СПОСОБ УДАЛЕННОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ И ВОССТАНОВЛЕНИЯ НОРМАЛЬНОГО РЕЖИМА АВАРИЙНО РАЗДЕЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ С ГЕНЕРАТОРАМИ Российский патент 2021 года по МПК H02J3/42 

Предлагаемое изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в электроэнергетических системах, электрических сетях при децентрализованной автоматической синхронизации и восстановлении нормальных режимов параллельной работы разделившихся частей электрической сети с генераторами и одинаковыми номинальными частотами и напряжениями.

Известен способ синхронизации возбужденного синхронного генератора с сетью (Патент №2494513 RU, МПК H02J 3/40) в котором достигается быстрое включение синхронного генератора на параллельную работу с сетью с малыми ударными токами без регулирования мощности (скорости) первичного двигателя в процессе разгона. Возбуждение генератора регулируется таким образом, чтобы при синхронной скорости вращения напряжение генератора равнялось напряжению сети. По мере разгона генератора напряжение на статорной обмотке генератора увеличивается пропорционально скорости вращения, и непрерывно сравнивается с напряжением сети. Включение генератора в сеть происходит при наборе номинальной скорости вращения и в момент, когда минимум напряжения биения становится меньше или равным 10% номинального напряжения генератора.

Однако указанный способ обладает следующими недостатками:

- Способ применяется только в случае, когда генератор исходно находится в отключенном состоянии;

- Способ может применяться для синхронизации генератора с сетью при контроле напряжения генератора и сборных шин в месте его включения;

- Способ нуждается в дополнительном устройстве для регулирования возбуждения в процессе разгона.

Кроме того, известен способ синхронизации и включения на параллельную работу регулируемого статического источника переменного напряжения и источника переменного напряжения (Патент №2381607 RU, МПК H02J 3/42) с целью снижения броска уравнительного тока между источниками в момент их подключения в режим параллельной работы. Способ может быть использован при построении систем электроснабжения или систем гарантированного электропитания, в которых для достижения надежности электропитания и повышения выходной мощности базового источника электрической энергии в локальную или промышленную сеть дополнительно параллельно включают на общую нагрузку статический источник.

При этом включение должно быть с минимальным броском уравнительного тока и с минимальными переходными процессами. Регулируемым статическим источником в этом случае может быть преобразователь частоты, автономный инвертор напряжения или последовательное включение выпрямителя и автономного инвертора напряжения, а первичным источником энергии для них может быть синхронный генератор с переменной скоростью вращения ротора (ветроэнергетика, малая гидроэнергетика, дизельные установки) или источник постоянного напряжения (солнечная батарея, аккумулятор). Однако, указанный способ обладает следующими недостатками:

- Невозможность выполнения синхронизации частей электрической сети на удаленных коммутационных аппаратах без передачи данных о частоте, модуле и фазе напряжения с внешней стороны отключенного аппарата к устройству регулирования этих параметров статического источника;

- Необходимость установки преобразователя частоты, инверторов и т.п., что сильно сказывается на удорожании способа.

Наиболее близким, принятым за прототип предлагаемого изобретения, является Способ синхронизации энергосистемы и отделившегося в аварийном режиме энергорайона (а.с. №1647765 СССР, МПК H02J 3/42) в котором синхронизацию отделившейся части энергосистемы осуществляют путем измерения разности частот и фаз векторов напряжений на соединяемых с помощью выключателя элементах энергосистемы, отключения части нагрузки в отделившемся энергорайоне и включением выключателя при разности частот и фаз векторов напряжений менее допустимых значений. В предлагаемом способе дополнительно измеряют частоту и величину генерации в отделившейся части энергосистемы и по данным параметрам определяют оптимальную величину мощности отключаемой нагрузки для осуществления синхронизации. Это позволяет уменьшить время синхронизации и, тем самым, сократить время отключения потребителей в аварийных режимах с отделением части энергосистемы. Однако, указанный способ обладает следующими недостатками:

- Необходимо привлечение оперативного персонала для выполнения ручной синхронизации на выключателях, где отсутствуют синхронизирующие устройства, или использование телемеханики для передачи данных о частоте, фазе напряжения и команд на включение удаленных коммутационных аппаратов;

- В способе, внимание уделяется только частоте, а регулирование напряжения во время синхронизации отсутствует.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является автоматическая синхронизация и восстановление нормального режима параллельной работы разделившихся частей электрической сети с включенными в сеть работающими генераторами на удаленных коммутационных аппаратах, а не на выключателе генератора с контролем напряжения генератора и сборных шин в месте его подключения, без применения дополнительных устройств для регулирования возбуждения, без применения преобразователей частоты, без привлечения оперативного персонала или использования телепередачи данных и команд телеуправления коммутационными аппаратами.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе балансирование послеаварийных режимов в отделившихся частях сети, при необходимости, осуществляется средствами противоаварийного ограничения недопустимых отклонений частоты и напряжения, синхронизацию аварийно разделенных активных частей электрической сети осуществляют путем измерения разности частот, модуля и фаз векторов напряжений с двух сторон коммутационных аппаратов, соединяющих синхронизируемые части электрической сети, включают коммутационные аппараты при выполнении условий допустимости этих разностей, после синхронизации по факту включения коммутационных аппаратов переходят от регулирования частоты и напряжения на генераторах к регулированию перетока по сечению, связывающему ранее разделенные части, или к регулированию частоты и напряжения в объединенной сети, при этом с целью автоматической синхронизации и восстановления нормального режима параллельной работы разделившихся частей электрической сети на удаленных коммутационных аппаратах без использования передачи данных и команд телеуправления ими, на генераторах разделенных частей сети создают согласованное линейное периодическое низкочастотное изменение напряжения и частоты с разной для каждой отделившейся части частотой, после включения коммутационных аппаратов, разделявших части сети, фиксируют переход на параллельную работу частей сети по факту снижения зависимости изменений частоты от изменений выдаваемой генераторами мощности, прекращают периодическое низкочастотное изменение мощности и напряжения генератора.

На фиг. 1 представлена схема электрической сети, в которой после ее аварийного разделения осуществляется удаленная синхронизация аварийно разделившихся частей сети и восстановление нормального режима их параллельной работы; на фиг. 2 представлен график процесса разделения, синхронизации и восстановления нормального режима параллельной работы аварийно разделившихся частей сети с генераторами.

Схема электрической сети с удаленной синхронизацией и блоком управления восстановлением нормального режима параллельной работы (фиг 1) содержит трансформатор связи (1) с выключателями (2, 3) и выключатель фидера (4), подключенный к шине (5) с нагрузками группы потребителей (6, 7, 8, 9), генераторные выключатели (10, 11) генераторов (12, 13), подключенные к шине (14) станции (15), генераторные выключатели (16, 17) генераторов (18, 19), подключенные к шине (20) станции (21), реклоузеры P1, Р2 (22, 23) с автосинхронизаторами C1, С2 (24, 25), объединяющий реклоузер Р3 (26), точки измерения режимных параметров (27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34), блок управления генераторами (35).

Способ осуществляется следующим образом:

Эффективная работа способа достигается при разделении сети на части коммутационными аппаратами P1, Р2 (22, 23) в местах (ФИГ. 1), что суммарная мощность генераторов (12, 13, 18, 19) станций (15, 21) соизмерима с максимальной нагрузкой групп потребителей (8, 9).

В нормальном режиме генераторы (12, 13, 18, 19) станций (15, 21) с нагрузками групп потребителей (8, 9) работают параллельно с внешней электрической сетью. При возникновении аварийного возмущения, например, при коротком замыкании (к.з.) в точке k1, срабатывает быстродействующая защита коммутационных аппаратов P1, Р2 (22, 23) и происходит отделение активной части сети. В случае, если после разделения в отделившейся части имеется избыток мощности, то блоком управления (35) осуществляется ограничение недопустимого повышения частоты путем разгрузки или отключения генератора. Срабатывает токовая защита со стороны внешней сети и отключает головной выключатель (4) поврежденного фидера.

После устранения короткого замыкания (например, отключения поврежденного трансформатора потребителя) включением головного выключателя (4) подается напряжение на фидер. С появлением напряжения на пусковых органах коммутационных аппаратов P1, Р2 (22, 23) в автосинхронизаторах C1, С2 (24, 25) производится проверка выполнения условий синхронизации (выполняется сравнение электрических параметров в измеряемых точках (27 и 28; 29 и 30) и, если эти параметры находятся в диапазоне уставок условий синхронизации (допустимых рассогласований модуля и фаз напряжений, частоты), то происходит включение соответствующих коммутационных аппаратов (23, 24).

Для обеспечения выполнимости условий включения на параллельную работу на генераторах разделенных частей сети блоки управления (35) запускают вторичное согласованное низкочастотное регулирование частоты (АРС) и напряжения (АРВ) в пределах допустимых диапазонов их изменения (ФИГ. 2). Согласованное (одновременное и пропорциональное изменение частоты и напряжения относительно номинальных значений) изменение частоты и напряжения в разных частях сети создает одновременность выполнения условий допустимости взаимного скольжения, разница модуля и фаз напряжений на коммутационных аппаратах, разделяющих части сети.

При этом в некоторых отделившихся частях сети возможно возникновение режимов, когда частота зависает ввиду невозможности ее регулирования на повышенном или пониженном уровне. В этих частях осуществляют соответствующее отклонению частоты от номинального значения повышение или понижение напряжения. В частях сети, где регулирование возможно, запускается вышеописанное низкочастотное согласованное регулирование частоты и напряжения.

По факту смены реакции ЛСЭ на вторичное регулирование скорости и напряжения от изменения частоты и напряжения к изменению активной и реактивной мощности генераторов блок 35 идентифицирует восстановление параллельной работы разделившихся частей сети, прекращает низкочастотное периодическое вторичное регулирование частоты и напряжения, возвращает уставки АРС и АРВ к доаварийным значениям.

Таким образом, блоки управления коммутационных аппаратов, регуляторы генераторов частей электрической сети не взаимодействуют между собой, но совместно выполняют децентрализованную синхронизацию генерирующих устройств и восстановление их нормального режима параллельной работы с внешней сетью.

Использование: в области электротехники. Технический результат – обеспечение автоматической синхронизации и восстановление нормального режима параллельной работы разделившихся частей электрической сети с включенными в сеть работающими генераторами на удаленных коммутационных аппаратах. Способ заключается в балансировании послеаварийных режимов в отделившихся частях сети средствами противоаварийного ограничения недопустимых отклонений частоты и напряжения. Измеряют разности частот, модули и фазы векторов напряжений с двух сторон коммутационных аппаратов, соединяющих синхронизируемые части электрической сети. При выполнении условий допустимости этих разностей включают коммутационные аппараты. После синхронизации переходят от регулирования частоты и напряжения на генераторах к регулированию перетока по сечению. Согласно способу на генераторах разделенных частей сети создают согласованное линейное периодическое низкочастотное изменение напряжения и частоты с разной для каждой отделившейся части частотой. После включения коммутационных аппаратов по факту снижения зависимости изменений частоты от изменений выдаваемой генераторами мощности фиксируют переход на параллельную работу частей сети. Прекращают периодическое низкочастотное изменение мощности и напряжения генератора. 2 ил.

Способ удаленной синхронизации и восстановления нормального режима аварийно разделенной электрической сети с генераторами, заключающийся в том, что балансирование послеаварийных режимов в отделившихся частях сети осуществляется средствами противоаварийного ограничения недопустимых отклонений частоты и напряжения, синхронизацию аварийно разделенных активных частей электрической сети осуществляют путем измерения разности частот, модуля и фаз векторов напряжений с двух сторон коммутационных аппаратов, соединяющих синхронизируемые части электрической сети, включают коммутационные аппараты при выполнении условий допустимости этих разностей, после синхронизации по факту включения коммутационных аппаратов переходят от регулирования частоты и напряжения на генераторах к регулированию перетока по сечению, связывающему ранее разделенные части, или к регулированию частоты и напряжения в объединенной сети, отличающийся тем, что на генераторах разделенных частей сети создают согласованное линейное периодическое низкочастотное изменение напряжения и частоты с разной для каждой отделившейся части частотой, после включения коммутационных аппаратов, разделявших части сети, фиксируют переход на параллельную работу частей сети по факту снижения зависимости изменений частоты от изменений выдаваемой генераторами мощности, прекращают периодическое низкочастотное изменение мощности и напряжения генератора.