условию только в течение короткого импульса X₁₁(t_и << t₂-t₁), возникающего на выходе формирователя 11 в момент t₂ возврата органа 5, когда имеет наибольшее значение. Эта фиксация осуществляется с помощью элемента 27 типа 2И. По истечении t_и сигнал X₁₂ становится положительным (логическая "1") и интеграторы 15 и 16 обнуляются для работы в следующем цикле.

В то же время зависимость Δϕ от α в (22) сохраняется. Чем больше удаленность ЭЦК от точки приложения контролируемого напряжения, тем меньше . Это позволяет различать внешние АР справа и слева от контролируемого сечения, например, режимы с годографами 3 и 4 соответственно. В первом случае , а во втором . Сравнение в схеме осуществляет компаратор 24, срабатывающий (X₂₄ > 0) при X₁₉ > X₂₀, что с учетом (23) и (24) адекватно условию .

Из (20) и (21) следует, что знаки совпадают со знаками Δω₁ и Δω₂ соответственно, причем в АР по контролируемому сечению эти знаки противоположны, как, например, знаки Δϕ11

и Δϕ12(Δϕ21 и Δϕ22) на фиг. 4, а при внешнем АР - одинаковы (знаки Δϕ31 и Δϕ32 ). Кроме того, очевидно, что знак Δϕ₁ будет таким же, как знак скольжения S₁₂ векторов , эквивалентных ЭДС (точки 1'и 2' на фиг. 2 соответствуют месту их приложения), при размещении ЭЦК между местом приложения и точкой 1 (α_ц>α₁) , когда годографы проходят между точками 1 и 2' (кривые 1 - 3). Однако в тех случаях, когда годограф проходит между точками 1' и 1 (кривая 4) знак S₁₂ противоположен Δϕ₁(α_ц<α₁) .

Работа остальных блоков схемы (25 - 28) сводится к элементарным логическим операциям:
X₂₇ = X₂₄•X₁₁ (26)
X₂₅ = X₂₁•X₂₇ (27)

X_28.1 = X₂₅•X₁₇ (29)

X_28.3 = X₂₆•X₂₃•X₁₇ (31)

Сигналы X₂₇, X₂₅, X₂₆, X_28.1 - X_28.6 имеют место на выходах схемы с первого по девятый соответственно. Срабатывание по первому выходу (X₂₇ > 0) свидетельствует о наличии АР. Если это АР по контролируемому сечению, то происходит также срабатывание по второму выходу (X₂₅ > 0), а в случае внешнего АР - по третьему (X₂₆ > 0). Четвертый и пятый выходы предназначены для фиксации АР по заданному сечению с определенным знаком S₁₂(X_28.1 > 0, если S₁₂ > 0, и X_28.2 > 0, если S₁₂ < 0). Для фиксации внешнего АР с определенным знаком S₁₂ предназначены шестой и седьмой выходы (ЭЦК между точкой приложения E₁ и точкой 1 на электропередаче) и восьмой и девятый выходы (ЭЦК между точкой 1 и местом приложения E₂). При этом срабатывание по выходам 6 и 8 происходит при S₁₂ > 0, а по выходам 7 и 9 при S₁₂ < 0.

Использование выходов схемы расширяет возможности по управлению режимом электропередачи после возникновения АР.

Таким образом, предлагаемый способ превосходит известный по селективности и устойчивости функционирования за счет использования вместо , а также по возможностям управления, благодаря раздельной фиксации АР по контролируемому и внешним сечениям с учетом знака S₁₂.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано, например, в автоматике ликвидации асинхронного режима (АЛАР). Сущность изобретения заключается в том, что наряду с известным контролем приращения Δϕ₁ фазового угла между напряжением и током в одной точке электропередачи дополнительно вычисляют приращение Δϕ₂ фазового угла в другой точке, причем точки выбирают так, чтобы электрический центр качания размещался между ними только при асинхронном режиме (АР) по заданному сечению. Выявление АР происходит при превышении наибольшим из абсолютных значений Δϕ₁ и Δϕ₂ заданного значения. При этом АР по заданному сечению фиксируют в случае различия знаков Δϕ₁ и Δϕ₂ , а внешние АР - при их совпадении. Кроме того, сопоставление абсолютных значений Δϕ₁ и Δϕ₂ позволяет установить, с какой стороны от контролируемого сечения находится сечение АР. Знак взаимного скольжения электродвижущих сил асинхронно идущих частей системы определяют, как и в известном способе, по знаку Δϕ₁ . Технический результат проявляется в повышении селективности функционирования, а также расширении возможностей по управлению режимом электропередачи устройств АЛАР. 4 ил.

Способ выявления асинхронного режима электропередачи, включающий контроль приращения Δϕ₁ фазового угла ϕ₁ между напряжением U₁ в первой точке электропередачи и ее током i и режимного параметра по абсолютной величине, имеющей экстремальные значения при углах между векторами электродвижущих сил по концам электропередачи, равных в асинхронном режиме 0 и 180^o, фиксацию размещения электрического центра качаний и знака взаимного скольжения S₁₂ векторов согласно которому приращение Δϕ₁ вычисляют в интервале времени Δt между моментами t₁ и t₂ равенства режимного параметра в каждом цикле колебаний заданному значению, соответствующему в асинхронном режиме углам между векторами существенно отличным от 0 и 180^o, формируют абсолютную величину приращения Δϕ₁ и используют для установления факта возникновения асинхронного режима, определяют знак Δϕ₁ и фиксируют его как знак S₁₂ при размещении электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой или фиксируют знак S₁₂ как противоположный знаку Δϕ при другом размещении электрического центра качаний, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют приращение Δϕ₂ фазового угла ϕ₂ между напряжением U₂ во второй точке электропередачи, более удаленной от точки приложения чем первая, и током i, формируют абсолютную величину этого приращения и определяют его знак, выбирают наибольшее значение фиксируют факт возникновения асинхронного режима по превышению установленного уровня, сравнивают Δϕ₁ и Δϕ₂ по знаку и абсолютной величине, фиксируют размещение электрического центра качаний на участке электропередачи между первой и второй точками при несовпадении упомянутых знаков или вне этого участка - при совпадении в последнем случае фиксируют размещение электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой, если или между местом приложения и второй точкой, если c