СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ Российский патент 2000 года по МПК H02J3/40 H02H3/44 

Изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистем, а именно к способам автоматического предотвращения асинхронного режима путем воздействия на энергосистему.

При передаче мощности по высоковольтным линиям от станции в энергосистему (Фиг.1) на одной из линий электропередач возможно возмущение. Таким возмущением может быть случай аварийного отключения одной линии (Фиг.2). В результате этого нарушается баланс между механической мощностью на валу эквивалентного генератора станции и мощностью электрической, передаваемой по линии. Следствием нарушения баланса является возрастание угла между эдс E₁ эквивалентного генератора станции и эквивалентной эдс E₂ энергосистемы, потеря устойчивости, возникновение асинхронного режима.

Существуют способы предотвращения асинхронного режима, сохранения устойчивости передачи мощности по линии электропередачи путем воздействия на агрегаты электростанции, уменьшая механическую мощность на валу турбины эквивалентного генератора станции /1, 2/.

Для этого устройством предотвращения асинхронного режима подаются сигналы на отключение очередями части генераторов станции. В результате этого небаланс между механической и электрической мощностями изменяется в сторону предотвращения асинхронного режима. Основной неопределенностью в предотвращении асинхронного режима является определение дозы воздействия. В общем случае определить дозу воздействия невозможно заранее или в момент, когда будет установлено, что аварийный режим неустойчивый и наступит асинхронный режим. Если доза воздействия недостаточна, то асинхронный режим неминуем. Если доза воздействия окажется чрезмерно большой, то это может привести к развитию аварии. Требуется предотвратить асинхронный режим без излишних отключений.

Известен способ /2/ предотвращения асинхронного режима путем отключения части генераторов станции, если изображающая точка с координатами (δ;dδ/dt) фазовой плоскости выходит за пределы граничной траектории.

Недостатком данного способа является то, что граничная траектория зависит от многих параметров режима как доаварийного, так и аварийного, которые меняются в процессе работы энергосистемы. Для каждого аварийного режима существует своя граничная траектория. Из семейства возможных граничных траекторий используется одна, которая в общем случае не является действительно граничной. Кроме того, интенсивность воздействия производится на основе ранее проведенных расчетов для конкретного аварийного режима. В результате этого для одних режимов такая интенсивность будет недостаточной, и наступит асинхронный режим, в других случаях такая интенсивность будет избыточной и приведет к излишним отклонениям. Интенсивность воздействия должна быть большой, чтобы успеть предотвратить асинхронный режим, но при высокой интенсивности воздействия не допустить излишнего отключения генераторов станции.

Наиболее близким по технической сущности является способ предотвращения асинхронного режима путем измерения угла δ между эквивалентной эдс E₁ станции и эквивалентной эдс E₂ энергосистемы, интегрирования по углу δ текущего значения мощности P

замера ускорения d²δ/dt² и в момент, когда ускорение становится равным нулю, фиксации значения угла δ₁ и мощности P₁ и определения условия устойчивости по выражению

где P₀ - мощность электропередачи в нормальном режиме.

Предлагаемое решение хорошо определяет предполагаемое нарушение устойчивости, но не всегда при этом сохраняется связь по линии электропередачи.

Целью настоящего изобретения является предотвращение асинхронного режима станции с сохранением связи по линии электропередачи.

Поставленная цель достигается тем, что в процессе аварии в момент, когда будет определено, что режим неустойчивый, производят отключение части генераторов первой очереди, а также в тот момент дополнительно определяют угол δ₁, соответствующий моменту, когда ускорение угла равно нулю, скорость изменения угла

при угле δ₁ и по этим дополнительным параметрам аварийного процесса и по значению заданного критического угла δ_кр определяется заданная скоростная динамическая характеристика как функция текущего значения угла δ.

и заданная динамическая характеристика ускорения

сравнивают для каждого значения угла δ текущее значение скорости изменения угла dδ/dt с заданной скоростью dδ/dt_зад и, если в аварийном режиме при каком-то текущем значении угла δ окажется, что скорость dδ/dt больше заданной dδ/dt_зад и ускорение d²δ/dt² больше заданного ускорения, то производят отключение генератора очередями с высокой интенсивностью до тех пор, пока ускорение d²δ/dt² не станет меньше заданного ускорения d²δ/dt2зад

.
Если скорость dδ/dt ротора окажется меньше заданной, то отключение генераторов не производится.

Рассмотрим работу предлагаемого способа. На Фиг. 1 показана схема электропередачи в нормальном режиме. Показано сопротивление X двух параллельных линий. Для упрощения описания нового способа предотвращения асинхронного режима допустим, что все генераторы станции имеют одинаковую эдс E₁ и внутренние сопротивления их равны нулю, а мощность каждого генератора равна P_п. Эдс эквивалентного генератора системы обозначим через Е₂, его внутреннее сопротивление равно нулю, и мощность равна бесконечности.

На Фиг. 2 показана схема электропередачи в аварийном режиме, когда линия Л-1 отключена. В нормальном режиме по линии Л-2 протекает мощность P₀ и угол электропередачи между Е₁ и Е₂ равен δ₀ (Фиг. 3). После аварийного отключения линии Л-1 нарушился баланс мощности между механической мощностью P₁ эквивалентного генератора станции и электрической мощностью P₀ передачи. В результате этого ротор эквивалентного генератора начал ускоряться, и стал увеличиваться угол δ между E₁ и E₂.

Устройство предотвращения асинхронного режима в процессе аварии отслеживает аварийный процесс с целью определения устойчивости аварийного режима. Для этого в устройстве определяется энергия W₁ электрического торможения ротора (Фиг. 3), результирующая энергия дополнительного разгона ротора W₂ и энергия торможения W₃. По соотношению между W₂ и W₃ определяется устойчивость системы. В случае, если система неустойчива W₂ > W₃, устройство подает сигнал на отключение генератора Г-1. При этом механическая мощность эквивалентного генератора станции уменьшается, а мгновенное значение положительного небаланса мощностей между электрической и механической мощностями увеличивается, увеличивается торможение. Одновременно замеряется угол δ = δ₁, скорость

при угле δ = δ₁. По этим параметрам и заданному значению критического угла δ_кр определяется заданная скоростная динамическая характеристика данного аварийного процесса как функция угла

и заданная динамическая характеристика ускорения

Здесь заданное значение δ_кр определяет, до какого критического значения угла δ_кр необходимо остановить рост угла δ в процессе предотвращения асинхронного режима, а следовательно, предотвратить асинхронный режим. Анализ поведения устройства, реализующего предлагаемый способ, удобно иллюстрируется при рассмотрении динамического процесса с помощью траектории, изображающей точки на фазовой плоскости ускорения - скорость изменения угла.

В задачу устройства предотвращения асинхронного режима входит обеспечение движения изображающей точки с координатами (δ;dδ/dt) по заданной скоростной динамической характеристике путем управления механической мощностью турбин станции.

В начале управления изображающая точка совмещена с заданной скоростной характеристикой (δ = δ₁;dδ/dt = dδ/dt_зад), так как из этого условия выбиралась характеристика. В дальнейшем аварийный процесс может носить разный характер:
1. След изображающей точки не совпадает с заданной динамической характеристикой и расположен выше заданной характеристики (Фиг. 4). В этом случае устройство подает сигналы на отключение генераторов Г-2, Г-3 и т.д. с высокой интенсивностью отключения за счет малого интервала времени между очередями, контролируя непрерывно положение изображающей точки (δ;d²δ/dt²) относительно заданной динамической характеристики ускорения (Фиг. 5). Как только ускорение окажется меньше заданной

прекращается отключение генераторов. Такой контроль за ускорением угла обеспечивает прекращение отключения генераторов, когда скорость dδ/dt остается больше заданной и в то же время гарантирует пересечение следа изображающей точки (δ;dδ/dt) с заданной динамической характеристикой. Так обеспечивается воздействие на станцию с высокой интенсивностью, предотвращая асинхронный режим, без излишних отключений. Площадь W₄ показывает изменение площадки (энергии) торможения после каждого отключения генератора.

2. След изображающей точки не совпадает с заданной динамической характеристикой и расположен ниже заданной. В этом случае отключений генераторов не производят.

3. След изображающей точки совпадает с заданной динамической характеристикой. В этом случае также не производят отключение генераторов.

Если по каким-либо причинам след изображающей точки вновь окажется выше заданной скоростной динамической характеристики, то устройство вновь будет отключать генераторы до тех пор, пока d²δ/dt² станет меньше d²δ/dt2зад

. Процесс дозированного отключения генераторов повторяется до тех пор, пока не будет достигнута цель управления, т.е. dδ/dt = 0 и угол δ будет мало отличаться от угла критического δ_кр, что обеспечит предотвращение асинхронного режима без излишних отключений генераторов электростанции.

Таким образом, предложенный способ предотвращения асинхронного режима электростанции отличается от известных способов тем, что благодаря высокой интенсивности воздействия на станцию предотвращается асинхронный режим практически при любом возмущении без излишних отключений генераторов, что позволяет повысить надежность работы энергосистемы в целом.

Источники информации
1. Б. И. Иофьев. Автоматическое аварийное управление мощностью энергосистем. М.: Энергия, 1974.

2. Я.Н. Лугинский и др. Противоаварийная автоматика энергосистем по углу и скольжению. В сб. : Релейная защита и автоматика электрических систем. Рига. 1991.

Изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистем, а именно к способам автоматического предотвращения асинхронного режима путем воздействия на генераторы электростанции. Технический результат - предотвращение асинхронного режима станции с сохранением связи по линии электропередачи. Это достигается тем, что определяется возможность нарушения устойчивости режима и в случае ее нарушения дополнительно замеряются скорость и ускорение угла электропередачи, определяются заданные характеристики управления системой, и, сравнивая реальную динамику изменения режима линии с заданной, производят отключение генераторов очередями, пока ускорение и скорость изменения угла не станут меньше заданных. 5 ил.

Способ автоматического предотвращения асинхронного режима электростанции путем измерения угла δ между эквивалентной эдс Е₁ электростанции и эквивалентной эдс Е₂ энергосистемы, замера и фиксации угла δ₀ и мощности электропередачи Р₀ в нормальном режиме, интегрирования по углу δ текущего значения мощности Р

замера ускорения d²δ/dt² и в момент, когда ускорение становится равным нулю, фиксации значения угла δ₁ и мощности Р₁ и определения условия устойчивости по выражению

отличающийся тем, что дополнительно замеряют и фиксируют скорость изменения угла

при угле δ = δ₁ и по скорости

и значению заданного критического угла δ_кр определяют заданную скоростную динамическую характеристику,

и заданную динамическую характеристику ускорения

сравнивают текущее значение скорости dδ/dt с заданной скоростью dt/dt_зад и, если окажется, что при угле δ скорость dδ/dt > dδ/dt_зад и d²δ/dt² > d²δ/dt2зад

, то подают сигналы на отключение генераторов очередями до тех пор, пока ускорение угла d²δ/dt² не станет меньше заданного ускорения d²t/dt2зад, а если скорость dδ/dt будет меньше заданной скорости dδ/dt_зад, то отключение не производится.