СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕМ ОТВЕТВЛЕНИЙ ПОД НАГРУЗКОЙ ДЛЯ ЦЕПИ СИЛОВОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ, СООТВЕТСТВУЮЩИЙ БЛОК И ЦЕПЬ СИЛОВОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ БЛОК Российский патент 2015 года по МПК H02J3/18 

Настоящее изобретение относится к способу управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи силового возбуждения, соответствующему блоку и цепи силового возбуждения, содержащей такой блок. Его можно использовать, в частности, на электростанциях для генерации электрической энергии.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На электростанциях, генераторы подключены, например, к шине или сети электропередачи через повышающие трансформаторы, снабженные переключателями ответвлений под нагрузкой (OLTC), иногда включающими в себя функцию автоматического управления ответвлениями.

Это позволяет менять ответвления и, таким образом, коэффициент трансформации повышающего трансформатора. Для регулировки выходной реактивной мощности блока генерации, когда он синхронизирован с сетью, обычно используются переключатели ответвлений под нагрузкой. Вывод реактивной мощности часто запрашивается оператором транспортной сети, и может задаваться например, в коде сети или на ежедневной основе.

С другой стороны, желательно, чтобы напряжение на клеммах генератора оставалось постоянным и равным его номинальному значению. Это имеет преимущество в том, что генератор обладает полной способностью к динамическому регулированию, и станционный источник питания, который часто бывает подключен к клеммам генератора, также работает на номинальном напряжении.

Эти критерии могут выполняться, если автоматический регулятор напряжения (AVR) в системе возбуждения генератора поддерживает напряжение генератора на номинальном значении, тогда как реактивная мощность, выдаваемая в сеть, регулируется с помощью OLTC.

Переключатели ответвлений под нагрузкой являются переключающими системами с электроприводом, работающими в тяжелых условиях, которые требуют дугогасительных контактов и обводных контактов для обеспечения целостности при переключении с одного ответвления на другое. Изменение напряжения от одного ответвления к другому обычно составляет менее 1%, и OLTC имеют несколько десятков ответвлений для обеспечения приемлемого рабочего диапазона.

Управление OLTC повышающих трансформаторов в настоящее время обычно осуществляется автоматически после измерений напряжения на выходной стороне повышающего трансформатора, с применением автоматического регулятора напряжения, связанного с OLTC. Опорное значение для регулятора напряжение должно устанавливаться вручную рабочим персоналом, пока не будет достигнут вывод заданной реактивной мощности в сеть. При изменении состояния сети или режима работы генератора, опорное значение нужно повторно регулировать.

В уровне техники, повышающий трансформатор и его OLTC снабжен соответствующим регулятором. Этот регулятор представляет собой автоматический регулятор напряжения (AVR), на вход которого поступает выходное напряжение трансформатора, и автоматически запускающий двигатели OLTC.

Это известное решение, которое требует специализированного оборудования для регулятора OLTC и измерительных трансформаторов для измерения вторичного тока и напряжения трансформатора, сопряжено с большими затратами.

Кроме того, наблюдались нарушения в связи с долговременными спадами напряжения в сети электропередачи.

Автор настоящей заявки тщательно изучал эти явления и неожиданно обнаружил, что они обусловлены нескоординированными взаимодействиями ограничителей возбуждения генератора и управления OLTC.

Когда ограничитель перевозбуждения (OEL) генератора снижает ток возбуждения в генераторе для предотвращения чрезмерной тепловой нагрузки в обмотках ротора и/или статора, напряжение на клеммах генератора снижается. В результате, станционный источник питания блока может стать нестабильным и, в конце концов, обесточить весь блок.

Кроме того, управление OLTC может угрожать стабильной работе генератора в режиме работы с недовозбуждением, если не будет скоординировано с управлением возбуждением генератора.

Краткое изложение сущности изобретения

Одной задачей настоящего изобретения является предотвращение нежелательного влияния ограничителей возбуждения AVR в сценариях долговременных спадов напряжения в транспортной сети.

Это достигается способом управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи силового возбуждения, причем упомянутая цепь содержит

- генератор,

- повышающий трансформатор, снабженный переключателем ответвлений под нагрузкой и подключенный, на одной стороне, к выходу упомянутого генератора и, на другой стороне, к шине электропередачи, и

- систему управления возбуждением, содержащую автоматический регулятор напряжения генератора и, по меньшей мере, один ограничитель возбуждения, содержащий этапы, на которых:

- отслеживают условия возбуждения генератора,

- активируют упомянутый, по меньшей мере, один ограничитель возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона,

временно блокируют изменение ступени упомянутого переключателя ленты под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель возбуждения активен.

Таким образом, можно с самого начала избежать нежелательного влияния ограничителей возбуждения AVR в сценариях долговременных спадов напряжения в транспортной сети. Кроме того, способ прост в реализации и не нуждается в важных ресурсах.

Согласно дополнительным аспектам изобретения, взятым по отдельности или в комбинации:

Ограничитель возбуждения является, например, ограничителем перевозбуждения, и упомянутый этап отслеживания условий возбуждения содержит отслеживание тока статора генератора или тока возбуждения генератора, и этап временной блокировки изменения ступени упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой содержит блокировку перехода на более высокую ступень упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой.

Кроме того, упомянутый ограничитель перевозбуждения активируется, например, когда отслеживаемый ток статора генератора или ток возбуждения генератора превышают максимальное значение.

Согласно дополнительному аспекту, способ содержит дополнительный этап вычисления времени, оставшегося ограничителю перевозбуждения для отправки команды управления током возбуждения и для перехода на более низкую ступень упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой, когда упомянутое оставшееся время меньше или равно заранее заданному минимальному значению оставшегося времени.

Согласно другому аспекту, ограничитель возбуждения является ограничителем недовозбуждения, и упомянутый этап отслеживания условий возбуждения содержит отслеживание режима стабильной работы генератора, и этап временной блокировки изменения ступени упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой содержит блокировку перехода на более низкую ступень упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой.

Согласно другому аспекту упомянутый ограничитель недовозбуждения активируется, когда отслеживаемый режим стабильной работы приближается к заранее определенному пределу стабильности.

Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи силового возбуждения может содержать дополнительный этап отслеживания напряжения на статоре генератора, и перевода упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой на более высокую ступень, когда упомянутое напряжение генератора больше или равно заранее заданному максимальному напряжению на статоре генератора.

Кроме того, способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи силового возбуждения может дополнительно содержать этапы, на которых:

- измеряют напряжение генератора и ток генератора,

- обрабатывают упомянутые измеренные напряжение генератора и ток генератора для получения параметра управления для управления упомянутым переключателем ответвлений под нагрузкой,

- управляют упомянутым переключателем ответвлений под нагрузкой.

Упомянутым параметром управления может быть вторичное напряжение упомянутого повышающего трансформатора.

Изобретение также относится к блоку управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи силового возбуждения, причем упомянутая цепь содержит

- генератор,

- повышающий трансформатор, снабженный переключателем ответвлений под нагрузкой и подключенный, на одной стороне, к выходу упомянутого генератора и, на другой стороне, к шине электропередачи, и

- систему управления возбуждением, содержащую автоматический регулятор напряжения генератора и, по меньшей мере, один ограничитель возбуждения, причем упомянутая система управления возбуждением выполнена с возможностью отслеживать условия возбуждения генератора и активировать упомянутый, по меньшей мере, один ограничитель возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона,

причем упомянутый блок управления переключателем ответвлений под нагрузкой содержит средство, выполненное с возможностью временно блокировать изменение ступени упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель возбуждения активен.

Изобретение также относится к цепи силового возбуждения, содержащей

- генератор,

- повышающий трансформатор, снабженный переключателем ответвлений под нагрузкой и подключенный, на одной стороне, к выходу упомянутого генератора и, на другой стороне, к шине электропередачи, и

- систему управления возбуждением, содержащую автоматический регулятор напряжения генератора и, по меньшей мере, один ограничитель возбуждения, причем упомянутая система управления возбуждением выполнена с возможностью отслеживать условия возбуждения генератора и активировать упомянутый, по меньшей мере, один ограничитель возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона, и

блок управления переключателем ответвлений под нагрузкой, содержащий средство, выполненное с возможностью временно блокировать изменение ступени упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель возбуждения активен.

Согласно дополнительному аспекту, упомянутая система управления возбуждением содержит ограничитель перевозбуждения и ограничитель недовозбуждения.

Упомянутый блок управления переключателем ответвлений под нагрузкой реализован, например, в упомянутой системе управления возбуждением генератора.

Система управления возбуждением может дополнительно содержать

- по меньшей мере, один вход, подключаемый к генератору для измерения напряжения генератора и тока генератора, и

- по меньшей мере, один блок обработки для управления возбуждением генератора в зависимости от измеренных напряжения генератора и тока генератора,

причем

упомянутый, по меньшей мере, один блок обработки, содержащий упомянутый блок управления переключателем ответвлений под нагрузкой, подключен к упомянутому переключателю ответвлений под нагрузкой и, кроме того, выполнен с возможностью получения из упомянутых измеренных напряжения генератора и тока генератора параметра управления для управления упомянутым переключателем ленты под нагрузкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1a и 1b - схематические представления части цепи силового возбуждения согласно изобретению;

фиг. 2 - схематическое представление графа состояний для иллюстрации действия силового возбуждения согласно изобретению;

фиг. 3 - эквивалентная электрическая схема цепи силового возбуждения, показанной на фиг. 1.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На всех фигурах одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые элементы.

Фиг. 1a и 1b являются схематическими представлениями части цепи 1 силового возбуждения, реализованной, например, на электростанции.

Эта цепь 1 силового возбуждения содержит генератор 3, преобразующий механическую энергию в электрическую энергию. Генератор 3 может приводиться в действие не представленными турбинами или двигателями, пользующимися любым доступным источником энергии или комбинацией источников энергии (уголь, топливо, газ, ядерная энергия, пар, ветер, вода, Солнечная энергия, гидрологическая энергия и т.д.). Генератор может быть синхронным генератором.

Выход генератора 3 подключен к повышающему трансформатору 5, снабженному переключателем 7 ответвлений под нагрузкой (OLTC) и соответствующим регулятором OLTC или блоком 24 управления.

Выход повышающего трансформатора 5 подключен к шине 9 электропередачи и, таким образом, непосредственно, например, к сети (не представленной).

Цепь 1 силового возбуждения дополнительно содержит систему 11 управления возбуждением генератора.

Эта система 11 управления возбуждением генератора содержит блок 13 обработки с, по меньшей мере, одним, но, по соображениям безопасности, предпочтительно, двумя дублирующими каналами автоматического регулирования напряжения AVR CH1 и AVR CH2.

Входы AVR CH1 и AVR CH2, соответственно, подключены к блокам 15, 17 измерения (например, измерительным трансформаторам или катушкам Роговского) для измерения напряжения u_G генератора и тока i_G генератора.

AVR CH1 и AVR CH2 содержат блок 19 обработки сигнала, выполненный с возможностью, например, фильтровать сигналы измерения, преобразовывать их из аналоговых в цифровые значения, и вычислять производные величины, например, активную и реактивную мощность, коэффициент мощности и т.д.

Цифровые значения, выводимые из упомянутого блока 19 обработки сигнала, поступают на соответствующие блоки 21 вычислительной обработки и управления.

Такой блок 21 вычислительной обработки и управления сконфигурирован и запрограммирован как автоматический регулятор AVR_G напряжения генератора, регулятор FCR_G тока возбуждения генератора, ограничитель OEL_G перевозбуждения генератора и ограничитель UEL_G недовозбуждения генератора. Он может дополнительно содержать функции ограничителя перевозбуждения потока или стабилизатора мощности системы.

Затем эти блоки 21 вычислительной обработки и управления подключаются к силовой секции 23 для управления силовой секцией 23 и, таким образом, возбуждением генератора 3 в зависимости от измеренного напряжения u_G генератора и тока i_G генератора.

Такой блок 21 вычислительной обработки и управления может быть компьютером или вычислительным блоком на основе микропроцессора.

Для координации работы управления возбуждением генератора и управления OLTC требуется линия 25 обмена данными через интерфейс между блоками 21 вычислительной обработки и управления и регулятором OLTC или блоком 24 управления.

Как показано на фиг. 1a, блок 24 управления OLTC является отдельным блоком управления или самостоятельным решением, как показано на фиг. 1a.

Со ссылкой на фиг. 1b, часть блока 21 вычислительной обработки и управления также можно использовать и конфигурировать как блок 24 управления переключателем ответвлений под нагрузкой, см. фиг. 1b. В этом случае, блок 21 вычислительной обработки и управления, таким образом, подключается к упомянутому переключателю 7 ответвлений под нагрузкой, и обмен данными между функцией управления возбуждением и функцией управления OLTC обеспечивается в блоках 21 вычислительной обработки и управления.

Действительно, пользуясь преимуществом неожиданного синергетического эффекта при координации процесса регулировки всей цепи силового возбуждения, в частности, с ограничителем OEL_G перевозбуждения генератора и ограничителем UEL_G недовозбуждения генератора, можно избежать нежелательных влияний в сценариях долговременных спадов напряжения в транспортной сети.

Таким образом, блок 13 обработки и, в частности, его блок 21 вычислительной обработки и управления выполнены с возможностью обеспечения способа управления переключателем ответвлений под нагрузкой для упомянутой цепи 1 силового возбуждения, содержащего этапы, на которых:

- отслеживают условия возбуждения генератора (3),

- активируют упомянутый, по меньшей мере, один ограничитель возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона,

- временно блокируют изменение ступени упомянутого переключателя 7 ответвлений под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель возбуждения, OEL_G либо UEL_G, активен.

В случае, когда ограничитель возбуждения является ограничителем перевозбуждения OEL_G, упомянутый этап отслеживания условий возбуждения содержит отслеживание, например, тока i_G статора генератора или тока i_f возбуждения генератора, и этап временной блокировки изменения ступени упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой содержит блокировку перехода на более высокую ступень упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой.

Эта блокировка перехода на более высокую ступень ступенчатого переключателя под нагрузкой позволяет предотвратить переход генератора в более возбужденный режим.

Ограничитель перевозбуждения активируется, например, когда

- отслеживаемый ток i_f возбуждения генератора превышает максимальное значение i_fmax, или

- отслеживаемый ток i_G статора генератора превышает максимальное значение i_Gmax, в то время как синхронный генератор находится в перевозбужденном режиме работы.

В частности, блок 21 вычислительной обработки и управления может дополнительно осуществлять расчеты времени, оставшегося ограничителю перевозбуждения для отправки команды управления током возбуждения на силовую секцию 23 и для управления переходом на более низкую ступень упомянутого ступенчатого переключателя 7 под нагрузкой, когда упомянутое оставшееся время меньше или равно заранее заданному минимальному значению оставшегося времени, T_rem,lim.

Упомянутое заранее заданное минимальное значение оставшегося времени T_rem,lim следует выбирать в диапазоне времени задержки между отправкой команды переключения ответвлений и фактическим изменением напряжения трансформатора, чтобы гарантировать, что напряжение трансформатора изменяется до того, как ограничитель возбуждения снижает ток возбуждения. Это значение времени может составлять от 1,5 с до 5 с, в зависимости от времени отклика используемого OLTC.

Необходимо вычислить оставшееся время до того, как OEL_G начнет снижать ток возбуждения. Это вычисление может базироваться на том же алгоритме, который используется для самого OEL_G.

Способы, например,

- задают фиксированный верхний предел времени (обычно 10 с), независимо от тока возбуждения или статора

- задают интегральный критерий ∫(i²-1)dt, который представляет тепловое действие токов в обмотке возбуждения или обмотке статора, соответственно. В этом случае, величина i является током в обмотке возбуждения или обмотке статора генератора, приведенным к максимально допустимому постоянному току в соответствующей обмотке.

Например, критерием перевозбуждения может быть:

∫(i²(t)-1)dt<C_limit

Затем текущее оставшееся время T_rem(t) можно вычислить следующим образом:

T_rem(t)=(C_limit-∫(i²(t')-1)dt')/(i²(t)-1)

где t' обозначает время как переменную интегрирования, и

∫(i²(t')-1)dt' ограничен максимальным значением C_limit и минимальным значением “0” (нуль).

В случае ограничителя UEL_G недовозбуждения, этап отслеживания условий возбуждения содержит отслеживание фактической выходной реактивной мощности в зависимости от фактической выходной активной мощности в отношении участка стабильной работы в мощностной характеристике генератора 3, и этап временной блокировки изменения ступени упомянутого ступенчатого переключателя 7 под нагрузкой содержит блокировку перехода на более низкую ступень упомянутого переключателя 7 ответвлений под нагрузкой.

Это позволяет предотвратить переход генератора 3 в нестабильный режим работы за счет перехода OLTC на более низкую ступень.

Ограничитель недовозбуждения активируется, когда отслеживаемая выходная реактивная мощность приближается к максимальной выходной реактивной мощности в режиме недовозбуждения согласно мощностной характеристике генератора 3 для фактической выходной активной мощности.

Кроме того, способ содержит дополнительный этап отслеживания напряжения на статоре генератора и перевода упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой на более высокую ступень 7, когда напряжение генератора больше или равно заранее заданному максимальному напряжению u_G,lim на статоре генератора в случае активного UEL_G.

Это заранее заданное максимальное напряжение u_G,lim на статоре генератора следует выбирать согласно максимально допустимому постоянному выходному напряжению генератора, которое обычно составляет 105…110% от номинального напряжения u_GN генератора. Например, приемлемая настройка для генератора с максимально допустимым постоянным выходным напряжением в 105% будет 103…104%. Эта настройка гарантирует, что UEL_G остается способным перемещать, при необходимости, рабочую точку генератора к участку перевозбуждения, без превышения максимального выходного напряжения.

На Фиг. 2 показан граф состояний эксплуатации и управления цепи 1 силового возбуждения, показанных на фиг. 1a и 1b.

Предполагается, что силовая цепь 1 находится в нормальном режиме 100 работы.

Если i_f>i_fmax, или i_G>i_Gmax, когда генератор работает в режиме перевозбуждения, где

- i_f - ток возбуждения генератора,

- i_fmax - максимальный постоянный ток возбуждения генератора,

- i_G - ток статора генератора,

- i_Gmax - максимальный постоянный ток статора возбуждения,

то блок 13 обработки будет отправлять команду управления для временной блокировки перехода OLTC 7 на более высокую ступень (этап 102). В этом контексте, “временно” означает «пока i_f<i_fmax и i_G<i_Gmax», и, таким образом, цепь силового возбуждения может действовать в своем нормальном режиме 100 работы.

Кроме того, блок 13 обработки и, в частности, блок 21 вычислительной обработки и управления будет вычислять, как описано выше, оставшееся время T_rem до отправки с OEL_G команды на силовую секцию 23. Если оставшееся время T_rem меньше или равно заранее заданному минимальному значению оставшегося времени T_rem,lim, блок 21 вычислительной обработки и управления будет дополнительно отправлять на OLTC 7 команду понижения выходной обмотки на одну ступень (этап 104), пока либо фактическое значение T_rem не превысит T_rem,lim, либо i_f<i_fmax и i_G<i_Gmax.

С другой стороны, в случае активации UEL_G, блок 13 обработки будет отправлять команду управления для временной блокировки перехода OLTC 7 на более высокую ступень (этап 106). В этом случае, “временно” означает «пока UEL_G не станет неактивным».

Кроме того, блок 13 обработки и, в частности, блок 21 вычислительной обработки и управления будут отслеживать, как описано выше, превышает ли напряжение на статоре генератора заранее заданное значение U_g,lim, например, 104% u_GN. Если это произойдет, блок 21 вычислительной обработки и управления будет дополнительно отправлять на OLTC 7 команды на переход на более высокую ступень ответвления до тех по, пока напряжение на статоре генератора снова не станет ниже заранее заданного значения U_g,lim.

Следует помнить, что вышеописанные функциональные возможности можно реализовать для различных конфигураций:

1. Управление OLTC реализуется в отдельном аппаратном устройстве согласно фиг. 1a, с необходимостью в дополнительном обмене данными между устройством управления OLTC и оборудованием управления возбуждением генератора.

2. Управление OLTC реализуется в оборудовании управления возбуждением генератора 11, с использованием фактических значений блока 21 вычислительной обработки и управления (фиг. 1b).

3. Управление OLTC реализуется в соподчиненной системе управления, например, распределенной системе управления (DCS) электростанции (не показана), с необходимостью в дополнительном обмене данными между устройством управления OLTC и DCS, и между управлением возбуждением генератора и DCS.

В частности, вторая конфигурация позволяет снизить стоимость оборудования, инженерии, ввода в эксплуатацию и обслуживания.

Действительно, функцию регулятора для OLTC можно полностью реализовать в блоке 13 обработки, даже для нормального режима работы.

В этом случае, блоки 21 вычислительной обработки и управления могут быть выполнены с возможностью получать для нормального режима 100 работы из упомянутых измеренных напряжения u_G генератора и тока i_G генератора параметр управления для управления упомянутым переключателем 7 ответвлений под нагрузкой повышающего трансформатора 5.

Упомянутым параметром управления может быть, например, вторичное напряжение u_T упомянутого повышающего трансформатора 5.

На Фиг. 3 показана эквивалентная электрическая схема цепи силового возбуждения, показанной на фиг. 1 в целях объяснения.

u_T не может изменяться непрерывно, но только дискретными шагами согласно разрешению переключателя ответвлений, и команда переключения ответвлений будет отдаваться только, если предполагаемая величина после изменения ступени, т.е. u_T(n±1), будет ближе к установленному значению, чем фактическая величина, т.е. u_T(n).

Как следует из фиг. 1a, 1b и 3, измеренные фактические значения u_G и i_G измеряются на клеммах генератора, т.е. на первичной стороне повышающего трансформатора 5.

Кроме того, значения параметра управления после изменения ступени вверх или вниз, т.е. u_T(n±1), должны быть известны алгоритму регулятора. Значения u_T(n±1) зависят от передачи позиции переключателя ответвлений, фактического потока нагрузки и, в меньшей степени, от состояния сети электропередачи.

Приемлемую аппроксимацию значения u_T(n±1) можно вычислить, если пренебречь влиянием действия изменения ступени на поток реактивной мощности.

Для расчетов, заданы следующие величины:

- индекс G - величина на клеммах генератора

- индекс T - величина на клеммах трансформатора

- индекс Q - величина модели сети или шины электропередачи

- u_i - комплексное значение напряжения

- i_i - комплексное значение тока

- e_T - э.д.с. повышающего трансформатора

- p_i - значение активной мощности

- q_i - значение реактивной мощности

- Δu - изменение напряжение при изменении на одно ответвление

- Δx - изменение импеданса при изменении на одно ответвление

- n позиция переключателя ответвлений, где n = 0 обозначает среднюю позицию

Кроме того, предполагается, что:

▪ сопротивления пренебрежимо малы → активная мощность постоянна по всей модели: p_G=p_T=p_Q=p

▪ AVR генератора поддерживает u_G постоянным

▪ все значения выражены в относительных единицах.

Вычисляются следующие величины:

- величины на вторичной стороне повышающего трансформатора в фактической позиции n переключателя ответвлений

• напряжение u_T(n)

- величины на вторичной стороне повышающего трансформатора в позиции n±1 переключателя ответвлений

• напряжение u_T(n+1), u_T(n-1)

Доступны следующие параметры и значения:

- из измерения:

▪ напряжение и ток u_G и i_G генератора

▪ активная и реактивная мощность p_G и q_G генератора (исходя из того, что p_G=p)

▪ системные параметры

▪ реактивное сопротивление x_k трансформатора

▪ изменение э.д.с., Δu, при изменении на одно ответвление

▪ изменение x_k, Δx при изменении на одно ответвление

▪ позиция n переключателя ответвлений, например, через систему управления станцией.

Таким образом, когда e_T задает действительную ось, комплексное электромагнитное вычисление с мнимой частью j дает (все значения выражены в относительных единицах):

▪ u_T(n)=e_T(n)-j×x_k(n)×i_T(n)

где i_T(n)=i_G/(1+n×Δu) и e_T(n)=u_G×(1+n×Δu)

▪ u_T(n±1)=e_T(n±1)-j×x_k(n±1)×i_T(n±1)

=e_T(n±1)-j×(x_k(n)±Δx)×i_G(n±1)/(1+(n±1)×Δu)

≈e_T(n±1)-j×(x_k(n)±Δx)×i_G(n)/(1+(n±1)×Δu)

где e_T(n±1)=u_G×(1+(n±1)×Δu) и j - мнимое число.

Таким образом, индивидуальный регулятор OLTC для переключателя ответвлений под нагрузкой, которым снабжен повышающий трансформатор, больше не требуется, что позволяет снизить стоимость. Кроме того, можно снизить затраты на инженерию, ввод в эксплуатацию и обслуживание.

Кроме того, поскольку временной базис для регулировок возбуждения генератора с одной стороны и повышающего трансформатора совершенно различны, (в действительности, регулирование OLTC происходит гораздо медленнее, чем регулирование возбуждения генерации), отпадает необходимость в более производительном микропроцессоре для выполнения вышеописанных расчетов.

Настоящее решение пользуется преимуществом взаимодействия регулирования OLTC и ограничителей OEL_G, UEL_G пере- и недовозбуждения системы управления возбуждением генератора. Это позволяет улучшить поведение всей цепи 1 силового возбуждения в случае сетевых возмущений. Решение можно реализовать независимо от конфигурации, если функция регулирования OLTC реализована в специализированном отдельном аппаратном устройстве, в виде программной функции в генераторе управление возбуждением или в соподчиненной системе управления.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение стабильности работы генератора. Заявлен способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения, которая содержит генератор (3), повышающий трансформатор (5), снабженный переключателем (7) ответвлений под нагрузкой и подключенный на одной стороне к выходу упомянутого генератора (3) и, на другой стороне, к шине (9) электропередачи, и систему (11) управления возбуждением, содержащую автоматический регулятор (AVR_G) напряжения генератора и по меньшей мере один ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения. Согласно способу отслеживают условия возбуждения генератора активируют упомянутый по меньшей мере один ограничитель возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона, временно блокируют изменение ступени упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель возбуждения активен. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения, причем упомянутая цепь (1) содержит
- генератор (3),
- повышающий трансформатор (5), снабженный переключателем (7) ответвлений под нагрузкой и подключенный на одной стороне к выходу упомянутого генератора (3) и на другой стороне - к шине (9) электропередачи, и
- систему (11) управления возбуждением, содержащую автоматический регулятор (AVR_G) напряжения генератора и по меньшей мере один ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения, причем упомянутый способ содержит этапы, на которых
- отслеживают условия возбуждения генератора,
- активируют упомянутый по меньшей мере один ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона,
- временно блокируют изменение ступени упомянутого переключателя (7) ответвлений под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения активен.

2. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.1, в котором ограничитель возбуждения является ограничителем (OEL_G) перевозбуждения, упомянутый этап отслеживания условий возбуждения содержит отслеживание тока (i_G) статора генератора или тока (i_f) возбуждения генератора, и этап временной блокировки изменения ступени упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой содержит блокировку перехода к более высокой ступени упомянутого переключателя (7) ответвлений под нагрузкой.

3. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.2, в котором упомянутый ограничитель перевозбуждения (OEL_G) активируют, когда отслеживаемый ток (i_G) статора генератора или ток (i_f) возбуждения генератора превышает максимальное значение (i_{G max}; i_fmax).

4. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.2, содержащий дополнительный этап вычисления времени, оставшегося ограничителю (OEL_G) перевозбуждения для отправки команды управления током возбуждения и для перехода к более низкой ступени упомянутого ступенчатого переключателя (7) под нагрузкой, когда упомянутое оставшееся время (T_REM) меньше или равно заранее заданному минимальному значению оставшегося времени.

5. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.3, содержащий дополнительный этап вычисления времени, оставшегося ограничителю (OEL_G) перевозбуждения для отправки команды управления током возбуждения и для перехода к более низкой ступени упомянутого ступенчатого переключателя (7) под нагрузкой, когда упомянутое оставшееся время (T_REM) меньше или равно заранее заданному минимальному значению оставшегося времени.

6. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.1, в котором ограничитель возбуждения является ограничителем (UEL_G) недовозбуждения, причем упомянутый этап отслеживания условий возбуждения содержит отслеживание режима стабильной работы генератора, и этап временной блокировки изменения ступени упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой содержит блокировку перехода на более низкую ступень упомянутого переключателя ответвлений под нагрузкой.

7. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.6, в котором упомянутый ограничитель (UEL_G) недовозбуждения активируют, когда отслеживаемый режим стабильной работы приближается к заранее определенному пределу стабильности.

8. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.6, содержащий дополнительный этап отслеживания напряжения на статоре генератора, и перехода упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой на более высокую ступень, когда упомянутое напряжение генератора больше или равно заранее заданному максимальному напряжению на статоре генератора.

9. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по п.7, содержащий дополнительный этап отслеживания напряжения на статоре генератора, и перехода упомянутого ступенчатого переключателя под нагрузкой на более высокую ступень, когда упомянутое напряжение генератора больше или равно заранее заданному максимальному напряжению на статоре генератора.

10. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения по любому из пп.1-9, содержащий этапы, на которых
- измеряют напряжение (u_G) генератора и ток (i_G) генератора,
- обрабатывают упомянутые измеренные напряжение (u_G) генератора и ток (i_G) генератора для получения параметра управления для управления упомянутым переключателем (7) ответвлений под нагрузкой,
- управляют упомянутым переключателем (7) ответвлений под нагрузкой.

11. Способ управления переключателем ответвлений под нагрузкой по п.10, в котором упомянутым параметром управления является вторичное напряжение упомянутого повышающего трансформатора (5).

12. Блок (24) управления переключателем ответвлений под нагрузкой для цепи (1) силового возбуждения, причем упомянутая цепь (1) содержит
- генератор (3),
- повышающий трансформатор (5), снабженный переключателем (7) ответвлений под нагрузкой и подключенный на одной стороне к выходу упомянутого генератора (3) и на другой стороне - к шине (9) электропередачи, и
- систему (11) управления возбуждением, содержащую автоматический регулятор (AVR_G) напряжения генератора и по меньшей мере один ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения, причем упомянутая система (11) управления возбуждением выполнена с возможностью отслеживать условия возбуждения генератора и активировать упомянутый по меньшей мере один ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона,
причем упомянутый блок (24) управления переключателем ответвлений под нагрузкой содержит средство, выполненное с возможностью временно блокировать изменение ступени упомянутого переключателя (7) ответвлений под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения активен.

13. Цепь (1) силового возбуждения, содержащая
- генератор (3),
- повышающий трансформатор (5), снабженный переключателем (7) ответвлений под нагрузкой и подключенный на одной стороне к выходу упомянутого генератора (3) и на другой стороне - к шине (9) электропередачи, и
- систему (11) управления возбуждением, содержащую автоматический регулятор (AVR_G) напряжения генератора и по меньшей мере один ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения, причем упомянутая система управления возбуждением выполнена с возможностью отслеживать условия возбуждения генератора и активировать упомянутый по меньшей мере один ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения, когда отслеживаемые условия возбуждения выходят за пределы заранее заданного диапазона, и
- блок (24) управления переключателем ответвлений под нагрузкой, содержащий средство, выполненное с возможностью временно блокировать изменение ступени упомянутого переключателя (7) ответвлений под нагрузкой, когда упомянутый ограничитель (OEL_G, UEL_G) возбуждения активен.

14. Цепь (1) силового возбуждения по п.13, в которой упомянутая система (11) управления возбуждением содержит ограничитель (OEL_G) перевозбуждения и ограничитель (UEL_G) недовозбуждения.

15. Цепь (1) силового возбуждения по п.13 или 14, в которой упомянутый блок (24) управления переключателем ответвлений под нагрузкой реализован в упомянутой системе (11) управления возбуждением генератора.

16. Цепь (1) силового возбуждения по п.13 или 14, в которой система (11) управления возбуждением содержит
- по меньшей мере один вход, подключаемый к генератору (3) для измерения напряжения (u_G) генератора и тока (i_G) генератора, и
- по меньшей мере один блок (13) обработки для управления возбуждением генератора (3) в зависимости от измеренного напряжения (u_G) генератора и тока (i_G) генератора, причем
упомянутый по меньшей мере один блок (13) обработки содержащий упомянутый блок (24) управления переключателем ответвлений под нагрузкой, подключен к упомянутому переключателю (7) ответвлений под нагрузкой и, кроме того, выполнен с возможностью получения из упомянутого измеренного напряжения (u_G) генератора и тока генератора (i_G) параметра управления для управления упомянутым переключателем (7) ответвления под нагрузкой.

17. Цепь (1) силового возбуждения по п.15, в которой система (11) управления возбуждением содержит
- по меньшей мере один вход, подключаемый к генератору (3) для измерения напряжения (u_G) генератора и тока (i_G) генератора,
и
- по меньшей мере один блок (13) обработки для управления возбуждением генератора (3) в зависимости от измеренного напряжения (u_G) генератора и тока (i_G) генератора, причем
упомянутый по меньшей мере один блок (13) обработки, содержащий упомянутый блок (24) управления переключателем ответвлений под нагрузкой, подключен к упомянутому переключателю (7) ответвлений под нагрузкой и, кроме того, выполнен с возможностью получения из упомянутого измеренного напряжения (u_G) генератора и тока генератора (i_G) параметра управления для управления упомянутым переключателем (7) ответвления под нагрузкой.