Устройство для экстренной разгрузки линии электропередачи при аварийном снижении предела передаваемой мощности Советский патент 1984 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к электро нергетике, а именно к противоаварийному управлению энергосистемами.

Известен способ предотвращения нарушения статической устойчивости, согласно которому определяют предел статической устойчивости (передаваемой мощности) линии электропередачи и формируют управляющее воздействие на разгрузку передающей электростанции 1.

К недостаткам указанного способа относится то, что предел передаваемой мощности по линии фиксируется в момент смены знака синхронизирующей мощности, который определяется косвенным образом по знакам производных электрической мощности и уг.ла по линии. Этот практический критерий статической устойчивости справедлив в случае, когда выполняется условие постоянства напряжения на щинах передающей станции.

Кроме того, одним из условий фиксации предельного значения передаваемой мощности по линии является выполнение неравенства /РО-Р/ €у где РО - мощность по линии в установивщемся режийе; Р - текущее изменение мощности по линии, фиксируемое в момент изменения знака синхронизирующей мощности; В - малая величина, определяющая зону нечувствительности фиксации равенства величин РО и Р. Однако, могут возникать послеаварийные режимы, в которых фиксируемый предел передаваемой мощности может быть меньщим величины передаваемой мощности в исходном режиме, причем разница эта может превышать значение БЗ- Указанный способ такие режимы не охватывает.

Известно устройство многократного электрического торможения, применяемое для повыщения динамической устойчивости генератора или статической устойчивости послеаварийного режима магистральных линий электропередач 2.

Недостатки указанного устройства - запаздывание и разброс времени действия автоматики и приводов силовой части как при включении, так и при отключении, последствиями которых могут быть опасные переторможения генераторов электростанции.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство ограничения перетока мощности (разгрузки) электропередачи, соединяющей энергосистемы путем воздействия на систему регулирования турбины. Устройство содержит трансформаторы тока и напряжения, датчики мощности, дифференциатор, датчик частоты, сумматор и корректирующие . Выход устройства предназначен для подключения к входу системы ре- гулирования турбины. В устройстве производится измерение избыточного момента энергосистемы, суммирование его со значением перетока мощности, сравнение с задан.ным значением активной мощности ивыработка управляющего воздействия в зависимости от полученного отклонения 3.

При подаче на входы систем регулирования воздействия запаздывание начала изменения мощности турбины составляет 0,3- 0,4 с. При работе с малыми запасами статической устойчивости этого времени может быть достаточно для нарушения устойчивости параллельной работы энергосистем. Кроме того, программное задание уровня ограничения перетока мощности по линии электропередачи не учитывает схемно-режимные изменения в энергосистеме на момент аварийного возмущения и в послеаварийном режиме, а следовательно, не учитывает изменение значения предела передаваемой мощности по линии электропередачи. Данное обстоятельство не позволяет использовать в полной мере пропускную способность линии электропередачи. Необходима компромиссная настройка для выполнения как послеаварийного ограничения мощности турбины, так и импульсной разгрузки их для сохранения динамической устойчивости. Выбор такой настройки измененной для всего возможного ряда аварийных ситуаций, неизбежно приводит к избыточности управления.

Цель изобретения - повыщение точности определения необходимой глубины разгрузки электропередачи и увеличение скорости разгрузки путем дополнительного воздействия на электроэнергетический накопитель и устройство электрического торможения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для экстренной разгрузки линии электропередачи при аварийном снижении предела передаваемой мощности, содержащее трансформаторы тока и напряжения, подключенные к входам датчика активной мощности, сумматор и дифференциатор, дополнительно снабжено блоком запоминания перетока исходного режима, подключенным к выходу датчика мощности, датчиком модуля напряжения, подключенным к трансформатору напряжения, двумя дифференциаторами, вход первого из которых подключен к выходу датчика модуля напряжения, а вход второго - к выходу датчика мощности, датчиком скорости, последовательно соединенными формирователем амплит ды, вход которого подключен к датчику скорости, активным фильтром, выпрямителем и первым интегратором, выход которого подключен к входу первого сумматора, на задающий вход которого подано опорное напряжение, а его выход подключен к входу третьего дифференциатора, тремя компараторами, к входу первого из которых подключен выход второго дифференциатора, к входу второго - выход первого дифференциатора, а к вхрду третьего - выход третьего дифференциатора, схемой совпадения, входы которой соединены с выходами первого, второго и третьего компараторов, последовательно соединенными первым татором, вторым интегратором и преобразования уровня сигнала, вход первого коммутатора соединен ходом датчика мощности, а его управляющий вход - с выходом схемы совпадения, вторым сумматором, четвертым компаратором и вторым коммутатором, причем первый вход второго сумматора подключен к выходу блока запоминания перетока исходного режима, второй вход - к выходу блока преобразования уровня сигнала, а выходы - к входам второго коммутатора и четвертого компаратора, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора, третьим интегратором, пятым компаратором, к задающему входу которого подведено опорное напряжение, третьим сумматором и третьим коммутатором, управляющий вход которого подключен к выходу пятого компаратора, первый выход - к пера первый вому входу третьего сумматора, вход - к выходу третьего интегратора, соединенного с входом пятого компаратора, причем выход второго коммутатора предназначен для подключения к входу системы регулирования турбины и подключен к входу третьего интегратора и второму входу третьего коммутатора, второй выход которого предназначен для подключения к управляющему входу устройства электрического торможения и подключен к второму входу третьего сумматора, выход которого предназначен для подключения к управляющему входу электроэнергетического накопителя. На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2. показаны изменения во времени следующих величин: а) перетока мощности по линии Р,, (R,, - значение перетока мощности в исходном режиме) переменной составляющей скольжения S генераторов, модуля напряжения /Up/ на щинах передающей электростанции .(пунктиром показано изменение параметров в случае нарушения статической устойчивости) ; б) тока электроэнергетического накопителя Ьи; в) тока через устройство электрического торможения г) общего тока комплексной нагрузки IR; д) электрической мощности генераторов электростанции 21 Рр и сигнала управляющего воздействия Uynp, Устройство (фиг. 1) содержит измерительные трансформаторы 1 и 2 напряжения и тока, датчик 3 мощности, датчик 4 скорости, блок 5 запоминания перетока исходного режима, датчик 6 модуля напряжения, дифференциаторы 7 и 8, измеритель 9 скольжения, состоящий из формирователя 10 амплитуды, активного фильтра 11, выпрями теля 12, первого интегратора 13, первого сумматора 14 и третьего дифференциатора 15, блок 16 фиксации достижения предекоммублокомпричем с выла, состоящий из компараторов 17-19 и схемы 20 совпадения, блок 21 запоминания предельного значения перетока, состоящий нз первого коммутатора 22 и второго интегратора 23, блок 24 преобразования уровня сигнала, блок 25 определения управляющего воздействия, состоящий из второго сумматора 26, четвертого компаратора 27 и второго коммутатора 28, блок 29 формирования управляющих сигналов, состоящий из третьего интегратора 30, третьего коммутатора 31, пятого компаратора 32 и третьего сумматора 33. Сигналы, сформированные на выходе устройства, подаются на управляющие входы электроэнергетического накопителя 34, устройства электрического торможения 35 и на вход системы 36 регулирования турбины. Выходы вторичных обмоток трансформаторов 1 и 2 тока и напряжения подключены к входу датчика 3 активной мощности. Вход блока 5 запоминания перетока исходнего режима подключен к выходу датчика 3 мощности. Датчик 6 модуля напряжения подключен к трансформатору 1 напряжения. Выход первого дифференциатора 7 подключен к выход датчика 6 модуля напряжения, а вход второго дифференциатора 8 - к выходу датчика 3 мощности. Формирователь 10 амплитуды подключен к датчику 4 скорости. Формирователь 10 амплитуды, активный фильтр 11, выпрямитель 12, первый интегратор 13, первый сумматор 14 и третий дифференциатор 15 соединены последовательно. К задающему входу первого сумматора 14 подведено опорное напряжение. Входы первого, второго и третьего компараторов 17, 18 и 19 соединены соответственно с выходами второго дифференцнатора 8, первого дифференциатора 7 и третьего дифференциатора 15. Входы схемы 20 совпадения соединены с выходами компараторов 17-19, а выход - с управляющим входом первого коммутатора 22, основной вход которого подключен к выходу датчика 3 мощности. Первый коммутатор 22, второй интегратор 23 и блок 24 преобразования уровня сигнала соединены последовательно. Первый вход второго сумматора 26 подключен к выходу блока 5 запомннания перетока исходного режима, второй вход - к выходу блока 24 преобразования уровня сигнала, а его выход - к основному входу второго коммутатора 28 и к входу четвертого компаратора 27, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора 28. Выход коммутатора 28 подключен к входу системы 36 регулирования турбины, входу третьего интегратора 30 и второму входу третьего коммутатора 31. Выход интегратора 30 подключен к входу пятого компаратора 32, к задающему входу которого подведено опорное напряжение, и к первому входу коммутатора 31, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора 33. Для определения предела передаваемой мощности производится измерение перетока активной мощности по линии и скольжения генераторов передающей электростанции относительно исходного доаварийного режима, выделение переменной составляющей скольжения, измерение модуля напряжения /U;/ на щинах передающей электростанции и дифференцирование сигналов, пропорциональных перетоку активной мощности по линии Bt и модулю напряжения /Ц/. Знак синхронизирующей мощности определяется косвенно по знакам производных перетока мощноети по линии РЛ и угла по линии ё при заданных пороговых уровнях фиксации этих производных. Область применения устройства ограничивается энергосистемами такого типа, где приемная энергосистема во много раз мощнее отправной и может быть представлена щина1у1и бесконечной мощности. Это дает возможность использовать для анализа устойчивости такой критерий, как синхронизирующая мощность. При опрацелении знака синхронизирующей мощности в этом случае допустимо использование вместо угла по линии значения геометрического угла вылета ротора генератора л5 в переходном процессе, производная по времени которого достаточно точно соответствует переменной составляющей скольжения генератора относительно доаварийного режима, т.е. S. Последнее обстоятельство позволяет отказаться от телеизмерения угла между векторами напряжений по концам электропередачи и ограничиться измерением относительно скольжения генераторов станИспользование критерия предполагает более позднюю фиксациюперегруз ки линии. Увеличивать чувствительность выявительных органов опасно, так как возможны ложные срабатывания. Увеличить чувствительность позволяет использование дополнительного режимного параметра, в качестве которого взять модуль напряжения на шинах отправной электростанции в точке примыкания линии электропередачи /Цг/. Уменьщение этого параметра наблюдается практически всегда при подходе к пределу передаваемой мощности линии. Предел передаваемой мощности т фиксируется при одновременном выполнении неравенств:dP, с d.llM где 1 Вг, з - малые величины, причем 8i и г. 0, Использование дополнительного параметра дает возможность уменьщить величины Е,и г вплоть до выявления тенденции генераторов отправной электростанции к апериодической неустойчивости, т.е. определения момента, когда 0. Управляющее воздействие, пропорциональное величине разгрузки ДР, поступая на пропорциональные входы систем регулирования паровых турбин, ограничивает мощность передающей электростанции. Фиксируемое значение предела передаваемой мощности с учетом нормативкого коэффициента запаса статической устойчивости Кз сравнивается с перетоком мощности исходного режима IJp (1-Кз)Рлтах-В,. При выполнении данного неравенства определяется величина разгрузки электропередачиAP(l-Ks)P,ax-P, Управляющее воздействие подается одновременно на входы системы регулирования турбин и формирователь управляющих сигналов. Ограничение мощности турбин происходит с запаздыванием 1ин 0,5-0,7 с. Для компенсации этого запаздывания на время tfoi включается комплексная нагрузка, состоящая из электроэнергетического накопителя (ЭН) 34 и устройства электрического торможения (ЭТ) 35, управляемых следующим образом. Сигнал Aj.r(t) управления выпрямителем ЭТ 35 формирует с помощью тиристорного преобразователя ток через резисторы ЭТ, изменяющийся по линейному закону w(t) A-tHirf ID (фиг. 26), где А О - постоянная, выбираемая в зависимости от времени запаздывания систем регулирования разгружаемых турбин; lo - начальное значение тока через резисторы ЭТ 35, соответствующее требуемой величине ограничения перетока мощности по линии; 1ни- время запаздывания (инерционность) систем регулирования турбин. Сигнал of (t) управления вьшрямителем ЭН 34 формирует ток заряда ЭН, изменяющийся по закону Iju (t) В1ня (фиг. 2 в), где В О - постоянная, выбираемая по среднему времени запаздывания разгружаемых турбин; tim - время запаздывания (инерционность) систем регулирования турбин. Постоянные А и В в законах управления равны по модулю и противоположны по знаку. При таком регулировании зарядный ток ЭН увеличивается от нуля до значения lo, а ток через ЭТ, наоборот, уменьщается за это время от 1о до нуля. Суммарный ток комплексной нагрузки IH будет постоянным в течение времени tua (фиг. 2г). Величина нагрузочного тока через резисторы ЭТ и длительность работы ограничиваются температурным режимом тормозных сопротивлений. Это обстоятельство позволяет нагружать резисторы ЭТ током лишь на непродолжительное время, которое можно увеличить уменьшая величину тока нагрузки, протекающего через устройства ЭТ. С другой стороны на ЭН 34 .нельзя подать зарядный ток, равный I и необходимый для р;азгрузки электропередачи, так как это вызовет понижение напряжения на шинах электростанции. Наиболее благоприятным режимом будет такой, при котором зарядный ток будет постепенно увеличиваться от нуля до lo. Через время tun, когда мощность турбины уменьшится до заданного уровня, сигналы управления с входом выпрямителей устройств ЭТ 35 и ЭН 34 снимаются (фиг. 2д). Устройство работает следующим образом. Мощность электростанции выдается по Линии в приемную энергосистему и в нагрузку местного района. Переток мощности по линии РЛ замеряется датчиком 3 мощности. Сигнал с выхода датчика 3 мощности, пропорциональный значению перетока активной мощности, поступает на вход блока 5 запоминания ксходного значения мощности , представляющего из себя инерционное звено, выходное напряжение которого отслеживает входное с некоторым запаздыванием. Модуль напряжения /U,,/ на шинах электростанции замеряется в блоке 6. Измерение скольжения генераторов станции производится с помощью блока 9, на вход которого поступает переменный сигнал от датчика 4 скорости с частотой, пропорциональной скорости вращения генераторов. Он формируется по амплитуде в блоке 10 (усилитель работает в режиме насыщения) и поступает на вход активного фильтра 11, настроенного на частоту основной гармоники входного сигнала, и амплитуда выходного сигнала которого пропорциональна частоте основной гармоники входного сигнала. Затем сигнал поступает на двухполупериодный выпрямитель 1-2, после которого с помощью интегратора 13 из него выделяется постоянная составляющая, величина которой пропорциональна скорости вращения генераторов. Этот постоянный сигнал поступает на вход сумматора 14, где сравнивается с опорным сигналом UOP обратной полярности. Величина опорного сигнала пропорциональна скорости вращения генератора в исходном режиме. На выходе сумматора 14 появляется сигнал, пропорциональный скольжению S генераторов относительно определенного несходного режима. Для того, чтобы исключить появление сигнала на выходе блока 9 в у У1овиях режимного изменения частоты, сигнал с выхода сумматора поступает на вход дифференцирующего звена 15, выходной сигнал которого пропорционалей переменной составляющей скольжения и появляется только в переходных режимах в результате аварийного возмущения в энергосистеме. Выходные сигналы датчика 3 и блока 6, пропорциональные величине перетока мощности по линии Р, и модулю напряжения на шинах станции /и,/, поступают н,а входы соответственно дифференциаторов 7 и 8. Выходные сигналы дифференциаторов поступают на входы блока 16 фиксации достижения предела мощности, где на компараторах 17 и 18 сравниваются с заданными пороговыми величинами соответственно i и g. На третий вход блока 16 поступает сигнал с выхода блока 9, пропорциональ; ный переменной составляющей скольжения S, который сравнивается на третьем компараторе 19 с пороговой величиной j. Выходы всех трех компараторов соединены с входами схемы 20 совпадения. В случае одновреманного выполнения условий: р dlUfl с с dF i dt z Ь j / где i О, г О, 6 О, на выходе схемы совпадения появляется сигнал, который управляет контактом коммутатора 22 блока 21 запоминания предельного значения перетока. Эти контакты, кратковременно замыкаясь, соединяют выход датчика 3 с входом интегратора 23, предназначенного для запоминания сигнала, пропорционального предельному значению перетока мощности IJirnaxСигнал с выхода блока 21 поступает на вход блока 24 преобразования уровня, учитывающего коэффициент запаса статической устойчивости Kj. На выходе блока 24 появляется сигнал, пропорциональный допустимому значению перетока мощности по линии в послеаварийном режиме (1 Kj)РЛПИХ. Он поступает на вход блока 25 определения управляющего воздействия, на сумматор 26, где сравнивается с сигналом, пропорциональным значению перетока мощности в исходном режиме Pflf,, поступающим с выхода блока 5. С выхода сумматора 26 сигнал поступает на вход компаратора 27. Если этот сигнал, пропорциональный разности входных сигналов (1-К)1ятах-Rio . отрицательный, т.е. , срабатывает компаратор 27, который управляет коммутатором 28. Контакты коммутатора замыкаются, и на выход блока 25 поступает сигнал управляюЩ го воздействия Оупр, пропорциональный разности (1-Ц.})-Ря„л -Rto Сигнал Uynp поступает на входы системы 36 регулирования турбин и на вход блока 29 формирования сигналов управления комплексной нагрузкой. В блоке 29 сигнал Uyn|, поступает на вход интегратора 30 и через размыкающие контакты коммутатора 31 на вход сумматора 33. На вход компаратора 32 поступают сигнал Uon, пропорциональный времени запаздывания систем регулирования турбин яи, и сигнал с выхода интегратора 30. При поступлении на вход блока 14 сигнала Uyep начинается формирование сигналов управления комплексной нагрузкой Лад (t) (), появляющихся соответственно на выходе интегратора 30 и на выходе сумматора 33. В момент равенства сигналов на выходе интегратора 30 и Uon срабатывает компаратор, управляющий коммутатором 31, контакты которого размыкаются, снимая при этом с выхода блока 29 сигналы (t) ио1эн(1)Блоки 34 и 35 соединены через трансформатор с щинамн электростанции. Сигналы otsT (t) и (t) поступают на управляющие входы устройств 34 и 35, пропорционально величинам этих сигналов изменяются углы зажигания тиристоров, обеспечивая изменение токов I3(t) и I(i) по тем же законам. После снятия сигналов ot (t) и Хэн (t) устройства ЭТ 35 и ЭН 36 отключаются от сети. Общий ток комплексной нагрузки IH (фиг. 2г) в течение времени iz-t tiuj остается постоянным и пропорционален значению мощности, на которое требуется разгрузить электропередачу по условиям статической устойчивости в послеаварийном режиме. К моменту снятия сигналов Иуг (t) и (t) мощность разгружаемых турбин уменьщится до требуемого уровня. Таким образом, предлагаемое устройство позволяет увеличить пропускнуюспособность линии вплоть до предельного значения по условию сохранения статической устойчивости и, если такой предел будет достигнут в переходном процессе, сформировать управляющее воздействие по полученному значению предела передаваемой мощности, учитывающего изменивщуюся схемно-режимную ситуацию в энергосистеме и позволяющего поэтому получить минимально допустимое ограничение мощности энергосистемы. Совместное применение при разгрузке энергосистемы таких средств, как разгрузка турбин, электрическое торможение и электроэнергетический накопитель, позволяет создать практически безынерционную систему противоаварийного управления, имеющую широкий диапазон регулирования мощности в послеаварийных режимах.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРЕННОЙ РАЗГРУЗКИ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ПРИ АВАРИЙНОМ СНИЖЕНИИ ПРЕДЕЛА ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ, содержащее трансформаторы тока и напряжения, подключенные к входам датчика активной мощности, сумматор и дифференциатор, отличающееся тем, что, с целью поЬышения точности определения необходимой глубины разгрузки электропередачи и увеличения скорости разгрузки, оно дополнительно снабжено блоком запоминания перетока исходного режима, подключенным к выходу датчика мощности, датчиком модуля напряжения, подключенным к трансформатору напряжения, двумя дифференциаторами, вход первого из которых подключен к выходу датчика. модуля напряжения, а вход второгр - к выходу датчика мощности, датчиком скорости, последовательно соединенными формирователем амплитуды, вход которого подключен к датчику скорости активным фильтром, выпрямителем н первым интегратором, выход которого подключен к входу первого сумматора, на задающий вход которого подано опорное напряжение, а его выход подключен к входу треBCfr«;4 а а АГйИ 3 Tf-Xitf 48ЛА .ia:iSM T t тьего дифференциатора, тремя компараторами, к входу первого из которых подключен выход второго дифференциатора, к входу второго - выход первого дифференциатора, а к входу третьего - выход третьего дифференциатора, схемой совпадения, входы которой соединены с выходами первого, второго и третьего компараторов, последовательно соединенными первым коммутатором, вторым интегратором и блоком преобразования уровня сигнала, прячем вход первого коммутатора соединен с выходим датчика мощности,, а его управляющий вход - с выходом схемы совпадения, вторым сумматором, четвертым компаратором и вторым коммутатором, причем первый вход второго сумматора подключен к выходу блока заI поминания перетока исходного режима, второй вход - к выходу блока преобразования (Л уровня сигнала, а выходы - к входам второго коммутатора и четвертого компаратора, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора, третьим интегратором, пятым компаратором к задающему входу которого подведено опорное напряжение, третьим сумматором и третьим коммутатором, управляющий вход которого оо со ю подключен к выходу пятого компаратора, первый выход - к первому входу третьего сумматора, а первый вход - к выходу тре00 тьего интегратора, соединенного с входом пятого компаратора, причем выход второго О5 коммутатора предназначен для подключения к входу системы регулирования турбины и подключен к входу третьего интегратора и к второму входу третьего коммутатора, второй выход которого предназначен для подключения к управляющему входу устройства электрического торможения и подключен к второму входу третьего сумматора, выход которого предназначен для подключения к управляющему входу электроэнергетического накопителя.

3T(tj

Фиг,1 Knp e/iffou энергосисте/ е .J

(pUi.Z