Способ выявления асинхронного режима Российский патент 2021 года по МПК H02J3/24 

Область техники

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано для выявления асинхронного режима в устройствах противоаварийной автоматики.

Уровень техники

Асинхронный режим - явление, при котором отдельные части энергосистемы работают с разной частотой электрического тока. Данный режим работы энергосистемы является аварийным, и для его выявления и устранения используют специальные устройства противоаварийной автоматики.

Известен способ выявления асинхронного режима до его начала [1], основывающийся на расчете угла между векторами напряжений по краям линии электропередачи, в пределах которой выявляют существование асинхронного режима. Метод основан на определении знаков указанного угла, его первой и второй производных, знака производной активной мощности, реактивного сопротивления от точки измерения до точки с минимальным напряжением. Начало асинхронного режима фиксируют, если знаки вышеописанного угла, его первой и второй производных совпадают, а знак производной по активной мощности противоположен им при нахождении точки минимального напряжения на защищаемой линии электропередачи по условию: 0<X_min<Х_л, где X_min - сопротивление до точки минимального напряжения, Х_л - сопротивление защищаемой линии электропередачи. Этот способ принимается за прототип. Недостатком этого метода является слабая чувствительность в условиях быстрых асинхронных режимов и многочастотных асинхронных режимов.

Сущность изобретения

Цель предлагаемого изобретения - повышение селективности выявления асинхронных режимов.

Асинхронные режимы очень опасны и могут развиваться в крупные системные аварии, поэтому должны ликвидироваться в кратчайшие сроки. Для решения этой задачи существуют специальные алгоритмы, способные выявлять асинхронный режим до его начала.

Асинхронный режим удобно описывать в двухмашинной постановке задачи (фиг. 1). Тогда, в соответствии с [2], асинхронный режим начинается в момент, когда угол между векторами напряжений по краям ЛЭП будет равен π.

Однако условно можно считать, что асинхронный режим начинается раньше. Для двухмашинной постановки задачи угол, с которого синхронная работа частей энергосистемы становится невозможной, называют критическим углом, и он достаточно легко определяется (фиг. 2).

Эта особенность позволяет отключать связи, по которым угол превосходит некоторую величину, еще до того, как он достигнет значения π, то есть фактически ликвидировать асинхронный режим до его начала.

Несмотря на это, анализ реальных аварийных осциллограмм показывает, что задача в двухмашинной постановке может быть достаточно далека от реального переходного процесса, который возможен в многомашинной постановке. В первую очередь, оказывается, что точка, при которой происходит гарантированная потеря синхронизма, не статична, а перемещается по изменчивой характеристике, и более того - вычислить ее значение не представляется возможным. Это приводит к необходимости определения асинхронного режима по косвенным признакам.

В частности, анализируя фиг. 2, можно отметить, что угол, после которого невозможно восстановление синхронной работы не может быть меньше π/2 по модулю, а производная активной мощности при возрастании угла будет отрицательной, при убывании - положительной. То есть легко формируются следующие условия:

где D - угол между векторами напряжений;

D₀ - уставка по углу между векторами напряжений;

sign D - знак угла между векторами напряжений;

- знак первой производной угла между векторами напряжений;

- знак производной активной мощности.

Этого достаточно для надежного определения асинхронного режима до его начала.

Предлагаемый способ, как и прототип, заключается в расчете угла между векторами напряжений на границах защищаемой линии электропередачи, сравнении знаков указанного угла, его первой производной и производной активной мощности, причем начало асинхронного режима фиксируется при равенстве знаков угла между векторами напряжений, его первой производной и противоположном им знаке производной активной мощности при нахождении точки минимального напряжения в пределах защищаемой линии электропередачи.

В отличие от прототипа условие фиксации асинхронного режима формируется без определения знака второй производной угла между векторами напряжений.

Чтобы избежать ложных и неселективных отключений, в данном способе используется выдержка времени, рассчитываемая по формуле:

где t_{pacчeтнaя} - расчетная уставка;

K - эмпирический коэффициент, задаваемый уставкой.

Таким образом, способ реализует торможение, направленное на выявление асинхронного режима только в тот момент, когда критический угол будет уже преодолен, а сам угол будет достаточно велик. При этом такой способ выявления асинхронного режима оказывается устойчив к большим вариациям скорости асинхронного режима.

Кроме того, для недопущения срабатывания во время многочастотных переходных процессов, вводятся дополнительное условие (5) и замедление (6):

где - знак второй производной угла между векторами напряжений.

где t_{уставки} - уставка выдержки времени;

K_{замедления} - эмпирический коэффициент, задаваемый уставкой.

Тогда логика формирования уставок следующая: если не выполнено хотя бы одно из условий (1), (2), (3), (5), то тогда уставка выдержки времени дополнительно увеличивается с помощью коэффициента K_{замедления} и при невыполнении условия (1), полученная величина используется как фактическая выдержка времени. Если же условие (1) выполнено, то в качестве уставки используется максимальная из величин: расчетная выдержка времени или замедленная уставка по выдержке времени.

Осуществление изобретения

Однако вышеописанный алгоритм не может обеспечить достаточно высокой точности определения асинхронного режима на защищаемом участке, так как он опирается на угол между векторами напряжений по концам защищаемого участка, который не может быть измерен напрямую без специальных систем синхронных векторных измерений.

Для обеспечения достаточной точности определения угла необходимо рассчитать напряжение по концам защищаемого участка с минимальной погрешностью. Это требование обеспечивается при использовании специальных расчетных моделей ЛЭП, учитывающих поперечную емкость и волновые эффекты. Для расчета в предлагаемом способе используется две модели, одна из которых приведена на фиг. 3 - трехфазная модель ЛЭП. Параметры указанной модели корректируются для учета волновых эффектов по общеизвестным формулам. Вторая модель - волновая модель ЛЭП, использует общеизвестные волновые уравнения ЛЭП, связывающие напряжения по краям ЛЭП.

Тип используемой модели определяется в темпе переходного процесса в зависимости от уровня несимметрии токов и напряжений в энергосистеме: при наличии несимметрии используется модель на фиг. 3, в остальных случаях - волновая модель ЛЭП.

Источники информации

1 Эдлин М.А., Кац П.Я., Струков А.В. Способ выявления асинхронного режима, RU 2199807, 7H02J3/24, 27.02.2003 Бюл. №6.

2 Стандарт АО «СО ЕЭС» СТО 59012820.29.020.008-2015 «Стандарт организации. Релейная защита и автоматика. Автоматическое противоаварийное управление режимами энергосистем. Автоматика ликвидации асинхронного режима. Нормы и требования», https://soups.ru/fileadmin/files/laws/standards/st_rza_alar_241215.pdf.

Использование: в электроэнергетике в устройствах противоаварийной автоматики для определения асинхронного режима до его фактического начала. Технический результат: ликвидация асинхронного режима, прекращение развития аварийного процесса. Согласно способу по значениям угла между векторами напряжений по границам защищаемого участка, его производной и производной активной мощности определяется возможность начала асинхронного хода с выдержкой времени, которая определяется исходя из расчетного времени до начала асинхронного режима и ограничена снизу величиной, определяемой из условий переходного процесса. 3 ил.

Способ выявления асинхронного режима до начала его первого цикла, заключающийся в расчете угла между векторами напряжений на границах защищаемой линии электропередачи и сравнении знаков указанного угла, его первой производной и производной активной мощности, и с фиксацией начала асинхронного режима при равенстве знаков угла между векторами напряжений, его первой производной и противоположном им знаке производной активной мощности при нахождении точки минимального напряжения в пределах защищаемой линии электропередачи, отличающийся тем, что фиксация начала асинхронного режима происходит с выдержкой времени, определяемой по скорости изменения угла между векторами напряжений такой, чтобы она была меньше времени до начала асинхронного режима без учета ограничения ее минимальной величины, зависящей от второй производной угла по времени.