Способ повышения динамической устойчивости электрических систем Советский патент 1983 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использованр в линиях электропередачи, оснащенных выключателями однополюсного исполнения с пофазным приводом,дЛя осуществ ления параллельной работы генераторов и.повышения динамической устойчи вости в аварийных несиг метричны режимах. Известны способы повышения динами ческой устойчивости электрических систем, заключающиеся в увеличении возможной площадки торможения генера торов путем фазового управления, осу ществляемого изменением группы соеди нения трансформаторов или изменением угла смещения фазорегулируюгдего тран сформатора во время паузы автомати ческрго повторного включения ( ЛПВ) 1 и 2.. . Недостатком указанных способов является полный разрыв связи во время паузы при переключении, что связано с расхождением роторов генераторов и ухуд:аением устойчивости. Наиболее близким к предлагаемому является способ повышения динамической устойчивости электрических систе путем создания фазового сдвига для компенсации угла вылета ротора в период паузы автоматического повторного включения, заключающийся в отключении поврежденной линии электропередачи, контроле соотношений энергии ускорения и торможения роторов генераторов и введения фазового сдвига в момент оптимального соотношения указанных энергий З J. Несмотря на сохранение связи между генераторами, указанный способ о бладает недостатком, который заключается в том, что независимо от вида повреждения электропередачи производится отключение всех трех фаз с пос ледующим введением фазового сдвига, что ограничивает- выдачу избытЬчной мощности и- в связи с этим снижает эффективность фазового управления переходным процессом. В то же время однофазные и двухфазные повреждения являются наиболее частыми, особенно на линиях высокого и сверхвысокого напряжения. Ликвидация их путем отк лонения только поврежденной фазы создает меньшие небалансы активной мощности и повышает устойчивость электрических систем. Цель изобретения - повышение пре делов динамической устойчивости одн цепных линий электропередачи при несимметричных коротких замыканиях. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу повышения динамической устойчивости электрических систем путем создания фазово го сдвига для компенсации угла выле та ротора в период паузы АПВ, заключающемуся в отключении поврежденной линии электропередачи, контроле соотношений тнергии ускорения и тор- . можения роторов генераторов и введения фазового сдвига в момент оптимального соотношения указанных энергий, отключают только поврежденную фазу, а введение-фазового сдвига осуществляют последовательно отключением одной из неповрежденных Лаз, включением ее с фазовым сдвигом, отключением другой неповрежденной фазы .и включением ее и поврежденной фазы с фазовым сдвигом. На фиг.1 изображена одна из возможных схем электрической системы, иллюстрирующая предлагаемый способ; на фиг.2 - трехлинейная схема фазосдвигающего устройства на примере кругового переключения фаз выключателями линии со сдвигом на 120° с примыкающей линией электропередачи; на фиг.З и 4 - диаграммы, поясняющие способ. Схема электрической системы (фиг.1) состоит из передающей части, включающей в себя эквивалентный генератор 1 , связанный с трансформатором 2, к которому присоединена группа однополюсных выключателей 3 и 4, и соединенная линией электропередачи 5 с приемной системой, состоя-; щей из группы однополюсных выключателей 6, которыми к линии подключен трансформс1тор 7, связанный с эквивалентным гегнератороМ 8. .На тре и1инейной схеме (фиг. 2 показано фазосдвигающее устройство, состоящее из двух групп однополюс- :ных выключателей 3 (выключатели 911 и 4 (выключатели12-14 Л, подключенное к линии электропередачи 5, которая соединяется через группу выключателей 6 (выключатели 15-17 с трансформатором 7 приемной cиcтe 1ы. В исходном режиме выключатели 9 11 фазосдвигающего устройства включены, а 12 - 14 отключены. На фиг.2 приведено также обозначение фаз А, В,С. На .З приведены характеристики активной мощности генератора 1 на отдельных этапах динамического перехода, где 18 - характеристика активной мощности генератора, т.е. зависимость активной мощности генератора (Р ) в функции угла положения роторов (сЛ) в нормальном режиме до аварии, . причем Р о и «TO - активная мощность и угол ротора генератора в нормальном режиме; 19 - характеристика активной мощности при однофазном коротком заиалканкк (КЗ); 20 - характеристика активной мощности при отключении поврежденной фазы; 21 - характеристика мощности при работе через одну фазу; 22 - результирующая характеристика мощности при работе по двум фазам, одна из которых включена со сдвигом на 120° эл. град; 23 - характеристика одной фазы, включенноП с фазовым сдвигом на 120 эл.град.; 24 - характеристика всех трех фаз после фазового регулирования на 120 эл. град. Характеристики на фиг.З рассмотрены при следующих допущенр1ях: мощность генератора 8-во много раз превосходит мЬщность генератора 1, рассматривается успешное АПВ, мощность турбины (РО/В течение динамического перехода не изменлется, При повреходении, например при КЗ фа-зы А, линии электропередачи 5 (фиг.2), что соответствует характеристике 19 (фиг.З), при угле о отключаются выключатели 9 и 15 и в период АПВ мощность передается по двум фазам В и С (характеристика 20 К После устранения поврех-дения и при оптимальном соотношении энергий ускорения и торможения (3) автоматически осуществляется циклическое введение фазового сдвига. При угле отключается выключатель 11 и связь с системой осуществляется по одной фазе 6 (характеристика 21). При угле cTj включается выключатель 14. Создается несинфазный режим фазы Б по отношению к .фазе С со сдвигом. . фазы напряжения в начале фазы (на 120 эл. град. в сторону отставания. Результирующая характеристика активной мощности эквивалентного генератора (характеристика 22 ) смещается примерно на угол 60 эл. град, в сторону вращения его ротора, способствуя его торможению, а также появляется уравнительный ток в фазах, вызывающий дополнительные потери активной мощности в проводах- линии. Смещение характеристики 22 на угол Л/ 60- можно пояснить, используя векторную диаграмг у. При заземленной нейтрали и загрузке генератора 1 сГ фазные ЭДС эквивалентных генератс|ров 1 и 8 занимают пололсение, : показанное на фиг. 4а. В рассматриваемом режиме фаза С линии включена с фазовым сдвигом, а фаза В- без сдвига. Это отражено на фиг. 4а соединением фазных ЭДС Е,д с Е gj. и В с Egj.TaK как фазная ЭДС генератора 1 опережает Egg, то мощность по фазе 6 передается от генератора 1 к генератору 8. По фазе С мощность передается, от эквивалентного генератора 8 к генератору 1. Суглмарная мощность, передаваемая по электропередаче Р, равна Р Pg + PJ.. Общие выражения, определяющие мощности, передаваемые по фазам от генератора 1, а следовательно, характеристику мощности генератора 1, можно записать Лц , г т и .5 и н см 20.. Х 25 о 40 фа ха то а дг П 50 с (ф ам ти 55 В эт 60 Пр ма фа 45 ха .. .(°) в- 7 С,А - Е,де---Е„„е-з V- е к - суммарное реактивное сопровление фазы электропередачи. В случае изолированной нейтрали загрузке сГ- Гд векторная диаграмма еет вид, показанный нафиг. 4б. В этом случае в рассматриваемом симметричном режиме появляется ещение нейтрали ,(.Т) U...-. -...(E...,.)v 16 рактеристика мощности генератора 1 ределяется из (cf.. . 8В . -iB -е- . V««.c. , c jx Для количественной оценки величины зового сдвига -v результирукяцей рактеристики 22 мощности генерара 1 можно записать выражения для тивных мощностей, передаваемых фазам, в виде РВ PC РШС редставлениемих векторами иг. 4в). Учитывая,,что Р Pg+ Р, литуда результирующей характериски определяется из Рт8+ Ртс+ 2PmBPn, частном случае, когда .Р, о выражение принимает вид Pmz + 2cosiJ и л1 120 эл.град. Ррр (максиьной мощности, перелаваемой по зе ). Из фиг. 4в видно, что при Р.«,,Р.„ , 1 -, ,- л II)D ТПС Р Д/Чг со , т.е. результирующая рактеристика сдвигается на угол. равный половине величины фазового сдвига. ,В реальных условиях, например, из-за неодинакового расположения фаз линии электропередачи 5 Р и сдвиг будет V 60. Таким оЬразом, из в 1ражений,определяющих характеристику мощности генератора случае заземленной, так и изолированной нейтрали, следуе что результирующая характеристика 22 сдвигается на 60°. Сдвиг ее происходит в сторону вра щения ротора генератора, а это обуславливает то, что генератор выдает достаточную по величине мощность в зоне углов, близких к 180 эл.град., что и способствует подтормаживанию генератора. Влияние уравни.тельного тока в фазах сказывается, если учитывать активные сопротивления элементов элект ропередачи, так как в этом случае протекание уравнительного тока приводит к дополнительным пот-ерям ак- . тивнбй мощности, что D свою очередь .способствует более медленному росту угла вылета ротора генератора. Затем операции по введению фазового сдвига выполняются в след;ующем порядке. В момент времени, соответс вующий углу cTjj, отключается выключатель 10. С этого момента времени генератор 1 выдает мощность в систем через одну фазу С с введенным фазов сдвигом в 120 эд.град. (характеристика 23 на фиг.З . При угле. cTV вклю чаются выключатели 12, 13 и 15, тем самым завершая цикл по введению фазового воздействия. Результирующая характеристика 24 мощности получает общее смещение на 120 эл.град. в сторону вращения ротора генератора, а амплитуда ее восстанавливается до значения, соответствующего значе нию амплитуды характеристики в нормальном доаварийном режиме. Предлагаемый способ по сравнению с обычным однофазным повторным вклю чением (ОАПВ ) позволяет повысить предельную передаваемую мощность по условию динамической устойчивости за счет TOI-O, что фазовое управление, обеспечивая сдвиг характеристики мощности генератора, увеличивает возможную энергию торможения, несмотря на некоторые возрастания энергии ускорения при осуществлении переключений. При ОЛПВ возможная энергия торможения имеет небольшую величину из-за того, что при предельных мощностях-УГОЛ электропередачи за паузу ОАПВ достигает больших значений. Определенный из условий оптимального соотношения энергий ускорения и торможения угол меняется в не- - больших пределах (120-135°). Это позволяет в устройство, реализующее . предлагаемый способ, ввести блок контроля угла., разрешающий введение фазового воздействия только при достижении угла 120-135°. При достижении меньших углов при качаниях в паузу АПВ срабатывает ОАПВ, что позволяет избежать ненужных операций. Другое преимущество фазового управления перед ОАПВ состоит в том, что за счет компенсаций угла вь1лета ротора генератора удается снизить токи и моменты несинхронного включения. Таким образом, предлагаемый способ позволит в электрических системах, содержащих одноцепные линии электропередачи повысить эффективность фазового воздействия при аварийных не-симметричных повреждениях за счет уменьшения небалансов активной мощности из-за передачи избыточной мощности в Нбзполнофазовом режиме с одновременньом использованием .проводов линии для рассеивания части электрической энергии путем преобразования ее в тепле; снизить токи и моменты несинхронного включения по сравнению с однофазным автоматическим повторным включением (ОАПВ ) в режимах, сопровождающихся достижением больших углов расхождения между векторами эквивалентных ЭДС за паузу автоматического повторного включения.

+ ffA

One

S

ma