Устройство для сохранения динамической устойчивости параллельной работы электростанций Советский патент 1986 года по МПК H02J3/24 

12

фиксирующих аварийное снижение Н в передающем узле электрической сети. Это снижение Н в блоках преобразования ступеней преобразуется в ступени снижения Н в других узлах. В зависимости от ступени снижения Н значения нагрузок узлов сети, поступающие из блока памяти 10.3 в блоки с 9.1 по 9.4, преобразуются в сигналы сброса мощности. По сигналам сброса мощности сумматора 11.3 формируется сигнал тяжести КЗ при наличии разрешающего сигнала от внешнего фиксатора КЗ. Реагирующий ор1

Изобретение относится к электротехнике, в частнос:ти к противоава- рийной автоматике энергосистем,-и предназначено для сохранения устойчивости параллельной работы электростанций после возмущения, вызванного КЗ.

Цель изобретения - повышение эффективности и надежности противоава- рийного управления.

На фиг.1 представлена схема сети с пятью генерирующими узлами-, на фиг.2 - блок-схема предлагаемого устройства.

Поскольку динамическая устойчивость параллельной работы электростанций определяется движением роторов генераторов, ближайших к исследуемой электропередаче, и для сохранения ее требуются локальные управляющие воздействия на генераторы передающего конца, в основном импульсного, временного характера (разгрузка, форсировка), сложную схему можно представить как совокупность параллельно работающих электростанций и рассматривать динамическую устойчивость каждой пары энергоузлов.

Рассмотрим динамическую устойчивость связи узлов А и В, А и С, А и Д, В и Е. (фиг.1). Наиболее вероятно нарущение устойчивости по электропередаче АВ, причем величина возмущения при КЗ может быть получена исходя из анализа составляющих уравнения движения (1).

21

ган 12 тяжести КЗ имеет п ступеней срабатывания, зависящих от состояния сети и ее загрузки, а характеристика каждой ступени зависит от загрузки питающей линии в исходном режиме. Все ступени срабатывания поступают в блок 13 формирования управляющих воздействий. Эффективность устройства повышается благодаря тому, что величину динамического возмущения при КЗ фиксируют по сбросам мощности передающего узла, а управляющее воздействие формируют по сигналу тяжести КЗ, 1 з.п. ф-лы. 2 ил.

Для эквивалентной схемы генератор - шины бесконечной мощности

X. йЪ- р р .

dt

Выразив Tjg , , РГЭ через параметры двухмашинной схемы, получим

т, р - р - 51 (р -р )LH , С(

-(4- P.7m

Ъг

где Р-. , - механическая (турбинная) мощность передающего и приемного конца электропередачи;

PrrPq,P,2ry,,J

L-г.енерируемые активные

-) мощности .

Pn-P«-Pnm5J S

Ci

С2

Р- ,Pf. собственные мощности, активные мощности нагрузок передающего и приемного конца электропередачи в случае пренебрежения составляющей собственной мощности, текущей по линии связи Р ,0 sin 5,2 - взаимная мощность, ак(2

тивная мощность, передаваемая по электропередаче;

5,, - взаимный угол .

)

п г

постоянные инерции передающего и приемного конца электропередачи.

При КЗ Р,., , PTJ остаются неизменными, ,, , Р,. (Р„ , Р,, Р,,) уменьшаются скачком, динамическое возмущение, тяжесть КЗ, определяется по формуле

4., -ЛР. Tj,

или

Ч.,. . - uPc,-APi, (Н -). °

h

Применительно к фиг.1 йР„ лР,,+лР,/+йР,д. аР,, дР,,+аР,,

4Р„ йРдб .

Формулы (1), (2) более точные, если представлять все электрические моности прямой последовательностью, по скольку именно она создает тормозной элeктf)oмaгнитный момент на валу генератора.

Таким образом, выполняя в узле А (фиг.1) фиксацию сброса мощности пря мой последовательности или непосредственно на генераторах, или по ВЛ АВ, ВЛ АС, ВЛ АД и, в случае трудности прямого замера сброса мощности нагрузки (распределенная нагрузка), оценивая ее по замеру снижения напряжения прямой последовательности на шинах, а в узле В производя аналогичные замеры на генераторах или по БЛ ВА, ВЛ BE и в нагрузке лРц , получая при помощи телепередачи их сумму в узле А в соответствии с уравнением (2), будем иметь информацию о тяжести КЗ для устойчивости параллельной работы узлов А и В. Пе- редача аварийной информации из узла -В в узел А требует наличия канала связи и соответствующей аппаратуры, что может снизить надежность и точг ность устройства, так как при ступен чатой телепередаче сигналов ДР имеется значительный разброс (ступень срабатывания).

Поэтому предлагается в устройст- ве выполнять все замеры на передающей элет-тростанции. Оценку сброса активной мощности с генераторов приемного конца производят по сбросу активной мощности APjg на ВЛ АВ и снижению напряжения прямой последовательности на шинах л Ид, замеренным в узле А.

Поскольку

. °

,15

-20-25 30 35 0 з ifr8 - PAB+ PHD- РПОТ Рнб- Рв /3 эта оценка будет зависеть от величины Рц , Риц PgE определяться местом и видом КЗ, а также потерями мощности на ВЛ. При известных значениях нагрузок их сброс при расчетном виде металлического КЗ определяется по величине снижения напряжения ди, поскольку изменение напряжения приемного конца uUg и напряжения отбора AUj может быть определено по iUL (расчет токов КЗ).

ВТ случае металлических КЗ нерасчетного вида при определении AUg (iUp) Cf(fiU) будет погрешность известной величины.

Для выявления места КЗ на линии электропередачи АВ или на (за) шинах передающей электростанции желательно фиксировать направление мощности обратной лоследовательности.. Учет потерь в электропередаче при КЗ может быть произведен введением коррекции в формулу (3) на основе данных по R и определенных расчетом значений тока КЗ. Таким образом, в устройстве (фиг.1) реализуется следующая расчетная формула тяжести КЗ.по замерам передающего конца:

,. - РАГ- РИА - --(АРнб

Т.

Т -

+ йР..)- ЧдР,, -дР, - Р„„. ). (4)

BE

Т.

J

ЛВ

МО

Пот

Сигнал управляющего воздействия на разгрузку в рассматриваемом устройстве вырабатывается в зависимости от тяжести КЗ, его длительности и послеаварийного состава оборудования. За основу при определении величины сигнала управления прини- мается способ оценки устойчивости по равенству площадок ускорения и торможения угловой характеристики электропередачи между эквивалентным генератором и шинами бесконечной мощности или расчетом устойчивости на ЭВМ. Многомашинность учитывается тем, что Рдс (PAJJ) (sinSfl ), и в послеаварийном режиме изменение эти мощностей из-за увеличения 8д может способствовать взаимному торможению или ускорению генераторов.

Устройство (фиг.2) содержит фиксаторы сброса активной мощности по всем линиям, отходящим от узла А,

состоящие из фильтров 1.1-1.3 тока прямой последовательности, фильтра 2 напряжения прямой последовательности, преобразователей 3.1-3.3 активной мощности и блоков 4.1-4.3 диф- ференцирования, фиксатор доаварийной активной мощности по рассматриваемой линии электропередачи, выполненный как инерционное звенр 5, включенное на преобразователь 3.1 активной мощности, и фиксатор снижения напряжения прямой последовательности, выполненный как преобразователь 6 напряжения , включенный на выход фильт

ра 2 напряжения прямой Последователь- 15 формирования управляющего воздейст-.

ности, блок 4.4 дифференцирования и реагирующий орган 7.

Выход реагирующего органа 7 соединен непосредственно или через блоки 8.1 и 8.2 преобразования ступеней снижения напряжения с входами блоков 9.1-9.4 преобразования активной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зависимости

от ступени снижения напряжения. Коли-25 логических элементов И 15 и 16. Вычество блоков 8.1-8.2.и 9.1-9.4 определяется числом узлов с местными нагрузками, удаленных от генерирующего узла (8,1-8.2), -И количеством

ходы логических элементов И 13.113.4.соединены с входами коммутатора

13.5.Выход блока 13 формирования управляющих воздействий в виде п сту35

нагрузок с различными характеристика-зо пеней импульсной разгрузки (и прочих ми (9.1-9.4). Вторые входы блоков В.1,8.2 и 9.1-9.4 связаны с выходами блока 10 сбора и обработки информации о состоянии и реяшме работы сети. Блоки 8.1, 8.2 преобразования ступеней снижения напряжения связаны с выходом блока 10.1 - фиксатора схемы сети. Блоки 9.1-9.4 преобразования активной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зави- Q симости от ступени снижения напряжения связаны с выходом блока 10.3 памяти значений нагрузок сети.

Выходы блоков 4.1-4.3 дифференцирования в трактах сброса активной 45 мощности по линиям электропередач и вьпсоды блоков 9.1-9.4 преобразования активной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зависимости от ступени снижения напряже- 50 ния подключены к входам блока 11 формирования сигнала тяжести КЗ 4.1-4.3 и 9.1 - на его сумматор 11.3, а 4.1 и 9.2-9.4 - на сумматоры - умножители 11.1, 11.2. Дополнительные входы сумматоров-умножителей , 11.2 . соединены с выходом преобразователя 10.4 чис;1а включенных генераторов

55

УВ) связан с общестанционным устройством управления мощностью генераторов узла А. Элемент 14 времени связан с зажимом для подключения внешнего сигнала КЗ. К этому же зажиму подключен дополнительный вход сумматора 11.3. Логический элемент И 15 по входу связан с внешним устройством фиксации аварийного отключения участка линии АВ и с выходом элемента 14 времени. Логический элемент И 16 связан по входу с внешним устройством фиксации аварийного отклю- чения участка линии АВ и с выходом блока 10.5 блокировки представляющего собой реле активной мощности, включенное на выход инерционного звена 5 и имеющее уставку срабатывания, определенную расчетом. В случае различных ограничений по предельной мощности при отключении разных участков ВЛ выполняется несколько логических элементов И 15 и 16 и блокирую- щих сигналов. Соответственно увеличивается, и количество логических элементов И 13.1, 13.2 и 13.4.

В качестве блока 8.1 (8.2) преобразования ступеней снижения напряжения используется, контактная схема ло

в параметр, характеризующий постоянную инерции станции. Выходы сумматоров умножителей 11.1 и 11.2 включены на входы сумматора 11.3, выход которого связан с первьм входом реагирующего органа 12 тяжести КЗ, другой вход его подключен к выходу инерционного звена 5. Реагирующий орган 12 тяжести КЗ имеет дополнительный вход, подключенный к выходу блока 10.2 коррекции уставки в соответствии с состоянием и режимом работы сети. Выход реагирующего органа 12 тяжести КЗ, подключается к входу блока

ВИЯ (УВ), состоящего из логических элементов И 13.1-13.4 и коммутатора 13.5. Логические элементы И 13.1- 13.4, связаны по первому входу с вы- ходом реагирующего органа 12 тяжести КЗ, а по второму входу - соответственно с внешним фиксатором аварийного отключения участка линии АВ, выходом элемента 14 времени и выходом

ходы логических элементов И 13.113.4.соединены с входами коммутатора

13.5.Выход блока 13 формирования управляющих воздействий в виде п сту

пеней импульсной разгрузки (и прочих

УВ) связан с общестанционным устройством управления мощностью генераторов узла А. Элемент 14 времени связан с зажимом для подключения внешнего сигнала КЗ. К этому же зажиму подключен дополнительный вход сумматора 11.3. Логический элемент И 15 по входу связан с внешним устройством фиксации аварийного отключения участка линии АВ и с выходом элемента 14 времени. Логический элемент И 16 связан по входу с внешним устройством фиксации аварийного отклю- чения участка линии АВ и с выходом блока 10.5 блокировки представляющего собой реле активной мощности, включенное на выход инерционного звена 5 и имеющее уставку срабатывания, определенную расчетом. В случае различных ограничений по предельной мощности при отключении разных участков ВЛ выполняется несколько логических элементов И 15 и 16 и блокирую- щих сигналов. Соответственно увеличивается, и количество логических элементов И 13.1, 13.2 и 13.4.

В качестве блока 8.1 (8.2) преобразования ступеней снижения напряжения используется, контактная схема ло112

гики и, в которой количество возможных ступеней выхода определяется количеством расчетньк схем сети, дающих различные характеристики

uu; (iu;) i Cuu;).

в общем случае трем ступеням входного сигнала по uU от реагирующего органа 7 может соответствовать не более четырех дискретйых сигналов iU узлов О и В.

В качестве блоков 9.1-9.4 преобразования активной мощности нагрузки в сигнал сброса мощности в зависимости от ступени снижения напряжения применяются операционные усили

тели-с коэффициентом усиления, пропорциональным ступени uU , поскольку для нагрузки, представленной щун ° Ш и

ДР ь К

НОМ НОМ

н у

для нагрузки - перетока по ВЛ

.р - р1 у -p к

Чо: -

где К для каждой фиксируемой ступени снижения напряжения AU заранее рас- читан.

Значения Р и Р в аналоговом виде поступают в блоки 9.1-9.4 из блока 10.3 памяти значений нагрузок бло ка 10 сбора и обработки информации о состоянии и режиме работы сети. Блок 10 представляет собой выходные цепи приемных устройств телемеханики В нем собирается информация о схеме сети с фиксацией элементов, выведенных в ремонт, о количестве включенных генераторов на станциях А и В, о загрузке отходящих ВЛ - АС, АД, BE, о величине нагрузки, включенной на пшнах в узлах А,О,В.

Информация о схеме сети с выхода фиксатора 10.1 схемы сети используется далее в блоках 8.1 и 8.2 преобразования ступеней снижения напряже- ния, например, если отключение одного участка (ВЛ АО) существенно меняет количественные соотношения iU (411) L(H)uUj, то ремонт этого участка оценивается как переход к другой схе-50 ме и т.д., место КЗ тоже,влияет на зависимость ди (iUg) 9 (AU),поэтому в структурной схеме (фиг.2) есть вход фиксатора схемы сети от контакта реле направления мощности обратной (ну-55 левой) последовательности, установленного вне устройства и отличающего КЗ на ВЛ от КЗ на шинах и левее узла

5

10

15

20

25

зо

35

40

0 5 218

А. В соответствии со схемой сети и местом КЗ вырабатываются контактные сигналы 1,2,3 и т.д., которые дают различные значения ступеней AUg(flUj) в узлах В (О) при тех же зафиксированных ступенях снижения напряжения i Од.

Информация о состоянии линии i электропередачи АВ (по участкам), АС, АД вместе с величинами загрузок ВЛ АС, ВЛ АД участвует в вьфаботке сигнала коррекции уставок реагирующего органа 12 тяжести КЗ в блоке 10 ,,2, поскольку при этом меняются коэффи- циент зависимости и крайние точки характеристики срабатывания. По оси Рдр изменение уставки в зависимости от количества включенных участков на ЕЛ АВ осуществляется контактно и связано с изменением предела статистической устойчивости ВЛ АВ, по оси л коррекция уставки реагирующего органа 12 осуществляется через операционный усилитель, сигнал на выходе которого равен нулю при отключении или максимальн,ой загрузке всех прочих ВЛ. В прочих режимах появляется сигнал, увеличивающий устарку по 4,., так как слабо загруженные прочие связи позволяют лучше сохранить устойчивость (влия- ние многомашинности).

Информация о количестве включенных генераторов в узлах А,В с коэффициентом пропорциональности, равным приведенной к базовому значению мощности постоянной инерции одного агрегата, дает значение постоянной инерции узла.

JR jSft- Tj-5. и поступает из преобразователя 10.4 в цифровом или контактном виде к сумматорам-умножителям 11-. 1-11.2 блока формирования сигнала тяжести КЗ (Т:д,

1-

je/.

Устройство работает следующим образом.

При КЗ токи и напряжения на входе фильтров 1 и 2 симметричных составляющих, изменяются скачком и на выходе преобразователей 3.1-3.3 активной мощности преобразователя 6 напряжения сигнал снижается. Это приводит к появлению на выходе блоков 4.1-4.4 дифференцирования сигналов, амплитуда которых пропорциональна сбросу .

91-2

активных мощностей ДРд. , и Рд;, снижению напряжения и к срабатыванию в реагирующем органе 7 реле, фиксирующих аварийное снижение напряжения (1-3 ступени) в узле А Л uj . Большая из зафиксированных ступеней сигнала снижения напряжения 4 Уд, проходя через блоки 8.1 и 8.2 преобразования ступеней снижения напряжения,преобразуется, в ступень снижения напряже- ния в узлах О и В. Далее все сигналы iU поступают в блоки 9.1-9.4 преобразования активной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зависимости от ступени снижения напряжения где в соответствии со значениями нагрузок узлов А,О,В, поступающими в аналоговом виде из блока 10.3 памяти значений нагрузок вырабатываются дискретные сигналы сброса

мощности ЛРщ , ЬРцо , ИГналы с выходов блоков 9.1-9.4 и бло- ков 4.1-4.3 дифференцирования в тракте фиксации сброса активной мощности по ВЛ приходят на входы блока 11 формирования сигнала тяжести КЗ, где реализуется формула (4 ):

Л..,, Т«,(йР -йР„„-4Р, -uPgp) + iX

JB

Х(ЛР., -4Р„.. -йР,, -APg, ) + йРд. +ЬРйО +

ЙБ 4V МА

Первые два слагаемых получаются в сумматорах - умножителях 11.1,11.2, вся сумма - в сумматоре 11.3 при на- личии разрешающего сигнала от внешнего фиксатора КЗ. Сигнал тяжести КЗ с выхода сумматора 11.3 поступает в реагирующий орган 12 тяжести КЗ, где имеется п ступеней срабатывания, ус- тавка срабатывания которых задана от блока 10.2 коррекции уставки как функция состояния ВЛ АВ, ВЛ АС, ВЛ АД и загрузки ВЛ АС, ВЛ АД. Характеристики срабатывания ступеней реаги- рующего органа 12 тяжести КЗ выполняются зависимыми от загрузки ВЛ АВ в исходном режиме. Значение Р. подается с выхода инерционного звена 5 и при КЗ не меняется.

Зависимые характеристики реагирующего органа 12 тяжести КЗ позволяют осуществлять одинаковые управления по одной и той же ступени тяжести КЗ, независимо от загрузки электропередачи.

Все ступени срабатывания поступают в блок 13 формирования управляющих

21

10

. j 1015 20

25

30

35 40 4550

воздействий, непосредственно на его коммутатор 13.5 и через логические элементы И 13.1-i3.4 - на коммутатор 13.5. Выход на управление осуществляется установкой соответствующих штекеров коммутатора от тех ступеней тяжести КЗ, которые при данном развитии аварии требуют его для сохранения динамической устойчивости. При проходящих КЗ (прямое воздействие на коммутатор) - это самые грубые ступени реагирующего органа 12 тяжести КЗ, при фиксации факта затянутого КЗ (на выходе элемента 14 времену, факта аварийного отключения какого- либо участка линии АВ (на выходе логического элемента И 15), та же сту- пень тяжести КЗ, проходя через логические элементы И 13.2-13.3, требует большого сигнала УВ, т.е. штекерами задействуются шинки коммутатора 13.5 с более высокой ступенью УВ. При аварийном отключении участка электропередачи необходимы управляющие воздействия для сохранения устойчивости по условию простого перехода (получено централизовано и реализуется как ограничение мощности генераторов) и для компенсации ускорения, вызванного КЗ. Это УВ (импульсная разгрузка) реализуется через выход логических элементов И 13.1 непосредственно, 13.4 - в случае предварительного (в исходной схеме) срабатывания блока 10.5 блокировки и логического элемента И 16, и через выход логического элемента И 13.2 - в случае отключения участка ВЛ АВ с фиксацией затянутого КЗ на выходе логического элемента И 15.

Формула изобретения

14 Устройство для сохранения ди-. намической устойчивости параллельной работы электростанций, содержащее фиксатор доаварийной активной мощности и фиксаторы сброса активной мощности по линиям электропередачи, фиксатор снижения напряжения прямой последовательности, блок сбора и обработки информации о состоянии и режиме работы сети, элемент времени, логический элемент И, один вход которого включен на выход элемента времени, а другой - на внешний сигнал аварийного отключения, и блок формирования управляющих воздействий

причем выходы элемента времени и логического элемента И включены на входы блока формирования управляющих воздействий, отличающеес тем, что, с целью повышения эффектив ности и надежности, оно дополнительн содержит блоки преобразования ступеней снижения напряжения, блоки преобразования активной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зависимости от ступени снижения напряжения, блок формирования сигнал тяжести КЗ, состоящий из двух сумматров-умножителей и сумматора, реагирующий орган тяжести КЗ, логический элемент И, блок формирования управляющих воздействий, состоящий из логических элементов И и выходного коммутатора, блок сбора и обработки информации о состоянии и режиме ра- боты сети, выполненный в виде блока- фиксатора схемы сети, блока коррекции уставки в зависимости от состояния и режима работы сети, блока памяти значений нагрузок сети, преобра- зователя числа включенньк генераторов в параметр, характеризующий постоянную инерцию станции, и блока блокировки, при этом выходы фиксаторов сброса активной мощности по всем ли- ниям эл ктропередачи, отходящим от передающей станции, подключены к соответствующим входам сумматора блока формирования сигнала тяжести КЗ выход фиксатора снижения напряжения прямой последовательности подключен к входу того же сумматора через блок преобразования активной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зависимости от ступени сни- жения напряжения, одновременно выход фиксатора снижения напряжения прямой последовательности подключен к входам блоков преобразования ступеней снижения напряжения, количество ко- торых определено числом удаленных узлов с местными нагрузками на рассматриваемой линии электропередачи, другие входы этих блоков соединены с выходами блока-фиксатора схемы сети, а выходы соответственно через свой блок преобразования активной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зависимости от ступени снижения напряжения подклю- чены на соответствующие входы двух сумматоров-умножителей блока формирования тяжести КЗ, на другие входы

которьгх включен выход фиксатора сбрса активной мощности по рассматриваемой линии электропередачи, на управляющие входы подключены выходы преобразователя числа включенных генераторов в параметр, характеризующий постоянную инерции станции, а выходы соединены с входами сумматора этого же блока, разрешающий вход сумматора связан с зажимом для подключения внешнего сигнала КЗ, выход сумматора включен на первый вход реагирующего органа тяжести КЗ, на второй вход которого включен фиксат- тор доаварийной активной мощности рассматриваемой линии электропередачи, который одновременно подключен к входу блока блокировки, выход блока коррекции уставки в зависимости от состояния и режима работы сети соединен с входом, задающим уставку реагирующего органа тяжести КЗ, а выход последнего включен на вход коммутатора и логических элементов И блока формирования управляющих воздействий, дторой вход одного,из логических элементов И связан через элемент времени с зажимом для подключения внешнего сигнала КЗ, а вторые входы трех других связаны с зажимом для подключения внешнего сигнала аварийного отключения, одного - непосредственно, второго - через логический элемент И, соединенный с выходом элемента времени, третьего - через логический элемент И, второй вход которого соединен с выходом блока блокировки, при этом количество комплектов логических элементов И, связанных с внешним сигналом аварийного отключения, определяется числом вариантов развития аварии, а выходы всех логических элементов И блока формирования управляющих воз-- действий подключены к коммутатору и выходам коммутатора являются ступени импульсной разгрузки, причем вторые Входы блоков преобразования актиной мощности нагрузок в сигнал сброса активной мощности в зависимости от ступени снижения напряжения подключены к блоку памяти значения нагрузок сети.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности сигнала тяжести КЗ,на выходе фиксаторов сброса активной мощности включены фильтры тока и напряжения прямой последовательности.

ЛУ

А«7|

Е rv)

РВ

фиг.1

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повьше- ние эффек1ивности и надежности сохранения динамической устойчивости. При коротком замыкании (КЗ) токи и напряжения на входе фильтров симметричных составляющих 1.1,1.2, 1.3 и 2 изменяются скачком. Это приводит к появлению на выходе блоков дифференцирования с 4,1 по 4.4 сигналов, амплитуда которых пропордио- нальна сбросу активных мощностей, снижению напряжения (Н) и к срабатыванию в реагирующем органе 7 реле. & (Л ,.f №.2 fJie -F« j 7ffs 7M Iras фиг. г