СПОСОБ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ Российский патент 2018 года по МПК H02J3/46 

ПРЕДЛАГАЕМОЕ ИЗОБРЕТЕНИЕ ОТНОСИТСЯ К области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, электрических сетях при управлении режимами работы синхронных электрических генераторов и электрической сети для снижения отключаемых токов короткого замыкания, предотвращения возникновения недопустимых динамических моментов на валах синхронных генераторов и асинхронных режимов, снижения величин мощностей отключаемых нагрузок, генераторов.

ИЗВЕСТЕН СПОСОБ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ (СТО _59012820.29.240.001-2011. Стандарт организации (ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ». Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и требования. Издание официальное. С. 19-23) при котором, при возникновении аварийных небалансов мощности для предотвращения нарушений устойчивости с возникновением асинхронных режимов, снижают электропотребление в дефицитной части сети, как правило, путем отключения нагрузки, и генерации в избыточной части сети, как правило, путем отключения части генераторов или импульсной разгрузки турбин. После затухания переходного электромеханического процесса восстанавливают электроснабжение отключенных потребителей и нормальный режим сети.

ОДНАКО УКАЗАННЫЙ СПОСОБ обладает следующими недостатками:

- Способ малоэффективен при малой инерционности роторов генераторов, характерной для частей сети малой мощности, т.к. при высокой скорости изменения взаимного движения роторов генераторов частей сети большой и малой мощности неизбежные задержки ввода управляющих воздействий на изменение мощности в дефицитной и избыточной частях сети не позволяют обеспечить устойчивость их параллельной работы.

- При сильной связи между частями сети на валах роторов генераторов части сети малой мощности в динамическом процессе возникают недопустимые моменты, многократно превышающие их номинальные значения и способные повредить энергоблоки.

- При возникновении коротких замыканий в электрической сети параллельная работа частей сети малой и большой мощности приводит к значительному увеличению отключаемых токов короткого замыкания в части электрической сети малой мощности, что повышает требования к ее коммутационным аппаратам.

КРОМЕ ТОГО, ИЗВЕСТЕН СПОСОБ ПРОТИВОАВАРИЙНОГО УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ПАРАЛЛЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ (СТО _59012820.29.240.001-2011. Стандарт организации (ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ»). Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Противоаварийная автоматика энергосистем. Условия организации процесса. Условия создания объекта. Нормы и требования. Издание официальное. С. 17-18), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, при котором при возникновении аварийных небалансов мощности для предотвращения нарушений устойчивости с возникновением асинхронных режимов, в доаварийном режиме определяют сечение сети для деления из числа технологически возможных по критерию минимального небаланса мощности в подсистемах в доаварийном режиме. При возникновении аварийного возмущения осуществляют деление сети по заранее определенному сечению путем отключения входящих в него выключателей. При возникновении в отделившихся частях существенных небалансов мощности балансируют отделившиеся части путем отключения нагрузки в дефицитной части сети, импульсной разгрузки турбин или отключения части генераторов в избыточной части сети. После восстановления условий для синхронизации разделенных частей, включают отключенные связи, восстанавливают электроснабжение отключенных потребителей и нормальный режим сети.

ОДНАКО УКАЗАННЫЙ СПОСОБ обладает следующими недостатками:

- Деление сети происходит после отключения короткого замыкания, что за счет подпитки места короткого замыкания в части сети малой мощности от сети большой мощности приводит к значительному увеличению отключаемых токов короткого замыкания.

- Часто возникает недопустимый динамический момент на валах генераторов части сети малой мощности из-за их значительного относительного выбега при коротких замыканиях и попадания на максимум угловой характеристики мощности при отключении короткого замыкания.

- Ограниченный набор возможных сечений для деления не позволяет достаточно точно сбалансировать разделяемые части сети, что приводит к отключению нагрузок, генераторов для ограничения недопустимого снижения или повышения частоты.

- Необходим значительный объем телеметрической информации и технологических возможностей деления сети по переменным сечениям, т.к. нужное сечение носит случайный характер, что усложняет управление и снижает его надежность.

- Затруднено восстановление нормального режима сети, т.к. синхронизация разделенных частей в неподготовленном для этого сечении невозможна.

ЗАДАЧЕЙ (ТЕХНИЧЕСКИМ РЕЗУЛЬТАТОМ) ПРЕДЛАГАЕМОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ ЯВЛЯЕТСЯ предотвращение возникновения недопустимых динамических моментов на валах синхронных генераторов и асинхронных режимов при их параллельной работе, снижение отключаемых токов короткого замыкания, снижение величин мощностей отключаемых нагрузок, генераторов, снижение потребности в телеметрической информации.

ПОСТАВЛЕННАЯ ЗАДАЧА РЕШАЕТСЯ ЗА СЧЕТ ТОГО, ЧТО В ИЗВЕСТНОМ СПОСОБЕ деление осуществляется ускоренно (до отключения мест короткого замыкания) по одному из двух фиксированных сечений. Одно для режимов выдачи мощности частью сети малой мощности, другое для режима потребления.

При этом в нормальном режиме с выдачей мощности частью сети малой мощности один или несколько ее генераторов нагружаются до величины передаваемой по сечению мощности, и, при возникновении аварийного небаланса, они отключаются одновременно с выключателями сечения. Если аварийный небаланс имел проходящий характер, то после разделения указанным способом в послеаварийном режиме части сети остаются сбалансированными, а их параллельная работа и нормальный режим быстро восстанавливаются. Если аварийный небаланс имел не проходящий характер и возник в части сети малой мощности, то после ее отделения возникший небаланс выявляется по изменению частоты и устраняется балансирующими изменениями генерации и нагрузки в отделившейся части сети.

Для режима потребления мощности частью сети малой мощности сечение для деления формируется внутри нее так, чтобы после деления часть нагрузки, равная мощности передаваемой по сечению, оказалась подключенной к большой по мощности части сети.

НА ФИГ. 1 приведен пример схемы электрической сети с фиксированными сечениями для деления, содержащей части сети большой мощности (ЭС1) и малой мощности (ЭС2), представляющий реализацию предлагаемого способа;

НА ФИГ. 2 приведена блок схема устройства противоаварийного управления режимом параллельной работы, реализующего предлагаемый способ;

НА ФИГ. 3 приведена угловая характеристика мощности генераторов части сети малой мощности;

НА ФИГ. 4 представлен переходный процесс, соответствующий предлагаемому способу управления.

СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ФИКСИРОВАННЫМИ СЕЧЕНИЯМИ (S1, S2) ДЛЯ ДЕЛЕНИЯ (ФИГ. 1) содержит трансформатор (1) с выключателями (2, 3), выключатели отходящих фидеров нагрузки (4, 5) подстанции присоединения ЭС2 к ЭС1, выключатели (6, 7) линии электрической связи (8) частей сети, выключатели отходящих фидеров нагрузки распределительного пункта (9, 10, 11, 12), выключатели линии электрической связи электростанции с распределительным пунктом (13, 14), выключатели фидеров нагрузки электрической станции (15, 16), выключатели генераторов (17, 18), электрогенераторы энергоблоков электростанции (19, 20).

Устройство противоаварийного управления режимом параллельной работы (ФИГ. 2) содержит измерительное устройство сбора и обработки данных (21), решающий блок (22), блок выдачи управляющих воздействий (23).

СПОСОБ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ.

Рассмотрим режим выдачи мощности частью сети малой мощности в сеть большой мощности.

В нормальном (доаварийном) режиме генератор Г1 (19) загружают до величины передаваемой мощности (Рвыд) сечения 1, т.е. через выключатель 7. Фиксируют величину передаваемой мощности Рвыд как уставку в Устройстве противоаварийного управления режимом параллельной работы, которое, при отклонении передаваемой мощности от уставки, воздействует на выдачу мощности генератором Г2 для поддержания постоянства заданной передаваемой мощности.

При возникновении аварийного возмущения в сети большой мощности (например, коротком замыкании (к.з.) на фидере нагрузки (5) УСОД (21) незамедлительно выявляет факт возникновения аварийного небаланса мощности по признаку импульсного снижения напряжения (U7, U13) на шине распределительного пункта (РП), решающий блок (22) вырабатывает команду, а блок выдачи УВ (23) выдает команду на отключение выключателя первого сечения (7) и генератора Г1 (17). Отключение выключателя (7) снимает ток подпитки короткого замыкания от генераторов части сети малой мощности, часть сети малой мощности отделяется с балансом по активной мощности, что сохраняет ее нормальный режим работы. После отключения релейной защитой поврежденного фидера (5) восстанавливаются условия для возобновления параллельной работы разделившихся частей сети, решающий блок (22) и блок выдачи УВ (23) воздействуют на режим генератора Г2 (20), добиваясь выполнения условий точной синхронизации подсистем, и включают выключатель (7). Далее этой же автоматикой с сетью синхронизируется генератор Г1 (19) и восстанавливается его первоначальная загрузка.

При возникновении аварийного возмущения в части сети малой мощности (например, к.з. на фидере нагрузки (9)) УСОД (21) незамедлительно выявляет факт возникновения аварийного небаланса мощности по признаку импульсного снижения напряжения (U7, U13) на шине распределительного пункта, решающий блок (22) вырабатывает, а блок выдачи УВ (23) выдает команду на отключение выключателя первого сечения (7) и генератора Г1 (17). Отключение выключателя (7) снимает ток подпитки короткого замыкания от генераторов части сети большой мощности, релейная защита отключает выключатель (9), часть сети малой мощности отделяется с небалансом по активной мощности в послеаварийном режиме, равном мощности отключенного фидера нагрузки. Возникший небаланс, в зависимости от его величины, ликвидируется регуляторами скорости вращения роторов генераторов и частоты в системе малой мощности, а также, при необходимости, штатной автоматикой ограничения снижения частоты. После ликвидации возникшего небаланса восстанавливаются условия для возобновления параллельной работы подсистем, решающий блок (22) и блок выдачи УВ (23) воздействуют на режим генератора Г2 (20), добиваясь выполнения условий точной синхронизации частей сети, и включают выключатель (9). Далее этой же автоматикой с сетью синхронизируется генератор Г1 (19) и восстанавливается его первоначальная загрузка.

Рассмотрим режим потребления мощности частью сети малой мощности из части сети большой мощности.

В нормальном режиме загружают генераторы Г1, Г2 (19, 20) так, чтобы передаваемая мощность сечения 2 (Рвыд), т.е. через выключатель 13, была близка к нулю. Фиксируют величину передаваемой мощности (Рвыд) как уставку в Устройстве противоаварийного управления режимом параллельной работы, которое, при отклонении передаваемой мощности от уставки, воздействует на выдачу мощности генератором Г2 для поддержания постоянства заданной передаваемой мощности.

При возникновении аварийного возмущения в части сети большой мощности (например, к.з. на фидере нагрузки (5), УСОД (21) незамедлительно выявляет факт возникновения аварийного небаланса мощности по признаку импульсного снижения напряжения на шине РП (U7, U13), решающий блок (22) вырабатывает команду, а блок выдачи УВ (23) выдает команду на отключение выключателя второго сечения (13). Отключение выключателя (13) снимает ток подпитки короткого замыкания от части сети малой мощности, отделяет часть сети малой мощности с балансом по активной мощности, что сохраняет ее нормальный режим работы. После отключения релейной защитой поврежденного фидера (5) восстанавливаются условия для возобновления параллельной работы разделившихся частей сети, решающий блок (22) и блок выдачи УВ (23) воздействуют на режим генераторов Г1, Г2 (19, 20), добиваясь выполнения условий точной синхронизации подсистем, и включают выключатель (13).

При возникновении аварийного возмущения в части сети малой мощности (например, к.з. на фидере нагрузки (9) УСОД (21) незамедлительно выявляет факт возникновения аварийного небаланса мощности по признаку импульсного снижения напряжения на шине РП (U7, U13), решающий блок (22) вырабатывает команду, а блок выдачи УВ (23) выдает команду на отключение выключателя второго сечения (13). Отключение выключателя (13) снимает ток подпитки короткого замыкания от части сети малой мощности, отделяет часть сети малой мощности с балансом по активной мощности, что сохраняет ее нормальный режим работы. После отключения релейной защитой поврежденного фидера (9) восстанавливаются условия для возобновления параллельной работы подсистем, решающий блок (22) и блок выдачи У В (23) воздействуют на режим генераторов Г1, Г2 (19, 20), добиваясь выполнения условий точной синхронизации подсистем, и включают выключатель (13).

При возникновении аварийного возмущения в части сети малой мощности до сечения S2 (например, к.з. на фидере нагрузки (15)) УСОД (21) незамедлительно выявляет факт возникновения аварийного небаланса мощности по признаку импульсного снижения напряжения на шине РП (U7, U13), решающий блок (22) вырабатывает, а блок выдачи УВ (23) выдает команду на отключение выключателя второго сечения (13). Отключение выключателя (13) снимает ток подпитки короткого замыкания от части сети большой мощности, релейная защита отключает выключатель (15), часть сети малой мощности отделяется с небалансом по активной мощности в послеаварийном режиме, равном мощности отключенного фидера нагрузки. Возникший небаланс, в зависимости от его величины, ликвидируется регуляторами скорости вращения роторов генераторов и частоты в отделившейся части сети малой мощности, а также, при необходимости, штатной автоматикой ограничения повышения частоты. После ликвидации возникшего небаланса восстанавливаются условия для возобновления параллельной работы подсистем, решающий блок (22) и блок выдачи УВ (23) воздействуют на режим генераторов Г1, Г2 (19, 20), добиваясь выполнения условий точной синхронизации частей сети, и включают выключатель (13). Далее этой же автоматикой разделившиеся части сети синхронизируются, включается выключатель 13 и загружаются генераторы Г1, Г2 (19, 20) до уровня нулевого перетока мощности по сечению 2.

На Фиг. 3 можно увидеть, что для исключения возникновения ударного момента на валах синхронных генераторов части сети малой мощности необходимо предусмотренное предлагаемым способом разделение сети до отключения короткого замыкания, т.е. осуществление опережающего деления. Его применение снимает подпитку мест короткого замыкания от одной из разделяемых частей сети и, таким образом, снижает отключаемые токи короткого замыкания.

На Фиг. 4 представлены графики переходного процесса при управлении предлагаемым способом. Можно увидеть достижение целей предлагаемого способа, т.к. изменение режимных параметров в послеаварийном режиме не является аварийным, изменение частоты вызвано возникновением кратковременного динамического небаланса мощности на валу генератора и ликвидируется работой штатного регулятора скорости энергоблока.

ТАКИМ ОБРАЗОМ, в отличие от прототипа, предлагаемый способ (опережающего сбалансированного деления сети на части по фиксированным сечениям) обеспечивает снижение отключаемых токов короткого замыкания, устраняет угрозу возникновения недопустимых моментов на валах синхронных генераторов части сети малой мощности, предотвращает возникновение асинхронных режимов, исключает необходимость или снижает объемы отключения нагрузки для предотвращения развития аварий.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - предотвращение возникновения недопустимых динамических моментов на валах синхронных генераторов и асинхронных режимов при их параллельной работе, снижение отключаемых токов короткого замыкания, снижение величин мощностей отключаемых нагрузок, генераторов, снижение потребности в телеметрической информации. Способ заключается в том, что в нормальном режиме определяют сечения сети для деления. При возникновении аварийного возмущения осуществляют деление сети. В послеаварийном режиме с разделением сети при повышенной частоте в части сети малой мощности снижают выдаваемую мощность генераторов, а при пониженной частоте отключают часть нагрузки. Регулируют напряжение и выдаваемую мощность оставшихся генераторов, синхронизируют и включают на параллельную работу разделенные части сети малой и большой мощности. Восстанавливают нормальный режим. При этом для деления сети на части большой и малой мощности используют два постоянных сечения. Первое для нормальных режимов с выдачей мощности частью сети малой мощности, второе с потреблением. В нормальном режиме с выдачей мощности частью сети малой мощности один или несколько генераторов загружают до величины выдаваемой мощности по первому сечению. По факту внезапного глубокого снижения напряжения с опережением отключения короткого замыкания отключают выключатели первого сечения и генераторов части сети малой мощности, загруженных до величины выдаваемой мощности по первому сечению. В нормальном режиме потребления мощности частью сети малой мощности, загружают ее генераторы до нулевого перетока активной мощности по второму сечению. По факту внезапного глубокого снижения напряжения с опережением отключения короткого замыкания отключают выключатели второго сечения. 4 ил.

Способ противоаварийного управления режимом параллельной работы синхронных генераторов в электрических сетях, заключающийся в том, что в нормальном режиме определяют сечения сети для деления из числа технологически возможных, при возникновении аварийного возмущения осуществляют деление сети по заранее определенному сечению путем отключения входящих в него выключателей, в послеаварийном режиме с разделением сети при повышенной частоте в части сети малой мощности снижают выдаваемую мощность генераторов, а при пониженной частоте отключают часть нагрузки, регулируют напряжение и выдаваемую мощность оставшихся генераторов для выполнения условий точной синхронизации частей сети малой и большой мощности по использованному для деления сечению и включают его включатели для восстановления параллельной работы частей сети, восстанавливают нормальный режим сети включением всех отключенных нагрузок и генераторов и с их соответствующей загрузкой, отличающийся тем, что с целью предотвращения возникновения недопустимых динамических моментов на валах синхронных генераторов и асинхронных режимов при их параллельной работе, снижения отключаемых токов короткого замыкания, снижения величин мощностей отключаемых нагрузок, генераторов в электрической сети фиксируют два постоянных сечения для деления на случай возникновения аварийных небалансов, первое для нормальных режимов с выдачей мощности, второе с потреблением частью сети малой мощности, в нормальном режиме с выдачей мощности один или несколько генераторов части сети малой мощности загружают до величины выдаваемой мощности по первому сечению, по факту внезапного глубокого снижения напряжения с опережением отключения короткого замыкания отключают выключатели первого сечения и генераторов части сети малой мощности, загруженных до величины выдаваемой мощности по первому сечению, в нормальном режиме потребления мощности частью сети малой мощности, загружают ее генераторы до нулевого перетока активной мощности по второму сечению, по факту внезапного глубокого снижения напряжения с опережением отключения короткого замыкания отключают выключатели второго сечения.