СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА НА ОБЪЕКТАХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2018 года по МПК H02H3/48 

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике, в частности к технологии выявления и ликвидации асинхронного режима в электроэнергетической системе.

Уровень техники

Известен способ получения разности углов (фаз) напряжения в узлах на концах линии электропередачи посредством моделирования режима ее работы [Розенблюм Ф.М. Измерительные органы противоаварийной автоматики энергосистем. - Москва, Энергоиздат, 1981, глава 19]. Недостатком способа является его ограничение определением значения разности фаз без выполнения операций выявления асинхронного режима в энергосистеме.

Известно также устройство АЛАР-М [Наровлянский В.Г. Современные методы и технические средства контроля и предотвращения асинхронного режима электроэнергетической системы. - М.: Энергоатомиздат, 2004, глава 3], в котором применен способ выявления и ликвидации асинхронного режима энергосистемы.

Указанный способ в части определения двух векторов напряжений на контролируемом участке энергосистемы и выявления наличия асинхронного режима является наиболее близким к объекту изобретения и принимается в качестве прототипа.

Прототип содержит признаки, совпадающие с существенными признаками заявленного изобретения, а именно:

1) процесс непосредственного измерения напряжения в первом узле контролируемого участка и расчета значения угла этого напряжения (фазы первого узла);

2) процесс получения значения напряжения во втором узле контролируемого участка и расчета значения угла этого напряжения (фазы второго узла);

3) процесс расчета разности фаз узлов и формирование управляющего воздействия на ликвидацию асинхронного режима в момент, когда значение разности фаз становится равным заданной величине или превышает ее, причем управляющее воздействие зависит от знака разности фаз.

Недостатком прототипа является то, что получение значения напряжения во втором узле выполняется путем опосредственной оценки на основе модельного представления контролируемого участка.

Для этого измеряют значения напряжения и тока в первом узле контролируемого участка энергосистемы, рассчитывают вектора напряжения и тока в комплексной форме, получают значение напряжения во втором узле этого участка по формуле , где Z_tj - заданное значение сопротивления контролируемого участка (уставка процесса), знак суммирования соответствует выбранному направлению измеряемого тока . Значение фазы второго узла определяют как значение угла расчетного вектора напряжения во втором узле.

При эксплуатации сети сопротивление контролируемого участка Z_tj может изменяться вследствие сезонного изменения параметров линии электропередачи или изменения значения промежуточной нагрузки контролируемого участка, а также по другим причинам. Кроме того, для выявления асинхронного режима работы генератора относительно электростанции контролируемый участок должен содержать малое сопротивление тоководов генератора, измеряемое, как правило, со значительной погрешностью, а также внутреннее сопротивление генератора «от статора до ЭДС», которое в принципе не является определенной величиной и выбирается из значений x_d, или генератора. При этом из-за несоответствия задаваемого значения сопротивления его действительному значению снижается надежность и селективность выявления асинхронного режима, что может привести к несрабатыванию устройств или к его избыточному (ложному) срабатыванию.

Раскрытие изобретения

Объектом изобретения является способ выявления прохождения сечения асинхронного режима через контролируемый участок силовой цепи объекта электроэнергетической системы и формирование управляющего воздействия на выключение этого участка для разделения несинхронно работающих частей энергосистемы. Средства такого рода имеют общепринятое название «автоматика ликвидации асинхронного режима» (АЛАР).

Способ заключается в следующем.

Непрерывно и синхронно измеряют непосредственным образом напряжения в первом и во втором узлах контролируемого участка.

Рассчитывают значение угла напряжения первого узла (фазу первого узла) и значение угла напряжения второго узла (фазу второго узла). Рассчитывают значение разности фаз узлов.

В момент, когда значение разности фаз становится равным заданной величине или превышает ее (обычно 180°), формируют сигнал управляющего воздействия на ликвидацию асинхронного режима.

В случае, когда контролируемый участок содержит электрогенератор, напряжение во втором узле участка определяется значением электродвижущей силы (ЭДС) ротора генератора. Измерение этого напряжения напрямую не представляется возможным, но для реализации изобретения достаточно измерения значение угла этого напряжения, а амплитуду этого напряжения можно полагать произвольной (например, единичной).

При этом для измерения напряжения во втором узле контролируемого участка используют напряжение с выхода средства контроля поворота угла ротора генератора, установленного на валу электрогенератора и выполненного, например, в виде трехфазного измерительного генератора или тахометра.

Если на валу генератора установлен, например, трехфазный измерительный генератор, то измерение напряжений на выходных обмотках выполняют аналогично измерению напряжения первого узла. При этом второй угол будет соответствовать (с учетом количества пар полюсов ротора генератора) углу ЭДС ротора генератора (фазе второго узла).

Если на валу генератора установлен, например, тахометр на базе электромагнитного, оптического, ультразвукового и тому подобного принципа работы, то значение угла ротора генератора соответствующего угла ЭДС (фазу второго узла) получают путем интегрирования импульсов напряжения, соответствующих угловому перемещению вала генератора, получаемых с датчика тахометра.

Для защиты электроэнергетического объекта, содержащего в том числе разветвленную цепь электропередачи, электрогенераторы, локальную нагрузку, попарно измеряют фазы нескольких узлов, получают разности значения фаз каждой пары узлов и формируют управляющее воздействие на выключатель того участка, по которому значение разности углов стало равно или превысило заданное значение.

Для защиты электроэнергетического объекта, содержащего узлы контролируемых участков, существенно удаленные друг от друга, результаты измерения напряжения передают по каналу связи.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемое техническое решение неизвестно, а существо настоящего изобретения не следует явным образом из известного уровня техники, т.е. настоящее изобретение соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Технический результат

Техническим результатом, получаемым при реализации устройства с использованием объекта изобретения, является повышение надежности, точности, селективности и адаптивности выявления и ликвидации асинхронного режима в сети электроэнергетического объекта (электростанции, гидроэлектростанции, подстанции, сети промышленного объекта с собственной генерацией).

Получение технического результата обеспечивается благодаря тому, что в заявленном объекте предусмотрены следующие отличия от прототипа:

1. Определение значения фазы второго узла выполняют путем непосредственного измерения угла напряжения во втором узле контролируемого участка.

2. Измерение напряжения во втором узле выполняют синхронно с измерением напряжения в первом узле.

3. В зависимом пункте изобретения используют способ определения значения фазы второго узла как угла ЭДС генератора.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно:

Отличие 1 исключает привнесение погрешности, связанной с необходимостью использования задаваемого значения сопротивления контролируемого участка (уставки сопротивления), что обеспечивает повышение надежности, точности и селективности выявления асинхронного режима. Кроме того, отличие 1 обеспечивает защиту контролируемого участка произвольно сложной структуры, содержащего отбор мощности в нагрузку, и адаптивность к изменениям схемы участка и величине отбора мощности на участке в процессе работы энергосистемы.

Отличие 2 обеспечивает сопоставимость значений фаз первого и второго узлов контролируемого участка.

Отличие 3 обеспечивает повышение надежности, точности и селективности выявления асинхронного хода генератора, расположенного во втором узле контролируемого участка.

Дополнительным преимуществом изобретения является существенное упрощение проектирования и эксплуатации автоматики ликвидации асинхронного режима за счет исключения необходимости проведения большого количества предварительных расчетов режима работы энергосистемы в статике и динамике в нормальной и ремонтных схемах сети для определения значения параметров сопротивления контролируемого участка и необходимости выполнения перерасчета и переключения уставок при изменении режима работы энергосистемы, электростанции и местной нагрузки.

Промышленная применимость изобретения

Объект изобретения может быть реализован на базе промышленного микропроцессорного контроллера противоаварийной автоматики и является практически применимым.

Изобретение может быть применено на объектах электроэнергетической системы, в частности, на линиях электропередачи, в силовой сети подстанции, для защиты электрогенератора, в сети промышленного предприятия с собственными источниками генерации и т.п., при использовании продукта (устройства АЛАР), в котором непосредственно реализован изложенный объект изобретения.

На фиг. 1 представлен пример реализации изобретения для защиты участка электропередачи.

На фиг. 2 представлен пример реализации изобретения для защиты участка сети с электрогенератором.

На фиг. 3 представлен пример реализации изобретения для комплексной защиты объекта электроэнергетики.

Осуществление изобретения

Возможность осуществления заявляемого изобретения показано на следующих примерах.

Пример осуществления изобретения для защиты участка электропередачи.

На фиг. 1 представлена блок-схема реализации устройства, использующего объект изобретения для защиты участка электропередачи. Микроконтроллер содержит:

- блоки 1 и 2, реализующие измерение напряжений,

- блоки 3 и 4, реализующие преобразование напряжений в векторное представление и расчет углов (фаз напряжения),

- блок 5, реализующий расчет разницы углов,

- блок 6, реализующий сравнение разницы углов с задаваемой уставкой и формирование управляющего воздействия.

Выходы блоков 1 и 2 соединены с входами блоков 3 и 4, соответственно выходы блоков 3 и 4 соединены с входами блока 5, а выход блока 5 соединен с входом блока 6.

На вход блока 1 подают напряжение с вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения 7 первого узла, а на вход блока 1 подают напряжение с вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения 8 второго узла.

Выход блока 6 соединен с входом автоматики сетевого выключателя 9.

На первый вход микроконтроллерного устройства подают напряжение с трансформатора напряжения первого узла энергосистемы. Преобразуют измеренное напряжение в векторное представление и определяют первый угол как расчетный угол вектора напряжения узла.

На второй вход устройства подают напряжение с трансформатора напряжения второго узла энергосистемы и получают второй угол способом, аналогичным получению первого угла.

Рассчитывают значение разности между первым и вторым углами, и в момент, когда значение разности фаз узлов становится равным заданной величине или превышает ее (обычно 180°), на выходе устройства формируют сигнал управляющего воздействия для ликвидации асинхронного режима.

Пример осуществления изобретения для защиты участка сети с электрогенератором

На фиг. 2 представлена блок-схема реализации устройства, использующего объект изобретения для защиты участка сети с электрогенератором.

В случае, когда контролируемый участок содержит электрогенератор 10 с турбиной 11, напряжение во втором узле участка должно определяться значением электродвижущей силы (ЭДС) ротора генератора. Измерение этого напряжения напрямую не представляется возможным, но для реализации изобретения достаточно измерения значения угла этого напряжения, а амплитуду этого напряжения можно полагать произвольной (например, единичной).

Для измерения угла во втором узле контролируемого участка используют напряжение с выхода средства контроля поворота угла ротора генератора 8, установленного на валу электрогенератора и выполненного, например, в виде трехфазного измерительного генератора или тахометра.

Если в качестве средства контроля 8 поворота угла ротора генератора на валу установлен, например, трехфазный измерительный генератор, то обработку напряжения с его выходных обмоток выполняют аналогично измерению напряжения первого узла, а в блоке 4 дополнительно реализуют преобразование измеренного напряжения в вектор напряжения с учетом количества пар полюсов генератора. При этом фаза второго узла будет соответствовать углу ЭДС ротора генератора.

Если в качестве средства контроля 8 поворота угла ротора генератора на валу установлен, например, тахометр на базе электромагнитного, оптического, ультразвукового и тому подобного принципа работы, то в блоке 4 реализуют циклическое интегрирование импульсов напряжения с датчика тахометра и процедуру расчета фазы второго узла по значению углового перемещения ротора генератора с учетом количества зубцов диска тахометра и с учетом количества пар полюсов генератора.

Пример осуществления изобретения для защиты электроэнергетического объекта

Изобретение может быть использовано для защиты объекта электроэнергетической системы в целом, в частности, в сети электропередачи, в силовой сети подстанции и электростанции, для защиты электрогенератора электростанции, в сети промышленного предприятия с собственными источниками генерации и т.п.

На фиг. 3 представлена блок-схема реализации устройства, использующего объект изобретения для защиты электроэнергетического объекта.

Объект содержит выходные силовые цепи с сетевыми выключателями 1,3, силовые цепи генераторов с сетевыми выключателями 4, 5, 16, 17, генераторы 7, 19, турбины 9, 21, измерительные трансформаторы напряжения 2, 6, 18, 22, тахометры 8, 20, блок измерения напряжений и расчета фаз узлов 23, блок измерения напряжений тахометров и расчета фаз ЭДС генераторов 24, расчетно-логический блок 25.

Возможные сечения асинхронного режима могут пройти через выходные трансформаторы электростанции (сечение I), через силовые цепи генераторов (сечение II) или образоваться внутри электростанции за счет асинхронного хода генераторов (сечение III).

Напряжения с выходов измерительных трансформаторов напряжения подают на входы блока 23, который выполняет расчет значения фазы каждого узла.

Напряжения с тахометров подают на входы блока 24, который для каждого генератора выполняет расчет фазы ЭДС.

Выходы блоков 23 и 24 присоединены к входам блока 25, который определяет разности фаз каждой пары узлов, и в момент, когда значение некоторой разности фаз, соответствующей одному из сечений асинхронного режима, становится равным заданной величине или превышает ее (обычно 180°), формируют сигнал управляющего воздействия на соответствующий сетевой выключатель.

При необходимости результаты измерения напряжения передают по каналу связи.

Использование: в области электротехники и электроэнергетики. Техническим результатом является повышение надежности, точности, селективности и адаптивности выявления и ликвидации асинхронного режима энергосистемы. Способ выявления и ликвидации асинхронного режима на объектах электроэнергетической системы предусматривает контроль участка энергосистемы и включает непосредственное измерение напряжения в первом узле контролируемого участка и расчет его угла, получение значения напряжения во втором узле и расчет его угла, расчет разности углов между напряжениями первого и второго узлов и формирование управляющего воздействия на ликвидацию асинхронного режима в момент, когда значение разности углов напряжений узлов становится равным заданной величине или превышает ее. При этом измерение напряжения во втором узле контролируемого участка выполняют на выходе средства контроля поворота угла ротора генератора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ выявления и ликвидации асинхронного режима на объектах электроэнергетической системы, предусматривающий контроль участка энергосистемы и включающий непосредственное измерение напряжения в первом узле контролируемого участка и расчет его угла, получение значения напряжения во втором узле и расчет его угла, расчет разности углов между напряжениями первого и второго узлов и формирование управляющего воздействия на ликвидацию асинхронного режима в момент, когда значение разности углов напряжений узлов становится равным заданной величине или превышает ее, отличающийся тем, что измерение напряжения во втором узле контролируемого участка выполняют на выходе средства контроля поворота угла ротора генератора.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что средство контроля поворота угла ротора генератора устанавливают на валу электрогенератора и выполняют в виде трехфазного измерительного генератора или тахометра.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют углы напряжений нескольких узлов, получают разности углов напряжений в каждой паре узлов и формируют управляющее воздействие на выключатель того участка, по которому значение разности углов напряжений стало равно или превысило заранее заданное значение.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что результаты измерения напряжения контролируемого участка передают по каналу связи.