Способ оценки возмущения активной мощности при аварийных режимах в электроэнергетических системах Советский патент 1976 года по МПК H02J3/24 

(54)

СПОСОБ ОЦЕНКИ ВОЗМУЩЕНИЯ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ В ЭЛЕОРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

ПРИ АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ

Изобретение относится к электроэнергетике и, в частности, к измерению электрических величии при нестационарных режимах для целей автоматического управления в электроэнергетических системах и может быть применено, например, при разработке эффективных методов управления противоаварийной автоматикой, а также уттравлсния генераторами электросташшй с целью повышения динамической устойчивости электроэ 1ерге1ической системы.

Известен способ оценки возмущения активной мощности при аварийных режимах в электроэнергетических системах по величине отклонения мощное.ти от ее усредненного значения в иредаварийном режиме.

Цель изобрете1 чя - повьниение точноста сцелки возмущения активной мощности, достигнута в результате того, что фиксируют мгновенное значение усредненной мощности в момент начала возбуждения, интегрируют ш-новенные значения упомянутых отклонений мощности в течение времен., действия возмущешш, по результатам ите(н-ри)оват{я определяют величину энергии возмущения и фиксируют максимальное значешш этой энергии на текущий момент {времен.

На фиг. 1 приведена кривая, характеризующая запоминание различных гармонических составляющих активной мощности; на фиг. 2 - кривая, поясняющая принцип распоз)авания режимов в энергосистеме; на фиг. 3 - дана структурная схема датчика возмущения активной мощности в энергосистеме, один из вариантов; на фиг. 4 - временная диаграмма, поясняющая работу датчика активной мощности приведенного варианта.

Датчик 1 активной мониюсти, выходом соединен ный с входом датчика 2 возмущения активной мощности, состоит из последовательно соединенных фильтра 3 высокой частоты с заноминаюнщм элементом

на входе, интегратора 4 и амплитудного устройства 5 с запоминающим элементом. Элементы 3, 4 и 5 выполнены на операционных усилителях 6,7 и 8, конденсаторах 9-13, резисгорах 14- 19 и диодах 20-21. На выход датчика 1 акпшной мощности включена

схема 22 распознавания режима в энергосистеме, состоящая из элемента 23 с передаточной функцией, пролорплональной частоте входного сипгала, и сравнивающего элемента 24 с релейным выходом. Выход схемы 22 раснознаБа1Шя соединен с входом схемы 25

(управления коммутаторами 26 - 28. Йа фиг. 1, 2 и 4 даны следующие обозначения: iPg - уровень сигнала на запоминающем элементе, стоящем на входе фильтра высокой частоты, в предаварийный момент; величина эталонного напряжения на входе фильтраIвысокой частоты, образующего эталонный сигнал для фавнивающего элемента; выходное напряжение элемента с номером .А Р - изменение активной мощности при аварийном режиме по cpaBHeiraio с его значением в предаварийном режиме; uPjj - М1шимальная амплитуда изменения актив|ной мощности в системе при частотах больше 1, не обходимая для попадания режима в аварийную зоггу; - Энергия возмущения; АМД ;максимальное значение энергии возмуще1ш . совпадающее по знаку со сбросом мощности в энергосистеме ; fc,- время возникновения сильного возмущени в энергосистеме; iy- время окончания действия возмущения на энергосистему и начала переходного процесса в ней; . моменты срабатывания сравгашающего элемента; t .,-момент начала неревода датчика возмущени активной мощности в исходный режим; время задержки окончания импульса схемой управления; f J - верхняя диапазона частот, соответствую1Щ1Х естественным колебаьгаям активной мощности в стационарном режиме; f j - нижняя диапазона частот, соответс вующих колебаниям активной мощности в системе при аварийном режиме; D J - постоянная времени RC - цепочки j -того элемента; Ji - коэффициент, характеризующий запомина ние амплитуды 1 -той гармоники на входе фильтра высоких частот; I - область стационарного режима в энергосистеме;П - Область аварийного режима и переход11ых процессов в. энергосистеме; - ток в цепи эталонного сигнала на входе q)aвкивaющeгo элемента. ГГредлагаемый способ оценки возмуще1шя активной мощности при аварийных режимах основан на измерегши ее мгновенных значений Р. По величине Р путем вычитания постоянной составляющей Р оп ределяется велишпа изменеття активной мощности аР 1 согласно формуле В отличие от способа измерения ве;тачины специальными быстродействующими датчиками активной мощноста, при этом способе в качестве постоянной составляющей PQ используется не мгновенное значе- 60 (1) ние активной мощности в предь ду1ций момент, а ее усредненное значение в предаварийном стационарном режиме, что повыщает точность измерения вели чины йР а следовательно, и точность вышсления интегральных характеристик возмущения активной мощности. Запоминание усредне шого 3 1ачения активной мощности основано на том факте, что при стационарном режиме в энергосистеме преобладают частоты естественных колебаний мощности (от О Гц до 0,05 Гц а в аварийном режиме преобладают высокочастотные колебания (от 0,5 Гц до 5 Гц). Однако, и те . и другие (колеба1шЯ При /тствуют в системе при любом режиме, только с разными амплитудами. Усреднение значения активной мощности при стационарном режиме осуществляется запоминанием только естественных колебаний: от О Гц до 0,05 Гц (фиг. 1). При возникновении аварийного режима запоминание прекращается, а значегше активной мощности, усредненное и зафиксированное в предаварийньп момент,исполь- ,, зуется в качестве 11при определсниийРпоформуле (I) .Интегрируя величину Д Р получают величину энер П1и А, которая определяет движение роторов генераторов при переходном процессе момент Боэникновершя возмущения в сис t время окончания переходного процесса в системе. Замеряя максима:п вое злачение величины энергии возмуихения за время воздействия возмущения на системуА„ |,.полумают величину сброса мощности на генераторах, определяющую ускорение их роторов. MAKCl / . где tg - момент окончания действия возмущения в системе. Из сказанного следует, что алгоритм способа изменяется в соответствии с режимом в энергосистеме. Кроме того, для получения интегральных характеристик возмущения активной мощности А и А . . используют операции иктегрироватя и фиксирования велищ1ны,нр) которых требуется по окончании аварийного режима возврат в исхощюе состояние для обеспечешш дальнейшей работоспособности. Поэтому неотъемлемым элементом предлагаемого способа является автоматическое распознавание режима в энергосистеме. Отличать аварийный режим от стациошрного только по амплитуде изменения активfO мощности нельзя, т.к. при этом разгрузка и.пи загрузка генераторов по мощности, производимые с малой скоростью, и со значительными изГменениями по а шлитуде также будут восприниматься как авария. Чтобы этого избежать, предлагается метод распознавания режима по амплитуде изменения ак;,тивной мощности, масштабироиагагой пропорционал но скорости ее измене1шя, например, по формуле лР др.к(), м) где К( JT) - коэффициент, пропорциональный скорости изменения величины Л РМетод распознавания режима основан на сравнении амплитуды изменения активной мо1цностн, смас штабированной по формуле (4), с эталонной величиноййРо (фиг. 2), равной минимальной амплитуде из менения мощности при частотах выше 1 Гц, необходимой для попадания режима в аварийную зону. По результатам распознавания режима вырабатывают сигнал управления, предназначенный для смены алго ритма способа в соответствии с режимом в системе. Пример реализации способа оценки возмущения активной мощности при аварийном режиме приведен на фиг. 3.. Запоминание усредненного значения активной мощ ности при стационарном режиме и измерение отклоне ния ее от значения, зафиксированного в предаварийный момент, осуществляются в блоке 3 фильтра высокой частоты, в качестве которшО применен операшюнный усилитель 6 с запом1{нающ1 м конденсатором 9 на входе, конденсаторам 11 в обратной и резистором 14, подключаемым параллельно конденсато ру 11 через комм -татор 26 при стагшонарном режиме в системе и отключаемым при аварийном режиме. Тогда при стационарном режиме гармоники с частотами от О до 0.05 Гц, запоминаются на конденс-Торе 9 согласно зависимости, приведенной на фиг. I, с коэффициентом, близким к едигаце К--Х.1, а колебания с частотами ныню 0,5 Гц не 3anoNiHHamTCH, так как для Ш1Х Kj ОИзменяя постоянную времени цепожи R передвигать кривую К V параллельно самой себе вдоль оси абсцисс. Так, при воз1дакновении аварийного режима, коммутипующий элемент 26 закрывается, постоянная времени цепочки стремится к бесконечности, значит криваяll :f(l.уместится в область нулевых частот. Практически запоминание на конденсаторе 9 прекращается,на нем сохраняется усреднс1шое значение активной мощности в предаварийный момент РО . Цепь разряда конденсатора 11 разорвана. Поэтому, все тармонические составляющие сигнала актив)юй мощности Р измеряются относительно сигнала, зафиксированного на конденсаторе 9, и поступают на выходе фильтра высокой частоты, образуя сигнал, пропорциональный изменению величины активной мощностиДР. Для формирования сигнала А, пропорционального энергии возмущения, используется интегратор 4 с коммутируемым резистором 16 в обратной связи, подклю чаемым параллельно емкости 12 при сташюнарном реж ме через коммутируюншй элемент 27 и отключаемый им при аварийном режиме. Резистор 16 предназначен для возврата интегратора 4 в исходное состожше по окончании переходного процесса в системе. Формирова ние сигнала А осуществляется согласно формуле (2), Фмксашпо максима.гьного значения величины энё рП1И возмущения за время во-здействия возмущения на систему осуществляют при мощности амплитудного детектора 5, согласно формуле (3). Но учитывая, что это значение используется в течение не более 0,5 сек с момента возникновения возмущения, а также с целью упрощения системы, фиксируют на амплитудном детекторе максимальное значение величины А за время с момента появления возмущения до текущего момента, совпадающее по знаку со сбросом мощности в системе. Амтшитудный детектор 5 представляет собой операционньш усилитель 8, с конденсатором 13 на входе, ко}щенсатором 10 в обратной связи .резистором 18, подключаемым параллельно,конденсатору 10 через коммутатор 28 при стационарном режиме и отключаемый им в аварийном режиме.Перед входным конденсатором 13 стоит диод 20, служаищй для выделения из всех значений А только значений, совпадающих но знаку со сбросом мощности:К общей точке диода 20 и конденсатора 13 подсоединяется один отвод резистора 17, а второй через диод 21 сосди ен с выходом схемы 25 управления. При стационарном режиме коммутатор 28 открыт и резистор 18 подключен параллельно ковденсатору 10, разряжая его. На выходе схемы 25 таравления потенman земли. Конденсатор 13 разряжается на него через резистор 17 и диод 21. При аварийном режиме ; коммутатор 28 закрыт, диод 21 nojuiHpaeToH отрицательным сигналом с выхода схемы 25 управления. Разрядные цепи разорваны. Происходит запоминание текущих значений А соответствующего знака на конденсаторах 13 и 10. При этом диод 20 пропустит входной сигнал только тогда, когда о« будет соответствовать по знаку и превышать по амплитуде сигнал на ко щенсаторе 3. Конденсатор 10 запоминает максимальное значе1ше входного сигнала А и С8)храпяет его до прихода сигнала еще больщей амплитуды, либо до возврата датчика 2 возмущения в исходное состояние по окончанни переходного Eipouecca. Па управляющие входы коммутаторов 26, 27, 28/ а также на /щод 21 сигнал ynpaanemiH, вырабатываемый схемой 25 управления в соотаетствии с режимом в энергосистеме. Различение аварийного режима осуществляет схема 22 распознавания режи, мов,состоящая из элемента 23, передаточная функция KOTopoio проноршюнальна скорости изменения входного сигнала, цепи образования эталонного сиг-.« нала, состоящей иэ источника эталонного напряжения и резистора 18, и сравнивающего элемента 24 с релейным выходом. Сигнал с выхода датчика 1 актшной мощности непрерывно поступает через элемент 23 на вход сравнивающего элемента 24, туда же поступает зталон1{ый сигнал через резистор 19. Элемент 23 масштабирует входной сигнал пропорцирнально скорости его изменения. Сравнивающий элемент 24 постоянно сравнивает масщтабированньн входной сигнал с эталонным и в случае, когда с1цтабированныйвход юй.сигнал стано й ся больше зталоштаго, на выходе фавшшающего элемента24Появляется я1гнал11 у5,„ (фиг,4), оохракяашщйся до тех пор, пока входаой сигаал не ганет мень1ш эталонного. Таким образом, на выходе 22 расяоэнавания режимов появляется псйле Аг амплитуда которых посдовательность имггульсов, юяшш, а длительность определяется частотой и амплитудой колебаний мощности в системе. Cxefoffl 25 управлешя, используя эту последовательиость импульсов, вырабатывает шгнал управлевня коммутирующими элементалто, которые при аваршюм режиме должны быть закрыты, а при стациошрвом: - открыты. Схема 25 управления работает по 1финц}шу расширителя импульсов. При постзпле1ШИ на вход импульсов, на выходе ее появляется импульс, длительность которого равна длительности входного иш1ульса, увеличенной,на время задержки схемы управ Ленин t|Q3 (фиг.4),которое для данной схемы «остоянно. Если до окончания выходного импульса на вход придет следуюодй импульс, схема сохраняет свое состояние еще на длительность этого импульса и время задержки t Если выбрать |й§ хотя бы на 0,01 сек больше полупериода колебаний мощности в системе на нижней граничной частоте {фяг. 3) при аварийном режиме, то сигнал на выходе 25 управления, появившийся при возштновении первого илстульса на выходе схемы 22 раснозшвания режимов, будет сохраняться все время, пока HS исчезнет последний импульс на выходе схемы распознавания. После зтоге он продержится еще в течение времещ задержки схемы управлешш t,Q3 окончится 25,фиг.2). При стационарном режиме в энергосистеме сигналы на выходе схемы 22 распознавания режимов отсут ствуют, поэтому управляющий сигнал на коммутаторы 26, 27,28 и диод 21 не поступает. Коммутаторы открыты, разрядные цепи конденсаторов 11,12,13, через резисторы 14,16 и 18 соответственно, восстаиовлены. На выходах ф1Шьтра 3 высокой частоты, шпегратора 4 и амплитудного детектора 5 поте1щлал ззмли. На выходе схемы 25 управления потенциал эгмлн. Конденсатор 13 разряжается через резистор 17 и гаюд 25 на землю. На конденсаторе 9 непрерывно происходи запоминагше усредненного значе1шя акти ной мощности в энергосистеме. При возникновении аварийного режима в сястеме на выходе схемы 2 распозшвания режимов появляется илшульс, поступающий на вход схемы 25 управле1шя. На выходе схемы 25 управления появляется управляющий сигнал, закрьшающий коммутаторы 26, 27, также разрывающий цепь разряда конденсатора 13, подпирая диод 21. Цепи разряда конденсаторов 11,12 и 10 разрьшаются. Прекращается запомишние усредненных значений активной мощности в системе, на конденсаторе 9 сохраняется усредне1шое значегше ее в предаварийный момент. На выходе фияьтра 3 высокой частоты появляется сигнал и Pj пропорциопальный величине отклонения мгновенных значеНИИ активной мощности от ее усредненного значения в предаварийньш момент. Сигнал Д Р поступает на вход интегратора 4, и на выходе его образуется сигнал А, пропорциональный энергш возмущения. Сигнал А поступает на вход ашиштудного детектора 5 на выходе которого запоминается максимальное значение А „дц., совпадающее по знаку со сбросом мощности в энергосистеме. Сигналы А Р, А и А ЦАКС. подаются ш выходе датчика 2 возмуидения. Это положаime сохра1шется до тех пор, пока амплитуды колебаш1Й активной мощности в системе, масштабированные пропорционально скорости ее измене шя, превьишют эталонньй сигнал tg t (см. фиг. 2). После этого импульсы на выходе схемы 22 распознавания перестают появляться. Схема управления через времяt,Q переключается в исходное состояние. Формула изобретения Способ оценки возмущения активной мощности при аварийных режимах в электроэнергетических системах по отклоне1ШЮ1 мощности от ее усредненного значения в предаварийном режиме, отличающийся тем, что, с целью повышения точности,фик сируют мгновешюе значе1ше усредненной мощности в момент начала возмуще1щя,интегрируют мгаовенные значения отклонений мощности в течение времени действия возмущеюш, по результатам интегрирования определяют энергаю возмущения и фиксируют мак|симальное значение этой энергии на текущий момент v времени. «Ш.1 Фиг.Ц