СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКА СИНХРОННЫХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 2014 года по МПК H02J3/38 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) генераторов электростанций.

Уровень техники

Развитие электроэнергетических систем в Российской Федерации идет по пути объединения на параллельную работу энергосистем, мощных электростанций и крупных потребителей электроэнергии, расположенных на обширных территориях, связанных протяженными линиями электропередачи, с организацией централизованного оперативно-диспетчерского управления. Устойчивая и надежная параллельная работа российских энергосистем во многом зависит от правильной и эффективной работы СВ и АРВ. Существенным фактором, снижающим системную надежность, является отсутствие оперативных средств контроля функционирования СВ и АРВ, которые бы обеспечили выполнение объективного анализа их работы.

Одним из известных последствий некорректной работы АРВ является возникновение незатухающих синхронных колебаний низкой частоты в энергосистеме и связанное с этим возможное нарушение устойчивости, а также межмашинных, внутригрупповых колебаний генераторов в пределах одной электростанции и, как следствие, внутригрупповая неустойчивость.

Известен метод анализа колебаний низкой частоты, реализованный системой, содержащей систему мониторинга переходных режимов (СМПР), динамическую систему раннего оповещения и систему с человеко-машинным интерфейсом, в которой данные режима с синхронными колебаниями низкой частоты, получаемые СМПР, периодически передаются в режиме реального времени в динамическую систему раннего оповещения, преобразующую полученные данные во входной файл для расчета устойчивости при малом возмущении и осуществляющую расчет. Полученные результаты передаются обратно в СМПР и далее в систему с человеко-машинным интерфейсом. Таким образом, достигается раннее оповещение о возможном нарушении устойчивости при возникновении малого возмущения в энергосистеме при текущем (измеряемом) режиме [1].

Однако предложенный метод и реализующая его система не позволяют выявить источник низкочастотных колебаний (генератор и/или электростанцию), что необходимо для принятия диспетчером необходимых по объему мер воздействия для предотвращения нарушения устойчивости.

Известен также метод «Оn-line тестирования и диагностики системного стабилизатора» [2], согласно которому предложен способ on-line тестирования эффективности и работоспособности системы возбуждения синхронного генератора (включая регулятор напряжения и системный стабилизатор).

Тестирование предлагается проводить двумя способами: подачей на вход системного стабилизатора сигнала, представляющего собой синусоидальные колебания с частотой 0.5 Гц и ступенчатым изменением уставки регулятора напряжения, позволяющим инициировать колебания в энергосистеме. Специальная анализирующая система регистрирует отклик системы возбуждения на указанные воздействия и выдает заключение о ее работоспособности (или неработоспособности).

Однако известный способ предполагает включение в состав системного стабилизатора дополнительного устройства - электрического преобразователя, который генерирует дополнительные искусственные тестовые сигналы определенного типа для реализации процедуры проверки в условиях текущей эксплуатации АРВ. Такая процедура, кроме того, связана с рисками нежелательных нарушений в процессе нормальной эксплуатации.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является выявление, по данным текущего мониторинга напряжения и реактивной мощности генератора, источника возникновения электромеханических синхронных колебаний в диапазоне частот от одной десятой до нескольких Гц, то есть определение генератора с АРВ, неправильная или неэффективная настройка каналов стабилизации которого (в случае АРВ сильного действия) или неисправность (в случае АРВ пропорционального типа) является причиной их возникновения или развития.

Критерием определения генератора - источника синхронных колебаний является значение фазового сдвига синхронных колебаний реактивной мощности Q_г и действующего значения напряжения генератора U_г. Если колебания реактивной мощности и напряжения генератора синфазны или колебания реактивной мощности опережают колебания напряжения генератора на величину не более заданной, выделенный генератор - источник синхронных колебаний.

Если вышеуказанный критерий фиксируется у нескольких генераторов в пределах одной электростанции, то это свидетельствует о возникновении на этой электростанции межмашинных, внутригрупповых колебаний. Генератор, являющийся источником межмашинных колебаний, выделяется среди генераторов, участвующих в межмашинных колебаниях, по величине фазового сдвига синхронных колебаний реактивной мощности Q_г и действующего значения напряжения U_г генератора - «аварийный генератор» характеризуется минимальным фазовым сдвигом.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании (мониторинге) штатных параметров генератора от имеющихся в энергосистеме регистраторов различных типов в процессе текущей эксплуатации - в эксплуатационном режиме работы энергосистемы измеряют мгновенные значения фазных напряжений и токов генераторов; для каждого генератора с заданной периодичностью вычисляют средние значения параметров электрического режима: действующее значение напряжения генератора U_г и реактивную мощность генератора Q_г выявляют генератор, являющийся источником незатухающих синхронных колебаний в диапазоне от одной десятой до нескольких Гц, по указанным выше критериям.

Осуществление изобретения

Регулятор возбуждения синхронного генератора, не являющегося источником незатухающих синхронных колебаний низкой частоты, будет препятствовать возникшим колебаниям напряжения на статоре. Таким образом, колебания реактивной мощности генератора будут обусловлены колебаниями напряжения генератора и поэтому колебания реактивной мощности будут находиться в противофазе или отставать по фазе от колебаний соответствующего напряжения на величину не более заданной (находятся в одном квадранте).

Предположим результаты измерения параметров на выходе генераторов от штатной системы регистрации передаются на вычислитель Q_г и U_г и далее на анализатор их фазового сдвига. Если колебания Q_г и U_г у какого-либо генератора синфазны (фазовый сдвиг равен нулю) или колебания Q_г по фазе опережают колебания U_г на величину не более заданной (находятся в одном квадранте), то выдается сигнал, что данный генератор - источник электромеханических синхронных низкочастотных колебаний в диапазоне от одной десятой до нескольких Гц,

Предлагаемый способ выявления источника синхронных электромеханических колебаний был опробован и подтвержден тестовыми расчетами с использованием цифровой динамической модели энергосистемы.

Цифровая динамическая модель представлена на фиг.1. Она включает шесть генераторов. Генераторы 1-3 моделируют ГРЭС, генератор 4 - АЭС, генератор 5 - ГЭС. Генератор 6 является моделью мощной концентрированной энергосистемы.

На генераторах №3, 4, 5 и 6 заданы медленно действующие системы возбуждения и АРВ пропорционального типа.

Генераторы №1 и 2 полностью идентичны и оснащены быстродействующими тиристорными системами возбуждения и АРВ сильного действия по структуре, аналогичными модельным аналоговым регуляторам типа АРВ-СД.

Результаты тестирования при возникновении в энергосистеме колебаний частотой 0,625 Гц представлены осциллограммами на фиг.2. У генератора Г1 (виновника электромеханических колебаний) колебания Q_г и U_г практически синфазны, у генератора Г2 (с правильно настроенным АРВ) Q_г и U_г находятся практически в противофазе.

На фиг.3 представлены осциллограммы при возникновении межмашинных колебаний на частоте 1.7 Гц внутри группы генераторов Г1 -Г2: генератор с неправильно настроенным АРВ (Г1) характеризуется меньшим фазовым сдвигом колебаний Q_г и U_г при фиксации фазового сдвига менее заданного порогового значения (90° эл.) у двух генераторов группы.

Предлагаемый способ выявления источника синхронных колебаний был реализован в макете разработанного для ОАО «СО ЕЭС» программно-аппаратного комплекса «Система мониторинга системных регуляторов» (СМСР), который прошел апробацию в условиях физической модели энергосистемы и показал работоспособность и эффективность предложенных алгоритмов.

Источники информации

1. «А low frequency oscillation integrated analysis method and its system)), EP 2302754 (A), 2009.

2. US 4741023 (A), 1988. «On-line test and diagnostic system for power system stabilizer».

Область применения - в системах оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) генераторов электростанций. Технический результат - выявление источника возникновения электромеханических синхронных колебаний в диапазоне частот от одной десятой до нескольких Гц, то есть определение генератора с АРВ, неправильная или неэффективная настройка каналов стабилизации которого (в случае АРВ сильного действия) или неисправность (в случае АРВ пропорционального типа) является причиной их возникновения или развития. Критерием определения источника синхронных колебаний является значение фазового сдвига синхронных колебаний реактивной мощности Q_г и действующего значения напряжения генератора U_г. Если колебания реактивной мощности и напряжения генератора синфазны или колебания реактивной мощности опережают колебания напряжения генератора на величину не более заданной, выделенный генератор - источник синхронных колебаний. Генератор, являющийся источником межмашинных колебаний генераторов одной электростанции - выделяют по минимальной величине разности фаз колебаний реактивной мощности и колебаний действующего значения напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ выявления источника синхронных колебаний в эксплуатационном режиме работы энергосистемы, заключающийся в том, что для каждого генератора измеряют мгновенные значения фазных напряжений и токов; затем с заданной периодичностью вычисляют параметры электрического режима: действующее значение напряжения и реактивную мощность, вычисляют разность фаз между колебаниями реактивной мощности и колебаниями действующего значения напряжения и выявляют генератор, являющийся источником колебаний, если у него колебания реактивной мощности и колебания действующего значения напряжения синфазны или колебания реактивной мощности опережают по фазе колебания действующего значения напряжения на величину не более заданной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявляют генератор, являющийся источником межмашинных колебаний генераторов одной электростанции по минимальной величине разности фаз колебаний реактивной мощности и колебаний действующего значения напряжения.