Способ выявления асинхронного режима электропередачи Советский патент 1991 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано, например, в автоматике ликвидации асинхронного режима (АЛАР).

Цель изобретения - повышение селективности и устойчивости функционирования,

На фиг. 1 (а,б) представлены соответственно схема и векторная диаграмма электропередачи; на фиг.2 - изменение тока I электропередачи и фазового угла р в зависимости от угла д для различных значений коэффициентов К и а; на фиг.З - зависимости от К и а разности Ду фазовых углов, фиксируемых при различных значениях 5i(52) углов д между эквивалентными ЭДС; на фиг.4 и 5 - функциональная схема, реализующая предлагаемый способ, и временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Фазовый угол р между током и напряжением в контролируемой точке электропередачи может быть определен по следующим формулам: р arg U - arg I arg U - arg A U + (fh ; (1)

., ssin д

arg ид о - arctg

1 -a

О

о

CJ

о чэ

(2)

при а

+ COS д

«эцк ;

(3)

arg Д U д + arctg к l 6 при К 1 ; (4) argAU-JT-arctg-j g при К 1 .(5)

В формулах (2) и (3) «эцк соответствует электрическому центру качаний (ЭЦК) на электропередаче, в котором напряжение 0 снижается до нуля при 6 180°. Остальные обозначения в приведенных формулах понятны из обозначений на схеме электро- передачи, обычно используемой для упрощенного анализа асинхронного режима (а.р.) и на ее векторной диаграмме, которые приведены на фиг.16.

В качестве режимных параметров, имеющих экстремальные значения при д рав- ном 0 или 180°, могут быть использованы ток I электропередачи, напряжение контролируемой точке или сопротивление Z, равное .

Рассмотрим в качестве примера ток I, абсолютное значение которого для схемы электропередачи (фиг.1), определяется по следующей формуле:

1 Й УК2-2К-со8(5 + 1 -(6)

где 7.Э - модуль эквивалентного сопротивления электропередачи.

Зависимости I и (р от угла (построенные по формулам (1)-(6) для различных значений К и а,показаны на фиг.2. Там же показан уровень 0, на котором измеряются два значения р и pi (I 1,2,3,4) фазового угла, соответствующих в цикле а.р. значениям 5i и & (К 0,8) угла д, существенно отличным от 0 и 180°. Затем согласно способу вычисляют разность Д измеренных значений фазового угла:

Ду 0zi-0 n.(7)

При синхронных качаниях угол периодически увеличиваясь и уменьшаясь, не может превысить 180°, поэтому его значения 5i и дг теоретически равны между собой при неизменном К.

Поэтому значения р и pz фазового угла также одинаковы, а разность по формуле (7) равна нулю. В цикле а.р. (фиг.2) , поэтому величина Ар существенно отлична от нуля. Селективное по отношению к синхронным качаниям выявление а.р. обеспечивается при выполнении условия

ръл ,(8)

где |Ау)| - абсолютное значение Ду;

(pbn - заданный угол блокировки, при выборе которого должны учитываться погрешность измерения рп и рг изменение К в интервале фиксации и другие факторы,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

обуславливающие отличие Л от нуля при синхронных ка чаниях.

В любом случае должно выполняться условие

рЬп ,(9)

где наименьшее возможное значение 1Д# в цикле а,р.

С помощью формул (1) и (5) нетрудно убедиться, что Ар не зависит от эквивалентного угла рэ электропередачи, а зависит только от 5i (дг 360° - 3i), а и К. На фиг.З представлены кривые, показывающие зависимость Ду от а и К при 5i 90° и (5ч 120°. По этим кривым можно определить знаки диапазон изменения каждого значения а при изменении К в диапазоне 0,8-1,25, а угла (5i - в диапазоне 90-120°, включающем, в частности, значение д (фиг.2). Например, 120°, |Др|Мэкс 180° при а 0,4 и a 0,6, причем при указанных значениях а разность А отлична по знаку. С удалением контролируемой точки от ЭЦК уменьшается. Так, при a 0,2 и a 0,4 имеют место 75°, а 135°. Однако с учетом того, что устройства АЛАР, где может использоваться предлагаемый способ, размещаются вблизи ЭЦК по каждому сечению, их селективность по условиям (8) и (9) легко обеспечивается.

Кроме того, предлагаемый способ дает возможность обеспечить селективность также при внешнем а.р., позволяя однозначно определить положение ЭЦК относительно контролируемой точки электропередачи (слева или справа). Для этого необходимо вычислить сумму рг углов ф и р2 . Эта сумма при а.р. равна 2 рэ ( ) или -360° + 2 рэ ( а «эцк) в чем можно легко убедиться, пользуясь формулами (1)-(5). Следовательно, при возможном изменении рэ от 30 до 110° области значений pz, соответствующие расположению ЭЦК по одну и другую стороны от контролируемой точки, не совмещаются и положение ЭЦК может быть определено фиксацией нахождения при а.р. в заданных пределах.

Предлагаемый способ позволяет определить дефицитную и избыточную части системы по знаку взаимного скольжения Si2 эквивалентных ЭДС EI и Ё2 по концам электропередачи, который однозначно зависит от знака разности Дуэ при известном размещении ЭЦК относительно контролируемой точки. Так, при a «эцк (см. кривые 1 и 2 на фиг.2) Др 0, если Si2 0 (д увеличивается от 0 до 360°), и ух 0 если Si2 0 (б уменьшается от 360 до 0°), а при

(см. кривые 3 и 4 на фиг.2) наоборот Ау 0, если Si2 0, и Л у 0, если

.

Фиксация углов рм и (рп при заданных абсолютных значениях других режимных параметров Ц или Z позволяет еще больше повысить селективность предлагаемого способа по отношению к внешнему а.р. Дело в том, что размах колебаний U (Z) сильно зависит от местоположения контролируемой точки относительно ЭЦК, удаление которого при внешних а,р. приводит к быстрому уменьшению или отсутствию снижения абсолютных значений 0(7) до заданных значений.

Таким образом, предлагаемый способ выявления а.р. обладает повышенными селективностью и устойчивостью функционирования, поскольку не подвержен влиянию изменения эквивалентного угла (рэ а также исключает ложную фиксацию синхронных качаний, так как сужение зоны между измеренными значениями р- и pi не приводит к выполнению условия (8). Кроме того, способ позволяет выявить а.р. при заданном сочетании знака скольжения Si2 между векторами ЭДС Ё1 и Ё2 и положения ЭЦК относительно контролируемой точки, что повышает селективность и расширяет возможности устройства, при которых этот способ может быть использован, по формированию управляющего воздействия.

Функциональная схема реализации предлагаемого способа (фиг.4) содержит преобразователи напряжения 1 и тока 2, фазовый детектор 3, орган 4 контроля режимного параметра, логический элемент 5 типа 2ИЛИ-НЕ, устройства 6 и 7 выборки- хранения, формирователи импульсов по фронту 8 и спаду 9 входного сигнала,суб- страктор (вычитатель) 10, орган 11 сравнения, состоящий из формирователя 12 модуля, формирователя 13 импульсов по спаду, компаратора 14 и логического элемента 15 типа 2И, сумматор 16, схему 17, сравнения, нуль-индикатор 18 и логические блоки 19 и 20.

Преобразователи 1 и 2 осуществляют линейное преобразование входных сигналов в напряжения, изменяющиеся в рабочем диапазоне последующих элементов схемы, например операционных усилителей (ОУ). Кроме того, преобразователи осуществляют электрическую развязку цепей схемы и вторичных цепей измерительных трансформаторов. Преобразователь 1 может быть выполнен, например, с помощью промежуточного трансформатора, а преобразователь 2-е помощью параллельно соединенных активного шунта, включаемого в- токовые цепи, и промежуточного трансформатора.

Фазовый детектор 3 формирует на 5 выходе напряжение, пропорциональное фазовому углу р между контролируемыми напряжением Ц и током I электропередачи. Поскольку диапазон изменения угла р может выходить за пределы ±2тг(фиг.2),

0 необходимо использовать фазовый детектор с расширенным диапазоном. Его установочный вход R (если потребуется) позволяет в каждом цикле после выполнения- измерений возвращать выходное на5 пряжение в пределы, соответствующие ± 2 Л,с помощью логического элемента 5.

Орган контроля режимного параметра может представлять собой реле тока, напряжения или сопротивления с коэффициентом

0 возврата, равным 1, для того, чтобы срабатывание и возврат реле происходили в цикле а.р. или качаний при заданном значении режимного параметра.

Устройство 6 и 7 выборки-хранения по5 зволяют записывать на выходе входное напряжение при наличии управляющего сигнала и хранить его в период отсутствия этого сигнала. В схеме устройства 6 и 7 осуществляют операцию измерения напря0 жений, пропорциональных углам и .

Формирователи 8 и 9 импульсов формируют на выходе короткие ( 1 мс) положительные импульсы соответственно по фронту и спаду входного сигнала, т.е. при

5 срабатывании и возврате органа 4, когда режимный параметр равен заданному значению. Выходы формирователей связаны с управляющими входами устройств 6 и 7. Орган 11 сравнения осуществляют сравнение

0 с заданным значением абсолютного значения выходного напряжения вычитания 10, пропорционального разности Дуэ измеряемых углов р2 и рт, (см. формулу (7)}, с помощью последовательно включенных

5 формирователя 12 модуля и компаратора 14, а также благодаря формирователю 13 импульсов и элементу 15 типа 2И пропускает результат сравнения на выход только после измерения в каждом цикле напряжений,

0 пропорциональных упомянутым углам.

Орган 17 сравнения, который легко реализуется с помощью компараторов на ОУ, позволяет установить нахождение в заданных пределах выходного напряжения сум5 матора 16, пропорционального сумме уз фазовых углов рц и (рг.

Посредством нуль-индикатора 18 фиксируется знак выходного напряжения вычитателя 10, пропорционального Д.

Нуль-индикатор представляет собой компаратор с нулевым опорным напряжением.

Логический блок 19 позволяет установить знак взаимного скольжения Si2 ЭДС Ё1 и Ё2 по концам электропередачи в зависимости от сочетания знака Ар и значения р .

z Логический блок 20 формирует команду соответствующим различным сочетаниям при а.р. знака взаимного скольжения и положения ЭЦК относительно контролируемой точки.

Блоки 19 и 20 могут быть реализованы на интегральных логических микросхемах.

На временных диаграммах (фиг.5), поясняющих работу функциональной схемы, приняты следующие обозначения: Uij - напряжения на j-м выходе i-ro блока, U0 - напряжение срабатывания органа 4.

Схема работает следующим образом.

Напряжение 0 в контролируемой точке электропередачи и ее ток I поступает на входы преобразователей напряжения 1 и тока 2 через измерительные трансформаторы, уменьшаясь соответственно в nv и пд раз (nv и ПА - коэффициенты трансформации измерительных трансформаторов напряжения и тока). Выходные напряжения Ui и Da преобразователей 1 и 2, осуществляющих линейное преобразование входных сигналов, пропорциональны Ци I соответственно:

Vi-Ku-U ;(10)

U2 Ki I.(11)

где Ku и Ki - коэффициенты передачи преобразователей.

Напряжения Ui и U2 подаются на входы фазового детектора 3, выходное напряжение Us которого пропорционально фазовому углу между Ui и U2, а следовательно, и углу р между 0 и I:

Оз Кур,(12)

где Ку-коэффициент пропорциональности,

Кроме того, оба напряжения Ui и IJ2 подаются на входы органа 4 контроля режимного параметра, если им является сопротивление. При контроле напряжения или тока к органу 4 подводится либо напряжение Ui, либо U2. Последнее показано на диаграмме (фиг.5), поскольку для примера в качестве контролируемого параметра вы- .бран ток I электропередачи,

В исходном состоянии, пока U2 Uo (l lo), выходное напряжение U4 органа 4 равно нулю, как и выходные напряжения Us, Ug и Uis формирователей 8, 9 и 13 импульсов. При этом напряжение Ue и U на выходах устройств 6 и 7 выборки-хранения могут в общем случае иметь произвольные значения предшествующей записи. Напряжения Uio, Ui6 и Ut2 на выходах вычитателя 10, сумматора 16 и формирователя 12 модуля также могут иметь неопределенные значения, поскольку они связаны со значениями Ue и Uy:

Uio Ue-U7;(13)

Ui6 U6-U7;(14)

Ur2 lUrol- lUe-Uyl .(15)

На выходах блоков 14, 17-19 имеется одно из двух возможных значений напряжений Ui4, Ui, Ui8 и Uig; нулевое или положительное, которые соответствуют уровням лог. О и 1. Однако схема не сработает,

так как U13 0 и, следовательно,

U15 U20.1 U20.2 U20.3 U20.4 0.

Напряжения Ue и U на фиг.5 имеют для определенности нулевое значение в исходном режиме.

При увеличении тока I в а.р. срабатывает орган 4 в момент, когда U2 U0. При этом напряжение Щ становится положительным, а на выходе формирователя 8 появляется короткий положительный импульс, в течение которого напряжение Us записывается на выходе устройства 7 и напряжение U с учетом (12) становится пропорциональным первому измеряемому значению рц фазового угла р:

U2 Ky-pii.(16)

После того, как в цикле а.р. напряжение U2 достигнет максимального значения, оно начнет уменьшаться и при U2 Uo орган 4 возвратится в исходное состояние (). В

момент его возврата (спад ) на выходе формирователя 9 появится положительный импульс Ug, а на выходе устройства 6 запишется другое значение Оз. пропор- ционаЬьное второму измеряемому значению pzi фазового угла р. Напряжение Ue при этом станет равным

Ue IVpzi .(17)

Теперь напряжения на выходах блоков 10, 16 и 12 с учетом формулы (7) и (13) - (17)

равны следующим значениям:

Uio ) Ар ; (18) Ui6 Mpzi+pii)Ky Уг ; (19)

Ul2 MAp| Ky|p2i (20)

При выполнении условия (8) срабатыва- ет компаратор 14 (U14 0). При нахождении пределах, соответствующих нахождению ЭЦК справа от контролируемой точки (Жаэцк), напряжение Ui на выходе органа 17 сравнения станет положи- тельным, как и напряжение Uie на выходе нуль-индикатора 18 (Ар 0). Работа блока 19 описывается следующей логической функцией:

U19 U17-U18 + U17 U18 .(21)

При положительном взаимном скольжении векторов Ё1 и Ё2 (Si2 0) согласно условиям, приведенным ранее, напряжение Uig равно уровню лог. 1 (Uw 0), так как в этом случае напряжения Ui и Die либо оба равны нулю, либо оба положительны (соответствуют уровням О или 1). Другие сочетания значений Ui и Uie определяют нулевое значение Dig, свидетельствующее о том, что Sia 0 .

В момент исчезновения импульса Ug по его спаду на выходе формирователя 13 формируется положительный импульс 1Мз, а так как Ui4 0, такой же положительный импульс Uis появляется на выходе логического элемента 15 типа 2И. Выход элемента 15 служит выходом органа 11 и первым выходом устройства в целом (), и срабатывание элемента (Uis 0) свидетельствует о возникновении а.р.

Выходные напряжения блока 20 могут стать положительными (уровень 1) только при положительном напряжении Uis согласно следующим логическим функциям: .

U2o.i Ui5-Ui7-Ui9;(22)

U20.2 Ui5-yi7-yi9;(23)

U20.3 Ui5-Ui7-Ui9;(24)

U20.4 U15 U17- U19.(25)

На временных диаграммах (фиг.5) положительный импульс появляется на втором выходе логического блока 20, так как выявлен а.р. (Uis 0) при () и Si2 0 (Uig 0).

При синхронных качаниях не выполняется условие (8) и, следовательно, не срабатывает компаратор 14 () и элемент 15 (U ), а по условиям (22)-(25) все выходные напряжения блока 20 также останутся равными нулю. В этом режиме схема не срабатывает ни по одному из ее выходов.

Формула изобретения

1. Способ выявления асинхронного режима электропередачи, включающий контроль фазового угла между напряжением и током в точке электропередачи и режимного параметра в этой точке по абсолютной величине, имеющей экстремальные, значения 5 при углах между векторами EI и Ё2 электродвижущих сил по концам электропередачи, равных в асинхронном режиме 0 или 180°, отличающийся тем, что, с целью повышения селективности и устойчивости

0 функционирования, указанный контроль фазового угла осуществляют путем непосред- ственного измерения двух значений #1 и pi фазового угла в моменты равенства режимного параметра в каждом цикле

5 его колебаний заданному значению, соответствующему углам между векторами EI и Ё2, отличным от 0 или 180°, вычисляют разность Лу измеренных значений (pi и р и по превышению абсолютным значением

0 этой разности установленного значения фиксируют факт возникновения асинхронного режима.

2. Способ по п.1,отличающийся тем, что дополнительно вычисляют сумму

5 измеренных значений (р и pi фазового угла, определяют в каком из диапазонов или -360° + , где рэ - угол эквивалентного сопротивления электропередачи,находится сумма , если она находится в диапазоне

0 , фиксируют размещение электрического центра качаний между местом приложения Ё2 и контролируемой точкой, а если сумма находится в диапазоне -360° + , фиксируют размещение упомянутого центра

5 между местом приложения Ё1 и контролируемой точкой, определяют знак разности и фиксируют его как знак взаимного скольжения Si2 при размещении электрического центра качаний между местом

0 приложения Ё2 и контролируемой точкой или фиксируют знак Si2 как противоположный знаку Д# при другом размещении электрического центра качаний.

Ч

1 4iY

3

J.

Ј

««

1,

0

о со о со

О

Фиг.4

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийной автоматике, и может быть использовано в автоматике ликвидации асинхронного режима. Цель изобретения - повышение селективности и устойчивости функционирования. Она достигается за счет того, что, контролируя фазовый угол между напряжением и током и режимный параметр в точке электропередачи, измеряют два значения фазового угла в моменты равенства режимного параметра в каждом цикле его колебаний заданному значению, соответствующему углам между электродвижущими силами по концам электропередачи, отличным от 0° и 180°, вычисляют разность измеренных значений фазового угла и по превышению абсолютным значением этой разности установленного значения фиксируют факт возникновения асинхронного режима. Кроме того, вычисляют сумму измеренных значений фазового угла, определяют, в каком из заданных пределов эта сумма находится, в зависимости от чего устанавливают положение центра качаний, фиксируют знак разности измеренных значений фазового угла и по знаку этой разности при известном положении центра качаний определяют знак взаимного скольжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.