СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ Российский патент 2001 года по МПК H02H3/44 H02J3/40 

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 во время аварии одна из линий электропередач может быть отключена, в результате чего нарушится баланс между электрической мощностью, отдаваемой по линиям электропередач, и механической мощностью на валу турбин станции. Следствием нарушения баланса является возрастание угла δ между эквивалентной э. д. с. станции и эквивалентной э.д.с. электрической системы, угроза потери устойчивости, возникновения асинхронного режима.

Существуют способы предотвращения асинхронного режима путем замера угла δ, сравнения δ с уставкой δ_уст и, если δ ≥ δ_уст, подачи сигнала на отключение линии электропередачи, предотвращая асинхронный режим генератора /1, 2/.

Недостатком данного способа является то, что устойчивость режима определяется при углах δ_уст более В результате этого на линии электропередач, особенно при наличии на них отборов мощности, может значительно снизиться напряжение в промежуточных точках линии, особенно вблизи центра качаний, с отрицательными последствиями для потребителей и развитии аварий.

Наиболее близким по технической сущности является способ, в котором определяется угол δ электропередачи между э.д.с. эквивалентного генератора и э. д. с. энергосистемы с помощью замеренного значения эквивалентной механической мощности P, сравнения угла с расчетной уставкой и, если угол достигает или превышает значения уставки, подается сигнал на отключение линии электропередачи /3/.

В этом случае также δ_уст более π/2. Кроме того, недостатком данного способа является то, что данный способ предполагает, что механическая мощность на валу турбин станции не меняется в процессе аварии. В действительности при аварийном отключении одной из линий происходит частичный сброс электрической нагрузки генераторов, на что реагируют регуляторы мощности турбин и механическая мощность турбин уменьшается. Вследствие этого выбранная уставка δ_уст всегда будет меньше, чем действительная, а это значит в ряде случаев линия будет отключаться, когда система устойчива, т.е. будет иметь место ложное действие.

Целью настоящего изобретения является определение факта возможности нарушения динамической устойчивости и предотвращения асинхронного режима при малых значениях угла δ, до момента, когда угол δ достигает величины π/2 и отключения линии в случае определения факта возможности нарушения динамической устойчивости.

Поставленная цель достигается тем, что, замеряя текущее значение мощности P, непрерывно определяют интегральное значение замеряют значение ускорения и в момент, когда значение ускорения становится равным нулю, фиксируют значение угла δ₁ и мощности P₁, и сравнение с уставкой заменяют проверкой условия устойчивости по выражению

и если условие устойчивости не выполняется, подают сигнал на отключение линии электропередачи в момент, когда δ = δ₁, а если ускорение не достигнет нуля, то отключение линии производится, 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. E-1 и E-2 обозначают две разные системы. Для упрощения понимания способа введем некоторые допущения, которые никак не влияют на его работу.

Примем, что мощности генератора Г-1 и Г-2 равны, мощность генератора Г-3 равна бесконечности, внутренние сопротивления генератора Г-1 и Г-2 равны нулю. На фиг. 3 показана угловая характеристика передачи мощности по линии Л-2. Предполагается, что устройство, реализующее способ, установлено на каждой линии.

В нормальном режиме (фиг. 1) по линии Л-2 протекает мощность P₀ и мощность на валу турбины эквивалентного генератора также равна P₀ (фиг. 3). В результате аварийного отключения линии Л-1 (фиг. 2) мощность на валу турбины эквивалентного генератора будет P₁ = 2P₀ (фиг. 3), 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
В устройстве, реализующем предполагаемый способ, производится непрерывный замер угла δ и мощности, передаваемой по линии P. В процессе изменения угла δ устройство производит интегрирование мощности P по углу δ Интегрирование производится до тех пор, пока ускорение по углу не станет равным нулю.

В этом момент фиксируется угол δ = δ₁, текущее значение электрической мощности P = P₁, равной мощности турбины, величина W₁, определяется результирующая энергия дополнительного разгона ротора генератора как W₂ = определяется расчетная энергия торможения ротора и сравниваются W₂ с W₃.

Условие сохранения динамической устойчивости есть выполнение неравенства W₃ > W₂. Если условие выполняется (энергия торможения больше энергии разгона), то отключение не производится. Если условие не выполняется (W₂ > W₃), то это означает появление асинхронного режима и производится отключение выключателя линии уже в момент, когда δ = δ₁.
Могут быть случаи, когда механическая мощность на валу турбины эквивалентного генератора станции будет больше максимальной мощности P_max (фиг. 3) и тогда ускорение угла останется положительным и при угле В этом случае режим неустойчив (нет торможения ротора) и условием срабатывания является
Таким образом предложенный новый способ предотвращения асинхронного режима системы отличается от известных способов тем, что позволяет определить в темпе реального времени устойчивость передачи мощности по линии электропередачи в начальной стадии аварийного режима, когда угол электропередачи δ не достигает величины не допуская увеличения угла до опасных значений.

Данный способ может быть реализован с помощью современных микропроцессорных устройств противоаварийной автоматики. Для замера угла δ могут быть использованы современные телеканалы или угол δ может быть рассчитан стандартными способами /2, 3/.

Источники информации
1. В. А.Веников Переходные электромеханические процессы в электрических системах. М.: Высшая школа, 1970.

2. Б. И.Иофьев Автоматическое аварийное управление мощностью энергосистем. М.: Энергия, 1974.

3. Я.Н.Лугинский и др. Противоаварийная автоматика энергосистем по углу и скольжению. Сб. Релейная защита и автоматика электрических систем. Рига, 1991.

Изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистем, а именно к способам определения динамической устойчивости при параллельной работе эквивалентного генератора с энергосистемой и предотвращения асинхронного режима. Техническим результатом настоящего изобретения является определение факта возможности нарушения динамической устойчивости и предотвращения асинхронного режима при малых значениях угла δ. Технический результат достигается тем, что дополнительно замеряют текущее значение мощности в аварийном режиме, определяют интегральное значение мощности, замеряют ускорение угла электропередачи и в момент, когда ускорение равно нулю, проверяют условие устойчивости по заданному выражению и, если условие не выполняется, подают сигнал на отключение линии. 3 ил.

Способ автоматического предотвращения асинхронного режима в энергосистеме путем определения угла δ_o электропередачи между ЭДС эквивалентного генератора станции и ЭДС энергосистемы в нормальном режиме, сравнении угла с уставкой и, если угол достигает или превышает значение уставки, подают сигнал на отключение линии электропередачи, отличающийся тем, что дополнительно замеряют текущее значение мощности Р при нарушении баланса между электрической мощностью, отдаваемой по линиям электропередачи и механической мощностью на валу турбогенераторов, определяют интегральное значение замеряют значение ускорения и в момент, когда значение ускорения становится равным нулю, фиксируют значение угла δ₁ и мощности Р₁, проверяют условие устойчивости по выражению

и, если условие устойчивости не выполняется, подают сигнал на отключение линии электропередачи в момент, когда δ = δ₁, если ускорение не достигнет нуля, то отключение линии производится когда угол δ = π/2.