СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА Российский патент 2000 года по МПК H02H3/48 

Предлагаемое изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистем, а именно к способам определения в темпе реального времени динамической устойчивости при параллельной работе эквивалентного генератора (станции) с энергосистемой и предотвращения асинхронного режима.

При передаче мощности по высоковольтным линиям от электростанции в энергосистему или при обмене мощностью между отдельными частями энергосистемы во время аварии одна из линий электропередачи может бить отключена, в результате чего нарушается баланс между электрической мощностью, отдаваемой по линиям электропередачи, и механической мощностью на валу турбин электростанции. Следствием нарушения баланса является возрастание угла δ между эквивалентной ЭДС станции и эквивалентной ЭДС электрической системы, что может вызвать потерю устойчивости, возникновение асинхронного режима.

В случае нарушения устойчивости автоматические устройства противоаварийной автоматики предотвращают асинхронный режим путем отключення линии связи между энергосистемами.

Существуют способы предотвращения асинхронного режима путем замера угла δ, сравнения его значения с уставкой δ_уст и, если угол превышает уставху, подачи сигнала на отключение линии электропередачи, что предотвращает асинхронный ход /1, 2/.

Недостатком данного способа является то, что уставка по углу δ_уст, в общем случае, зависит от аварийной ситуации и не всегда будет являться границей между устойчивым и неустойчивым состоянием системы. В этом случае устройство, реализующее способ, может произвести излишнее отключение линии в устойчивом режиме или не отключить линию, когда режим неустойчив.

Уставка δ_уст выбирается исходя из определенной расчетной аварии и остается неизменной при любых аварийных ситуациях.

В действительности граница квазиустойчивого состояния зависит от начальных условий аварийного режима (мощности P₀, предаварийного значения угла δ₀, значений эквивалентных ЭДС E₁, E₂ и сопротивления системы), величины возмущения и постояной времени генераторов станции. Поэтому величина уставки является переменной величиной.

Целью настоящего изобретения является определение уставки по углу при любом характере аварийной ситуации и повышение точности ее определения.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно замеряют ускорение угла эквивалентной ЭДС станции d²δ/dt² и в момент, когда ускорение достигает нулевого значения, фиксируют значение угла δ₁ , а предельный угол отключения определяют как разность δ_уст = π-δ₁, причем, если ускорение d²δ/dt² не достигает нулевого значения при изменении угла в пределах δ₀-π/2, подают сигнал на отключение, когда угол δ = π/2.
Рассмотрим работу предлагаемого способа. На фиг. 1 показана схема электрической системы в нормальном режиме, а на фиг. 2 показана схема системы в аварийном режиме. Для упрощения понимания способа введем некоторые допущения, которые никак не влияют на работу способа. Примем, что мощности генератора Г-1 и Г-2 равны; мощность генератора Г-3 равна бесконечности; внутренние сопротивления генераторов Г-1 и Г-2 равны нулю.

На фиг. 3 показана угловая характеристика передачи мощности по линии Л-2. В нормальном режиме по линии Л-2 передается мощность P₀ и мощность на валу турбины эквивалентного генератора также равна P₀. В результате аварийного отключения линии Л-1 мощность на валу турбины эквивалентного генератора будет P₁ = 2P₀, а электрическая мощность в первый момент останется равной P₀. В результате этого появляется небаланс мощностей P₁ - P₀, под действием которого начнет увеличиваться угол δ с ускорением d²δ/dt²≠ 0. По мере увеличения угла будет увеличиваться передаваемая электрическая мощность и при угле δ₁ наступит баланс мощностей P₁= P_эл. Если P₁-P_эл=0, то и d²δ/dt²= 0.
Обладая избытком кинетической энергии, ротор эквивалентного генератора продолжает двигаться, увеличивая угол δ. При этом электрическая мощность будет больше, чем механическая мощность на валу турбины и ротор будет тормозиться. Если ротор затормозится и δ не достигнет угла δ_уст = π-δ₁, то асинхронный режим не наступит, система устойчива. Если угол δ достигнет и станет больше предельного угла отключения δ_уст = π-δ₁, то P_эл будет меньше P₁, ротор будет ускоряться и наступит асинхронный режим. Таким образом уставка по углу, определяемая как δ_уст = π-δ₁, является границей квазиустойчивого состояния системы. Значение угла δ₁ определяется в момент равенства нулю ускорения угла δ. В случае, если ускорение угла d²δ/dt² сохраняет положительный знак при изменении угла δ в пределах δ₀- π/2, то это значит, что мощность турбины P₁ больше максимальной электрической мощности на всем диапазоне изменения угла δ до δ₀<π. Следовательно, не будет торможения ротора, что свидетельствует об отсутствии границы квазиустойчивого состояния, о неустойчивом режиме работы системы. В этом режиме, если d²δ/dt²≥ 0, то при угле δ = π/2 производят отключение линии, предотвращая асинхронный режим. Данный способ может быть реализован с помощью известных микропроцессорных устройств предотвращения асинхронного режима.

Изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистем, а именно к способам предотвращения асинхронного режима. Технический результат заключается в определении уставки по углу при любом характере аварийной ситуации и повышении точности ее определения. Для этого дополнительно замеряется ускорение d²δ/dt² и момент, когда ускорение достигает нулевого значения, фиксируют значение угла δ₁, а уставку определяют как разность π-δ₁, причем, если ускорение не равняется нулю, то подают сигнал на отключение, когда угол равен π/2. 3 ил.

Способ автоматического предотвращения асинхронного режима в энергосистеме путем измерения угла δ между эдс эквивалентного генератора и эдс энергосистемы, сравнения угла δ с уставкой и, если указанный угол достигает или превышает значение уставки, подачи сигнала на отключение линии электропередачи, отличающийся тем, что дополнительно замеряют ускорение и в момент времени, когда указанное ускорение достигает нулевого значения, фиксируют значение угла δ₁, а уставку определяют как разность δ_уст = π-δ₁, причем, если указанное ускорение не достигнет нулевого значения при изменении угла δ в пределах от исходного предаварийного состояния δ₀ до π/2, подают сигнал на отключение в момент, когда угол δ = π/2