СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА НА ОБЪЕКТАХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2024 года по МПК H02H3/48 

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

Известно решение АЛАР-М [см. 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 на основе сравнения углов напряжений по концам контролируемого участка. Недостатком указанного способа является то, что получение значения напряжения во втором узле выполняется путем ©посредственной оценки на основе модельного представления контролируемого участка, причем параметры модели участка требуют предварительного расчета при проектировании установки устройства, использующего указанный способ, что может приводить к погрешностям в работе в связи с изменением параметров линии по временам года а, в случае наличия промежуточного отбора мощности и при изменении значения этого отбора.

Известен также способ по патенту RU2661351 Способ выявления и ликвидации асинхронного режима на объектах электроэнергетической системы, 28.04.2017 г. Указанный способ, является наиболее близким к объекту изобретения, и принимается в качестве прототипа.

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

- контроль участка энергосистемы (в т.ч. линии электропередачи, силовой сети подстанции, электрогенератора) выполняют посредством получения значений напряжений в граничных узлах (первом и втором) контролируемого участка, выполнением расчета разности между фазовыми углами первого и второго узлов и формированием управляющего воздействия на ликвидацию асинхронного режима в момент, когда значение разности фаз напряжений становится равным заданной величине или превышает ее.

- измерения в узлах выполняют и передают по каналу связи на блок расчета и управления;

Недостатком указанного технического решения является возможность возникновения погрешности при сравнении значений векторов, поступающих по каналу передачи информации, поскольку при высоком темпе передачи пакетов данных возможна выборка не вполне одновременных измерений в связи с возможным запаздыванием пакета в канале передачи. Другим недостатком является потеря работоспособности использующее указанное техническое решение устройства при аварийном отказе канала связи.

Предлагаемый способ исключает указанные недостатки прототипа.

Раскрытие изобретения

Способ выявления и ликвидации асинхронного режима на контролируемой ветви электропередачи электроэнергетической системы предусматривает измерения векторов напряжений в граничных узлах ветви, а также токов, направленных в контролируемую ветвь. Измерения выполняют пофазно, или получают значение прямых последовательностей напряжений и токов.

Для реализации измерений в узлах устанавливают технологические полукомплекты, каждый из которых снабжают средствами измерения напряжения и тока, средствами получения меток всемирного координированного времени (UTC) и средствами связи для передачи результатов измерений между полукомплектами.

Получение меток UTC выполняют посредством использования ресивера GPS либо от системы единого времени энергообъекта.

В каждом из полукомплектов синхронно выполняют измерения в заданные моменты времени и формируют пакеты данных, содержащие значения напряжений, токов, и значение метки UTC момента измерения.

Полученный пакет данных сохраняют в буфере результатов измерений полукомплекта и, кроме этого передают по каналу связи в полукомплект противоположного узла контролируемой ветви, где сохраняют его в приемном буфере данных. Буфер измерений и приемный буфер полукомплекта выполняют, например, в виде стеков FIFO (англ. first in, first out «первым пришел - первым ушел»).

В расчетном блоке каждого из полукомплектов используют пакеты с идентичными метками времени из буфера данных измерений и приемного буфера, определяют значение разности углов фаз векторов напряжений первого и второго узлов, и когда это значение достигает или превышает определенную наперед заданную величину, то факт наличия асинхронного режима считают установленным и формируют управляющее воздействие на ликвидацию асинхронного режима.

Для исключения погрешности результатов расчета, связанной с возможным запаздыванием или потерей информации в канале связи в расчетном блоке каждого из полукомплектов выбирают пакеты с идентичными метками UTC. Если метки последних поступивших пакетов не совпадают, то находят и используют предыдущие пакеты с совпадающими метками.

Поясним существо использования буферов на примере. Пусть в некоторый момент времени выполнено измерение, результаты помещены в буфер измерений полукомплекта и предполагается поступление данных от противоположного полукомплекта. Пусть в этот момент инициируется цикл расчета разности углов. Если данные от второго полукомплекта еще не получены, например, из-за задержки в канале связи или из-за неудачной маршрутизации, из-за потери пакета при передаче, или по любой другой причине. При этом результаты последнего измерения не могут быть использованы для работы. Тогда производят выбор пары ранее полученных данных с идентичными метками и производят расчет по предшествующим корректным значениям.

Другим, тесно связанным с описанным, но особым случаем является аварийный отказ работы канала связи. При этом используют резервный способ получения значения напряжения на противоположном конце контролируемого участка.

В период наличия обмена результатами измерений между полукомплектами из системы уравнений передаточной матрицы эквивалентного симметричного четырехполюсника контролируемого участка выполняют расчет коэффициентов h_U, h_I, определяемых математическим выражением:

где - результаты измерений напряжений, а - результаты измерений токов в узлах установки полукомплектов.

Расчетные значения напряжений на противоположных концах участка получают посредством математических выражений:

Полученные результаты верифицируют, посредством сравнения рассчитанных по выражениям (2) величин напряжений с измеренными значениями напряжений и сохраняют значения передаточных коэффициентов в буфере памяти каждого полукомплекта. При необходимости используют сглаживание результата по выборке нескольких последовательны значений данных из стеков хранения.

При аварийном отказе канала обмена данными, каждый из полукомплектов переводят в автономный режим работы, в котором в качестве параметров контролируемого участка используют сохраненные значения передаточных коэффициентов, рассчитывают значение напряжения противоположного конца участка по выражениям (2) и получают расчетную разность углов между напряжениями на границах участка.

Технический результат

Техническим результатом, получаемым при реализации решения с использованием объекта изобретения, является повышение надежности, точности и селективности выявления и ликвидации асинхронного режима в электроэнергетической сети.

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

1. Измерение напряжения в узлах контролируемого участка выполняют синхронно в соответствии с метками всемирного координированного времени (UTC), метки UTC помещают в пакеты информации о результатах измерений.

2. При расчете разностных углов используются пары пакетов с одинаковыми метками UTC.

3. В процессе измерений рассчитывают и запоминают параметры контролируемого участка, и при аварийном отказе канала обмена данными переводят полукомплекты в автономный режим работы, в котором используют рассчитанные ранее значения параметров участка.

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

Отличие 1 предоставляет возможность расчета в процессе работы разности углов между напряжениями концов контролируемого участка, что исключает необходимость предварительного расчета уставки работы устройства АЛАР по задаваемой по параметрам контролируемого участка, повышение надежности, точности и селективности выявления асинхронного режима и защиту контролируемого участка произвольно сложной структуры, содержащего отбор мощности в нагрузку, а также адаптивность к изменениям схемы участка и величине отбора мощности на участке в процессе работы энергосистемы.

Отличие 1 обеспечивает исключение погрешности результатов расчета, связанную с возможным запаздыванием или потерей информации в канале связи.

Отличие 3 обеспечивает возможность перевода полукомплектов устройства в резервный автономный режим работы при аварийном отказе канала обмена данными между полукомплектами.

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

Изобретение может быть использовано 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 микроконтроллерного устройства АЛАР, в котором непосредственно реализован изложенный объект изобретения.

На фигуре представлен пример для реализации изобретения.

Для защиты участка электропередачи с линиями 1 и 2 и возможным промежуточным отбором мощности 3 в узлах по концам участка устанавливается пара полукомплектов 4 и 5, выполненных на основе микроконтроллеров и снабженных приемниками сигналов всемирного координированного времени (UTC) 6 и 7, а также устройствами связи 8 и 9 между полукомплектами, соединенными быстродействующим каналом обмена информации для передачи пакетов измерений.

Получение меток UTC выполняют посредством использования ресивера GPS либо получают из системы единого времени энергообъекта.

В каждом из полукомплектов синхронно выполняют измерения напряжений и токов в узле установки в заданные моменты времени и формируют пакеты данных, содержащие значения напряжений, токов, и значение метки UTC момента измерения.

В расчетном блоке каждого из полукомплектов определяют значение разности углов фаз векторов напряжений первого и второго узлов, и когда это значение достигает или превышает определенную наперед заданную величину, то факт наличия асинхронного режима считают установленным и формируют управляющее воздействие на ликвидацию асинхронного режима.

Каждый из полукомплектов 4 и 5 снабжают устройствами хранения данных, выполненными в виде буферов FIFO, в которых в первой колонке сохраняют данные собственных измерений полукомплекта (например, полукомплекта 4), а во второй колонке данные измерений, полученные от другого полукомплекта (в данном случае от полукомплекта 5).

Для работы устройства используют данные с идентичными метками времени, что позволяет корректно выполнять операции с векторами, полученными от разных узлов энергосистемы.

Изобретение относится к выявлению и ликвидации асинхронного режима на контролируемом участке электроэнергетической системы. Технический результат – повышение надежности, точности и селективности выявления и ликвидации асинхронного режима энергосистемы. Для этого способ предусматривает контроль участка энергосистемы и включает измерение в узлах посредством технологических полукомплектов, каждый из которых снабжен средствами измерения напряжения и тока, средствами получения меток всемирного координированного времени (UTC) и средствами связи для передачи результатов измерений между полукомплектами. Далее рассчитывают, используя пакеты измерений с идентичными метками времени, и определяют значение разности углов фаз векторов напряжений узлов, и при факте наличия асинхронного режима формируют управляющее воздействие на его ликвидацию. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ выявления и ликвидации асинхронного режима на контролируемом участке электроэнергетической системы, предусматривающий одновременное определение напряжений в конечных узлах контролируемого участка, значения которых передают по каналу связи в расчетный блок, определяющий значение разности углов (фаз) напряжений первого и второго узлов и по выявлению факта достижения или превышения разностью фаз наперед заданной величины формируют управляющее воздействие на ликвидацию асинхронного режима, отличающийся тем, что на каждом из конечных узлов контролируемого участка предусматривают наличие технологического полукомплекта, в котором измеряют напряжение и ток введенными средствами измерения напряжения и тока, получают метки всемирного координированного времени введенными средствами получения меток всемирного координированного времени (UTC) и передают пакет результатов измерений с меткой времени через введенный буфер передачи посредством передающей части средства связи со смежным полукомплектом, а в приемной части введен буфер хранения принятых пакетов и собственных пакетов измерений, при этом для расчета разности фаз углов используют пакеты измерений из буфера с идентичными метками времени, посредством чего исключают погрешность результатов расчета, связанную с возможным запаздыванием информации в канале связи.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по результатам измерений рассчитывают коэффициенты передаточной матрицы эквивалентного симметричного четырехполюсника контролируемого участка, определяемые математическими выражениями

где - результаты измерений напряжений, а - результаты измерений токов в узлах установки полукомплектов,

выполняют верификацию полученных результатов, сохраняют достоверные результаты в буфере памяти и при аварийном отказе канала обмена данными каждый из полукомплектов переводят в автономный режим работы, в котором в качестве параметров контролируемого участка используют сохраненные в буфере результаты расчета коэффициентов передаточной матрицы для получения расчетных значений векторов напряжения, определяемых математическими выражениями

по концам контролируемого участка.