Способ противоаварийного управления гидроэлектростанцией Советский патент 1992 года по МПК H02J3/24 H02P9/04 

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к способам противоава- рийного управления гидроэлектростанциями и гидрогенераторами.

При аварийном изменении состава линий электропередачи или при возникнове нии аварийного небаланса активной мощности основным противоаварийным мероприятием по обеспечению устойчивости энергосистемы является разгрузка электростанций. При наличии в энергосистеме гидростанций противоаварийную разгрузку осуществляют отключением части гидрогенераторов. Однако частое использование этого приема приводит к снижению надежности функционирования основного оборудования ГЭС.

Разгрузка ГЭС путем закрытия направляющих аппаратов гидротурбин в качестве противоаварийного мероприятия не применяется из-за действия гидроудара, приводящего к снижению уровня устойчивости в начальной фазе процесса, и из-за малой скорости реализации разгрузки электростанции.

Цель изобретения - повышение эффективности противоаварийного управлечич гидроэлектростанцией.

На чертеже представлена дизгрс мма изменения режимных параметров и уг-раоо

со

ю

ляющих воздействий в аварийном режиме при действии предлагаемого способа:

д - относительный угол по эл ктропере- даче, отходящей от шин ГЭС;

U - напряжение на шинах ГЭС,

Y - упрзвляющ е воздействие на повышение уставок автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) по напряжению генераторов ГЭС;

Р - активная мощность электропередачи;

М - вращающий гиомент на валах генераторов ГЭС;

РАЗ - сигнал /полел ющий разгрузкой электростанции по активной мощности т тем закрытия направляющих аппарате1 гидротурбин;

ПО - выходной сигнал пускового опга на, выявляющего аварийный режим для обеспечения устойчивости которого необходима разгрузка ГЭС.

Способ осуществляется следующим образом После возникновения аварийного возмущения пусковой орган с некоторым запаздыванием (в момент времени ti) формирует на своем выходе управляющий сиг- нал, по факту появления которого производится повышение уставок АРВ всех (идрогенераторов до величины, соответствующей максимально допустимому уровню напряжения на шинах электростанции в течение времени Т Ti + Т2 ч Тз. Этой операцией достигается максимально возможное возрастание предела статической устойчивости электропередачи, причем, как показывают результаты теоретических и экспериментальных исследований, величина возрастания предела устойчивости практически пропорциональна величине приращения напряжения на шинах электростанции; разгрузка электропередачи по активной мощности за счет увеличения потребления местной нагрузкой электростанции. Величина разгрузки АР приближенно может быть определена из выражения

АР AU аи,

где Аи - приращение напряжения на шинах электростанции;

аи регулирующий эффект активной мощности местной нагрузки по напряжению.

Действие указанных факторов обеспечивает полное использование потенциальных возможностей систем возбуждения гидрогенераторов для сохранения устойчивости в начальной фазе аварийного процесса.

Для сохранения устойчивости в последующих фазах процесса необходима разгрузка электропередачи по активной мощности, поскольку через промежуток времени Т уровень напряжения на шинах электростанции должен быть снижен; соответственно снизится предел передаваемой

мощности и увеличится загрузка электропередачи, Однако, несмотря на сравнительно низкие скорости закрытия направляющих аппаратов гидротурбин, в начале процесса оач рузки возникает гидроудар, приводящий к временному увеличению вращающего момента на валах гидрогенераторов,

При запуске разгрузки одновременно с повышением уставок АРВ по напряжению увеличение момента нч валах гидрогенераторов, вызванное гидроударом, поисходит при возрастании относительного угла по электропередаче, что приводит к снижению предела динами еской устойчивости.

Если же разггштчу производят с запаздыванием TI, после того как относительный угол по электропередаче доспи нет своего максимального значения (момент времени t2), то момент уигличивается во время торможения генера-оров во втором полупериоде синхронных колебаний. При этом отрицательное действие гидроудара на условия динамической устойчивости полностью исключится.

После прохождения гидроудара вращающий момент на валах гидроагрегатов начинает снижается (момент времени т.з), соответственно ему разгружается по активной мощности электропередача и увеличивается запас устойчивости энергосистемы.

После того как электропередача разгрузится до величины, соответствующей требуемому запасу устойчивости в послеаварийном режиме, определенному для длительно допустимого уровня напряжения на шипах

электростанции, становится возможным начать снижение напряжения на шинах электростанции путем снижения уставок АРВ по напряжению. Указанная последовательность операций обеспечивает минимальное

время, в течение которого сохраняется максимальный уровень напряжения, при условии сохранения достжнутого запаса устойчивости. Промежуток времени от запуска разгрузки электростанций до начала

снижения уставок АРВ по напряжению составляет величину Та.

В том случае, когда требуемая разгрузка электропередачи обеспечивается только за счет повышения напряжения на шинах электростанции в начальной фазе процесса, снижение уставок АРВ следует начинать сразу после прохождения гидроудара.

Скорость снижения уставок АРВ должна быть такой, чтобы в момент окончания разгрузки были достигнуты заданные значения уставок в послеаварийном режиме, соответствующие длительно допустимому уровню напряжения на шинах электростанции. Изменение уставок с указанной скоростью позволит произвести переход на послеаварийный уровень напряжения без колебаний активной мощности электропередачи, поскольку снижение загрузки электропередачи, вызываемое разгрузкой электростанции, компенсируется увеличением загрузки за счет снижения потребления мощности местной нагрузкой при снижении напряжения. Исходя из этихуслоd Y

Бий,скорость, снижения уставок АРВ ()

определяется выражением

d Y 1 d PC

d t аи d t - скорость разгрузки электростанции

по активной мощности.

При практической реализации изменение уставок АРВ по напряжению всех генераторов ГЭС может осуществляться с использованием системы противоаварий- ного управления уровнем напряжения на шинах электростанции, а разгрузка ГЭС - с использованием группового регулятора активной мощности. Кроме того, должны быть определены промежутки времени TI, T2, Тз и суммарное время Т Тч + Т2 + Тз. Этим временем определяется максимально допустимый уровень, до которого может быть повышено напряжение на шинах ГЭС в начальной фазе процесса при повышении уставок АРВ. Чем меньше Т, тем выше допустимый уровень напряжения в начальной фазе переходного процесса, тем на большее значение могут быть увеличены уставки АРВ и тем выше эффективность про- тивоаварийного управления.

Длительность Ti зависит от интенсивности аварийного возмущения и режима энергосистемы. Максимальная длительность Ti может быть определена предварительно расчетным путем для предельного по условиям динамической устойчивости аварийного возмущения, приводящего к наиболее тяжелому послеаварийному режиму. При этом в большинстве случаев запуск разгрузки производится не в момент достшке- ния относительным углом своего максимального значения, а несколько позже, в результате чего может несколько снизиться качество демпфирования послеава- рийных колебаний, но суммарный эффект от противоаварийного управления не изменится.

Промежуток времени Т2 от момента запуска разгрузки электростанции до разгрузки электропередачи на заданную величину (или до начала снижения момента на валах

гидроагрегатов после прохождения гидроудара, для тех случаев, когда для обеспечения требуемого запаса устойчивости в послеаварийном режиме достаточно разгрузки , достигаемой за счет повышения напряжения) является величиной практически постоянной. Его длительность может быть определена либо расчетным путем, либо экспериментально.

Промежуток времени Тз определяется

исходя из принятых уровней повышения напряжения в начальной и конечной фазах процесса, величины регулирующего эффекта местной нагрузки по напряжению и скорости разгрузки ГЭС.

Из изложенного следует, что предлагаемый способ максимально использует потенциальные возможности возбудительных систем гидрогенераторов для обеспечения динамической устойчивости в начальной фазе аварийного процесса; позволяет использовать разгрузку гидростанций путем закрытия направляющих аппаратов в качестве противоаварийного мероприятия, при этом обеспечивается необходимый запас

устойчивости энергосистемы в послеаварийном режиме при максимальной разгрузке ГЭС, исключается отрицательное действие гидроудара и избыточные колебания мощности, вызванные изменением напряжения на шинах ГЭС.

Формула изобретения Способ противоаварийного управления гидроэлектростанцией, заключающийся в выявлении аварийного режима, в котором

для обеспечения устойчивости необходима разгрузка электростанции по активной мощности, повышения уставок автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) по напряжению всех гидрогенераторов и

разгрузке электростанции по активной мощности, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности противоаварийного управления, уставки АРВ по напряжению гидрогенератора повышают до

величины, соответствующей максимально допустимому уровню напряжения на шинах электростанции в течение заданного времени

Т Ti + Т2 + Тз,

где Ti - интервал времени, определяемый временем достижения относительным углом по электропередаче своего максимального значения;

Та - интервал времени, определяемый временем разгрузки электропередачи на заданную величину;

Тз - интервал времени, определяемый снижением уставок АРВ по напряжению с заданной скоростью до величин, соответствующих максимально допустимому уровню напряжения на шинах электростанции в течение длительного времени,

через интервал времени Ti производят закрытие направляющих аппаратов гидротурбин, обеспечивающих разгрузку электропередачи на Заданную величину, через интервал времени Ti +T2 начинают снижение уставок АРВ по напряжению гидрогенераторов со скоростью, пропорциональной отношению скорости разгрузки электростанции и регулирующего эффекта местной нагрузки по напряжению, через интервал времени Т - Ti + Т2 + Тз устанавливают напряжение на шинах электростанции, равное максимально допустимому уровню в течение длительного времени.

Использование: в электротехнике, в устройствах противоаварийного управления и гидрогенераторами. Сущность изобретения: в аварийном режиме, когда нужна разгрузка по активной мощности, повышают уставки автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) по напряжению гидрогенераторов на время Т 11 + Та + Тз, где через Ti, определяемое временем достижения углом электропередачи максимального значения,- подают сигнал на закрытие направляющих аппаратов гидротурбин, что обеспечивает разгрузку на заданную величину. Через время Т2, определяемое временем разгрузки после прохождения гидроудара, снижают уставки АРВ с заданной скоростью в течение времени Тз, а через время Т устанавливают напряжение на ши нах ГЭС, равное длительно допустимому. 1 ил. сл