Устройство противоаварийной режимной автоматики электростанции Советский патент 1980 года по МПК H02J3/24 

1 ,

Изобретение относится к автоматичемкому управлению энергетическими

системами, в частности к устройствам противоаварийной режимной автоматики, предназначенной для сохранения и по- 5

.вышения динамической устойчивости объединенных энергосистем, содержащих мощные электростанции, при коротких замыканиях в системообразующей сети 220-750 кВ.

Известны различные способы автоматического управления аварийными режимами энергосистем с целью сохранения их динамической устойчивости и устройства, реализующие эти способы. 15 Известно устройство, содержащее блок измерения активной мощности линии, блок выделения сброса активной мощности по линии, блок признаков 20 коротких зг1мыканий, блок определения длительности к.з., блок обработки телеинформации об отключениях и структурных изменениях на линиях, блок реализации предварительно аппроксими 25 роданных параллельными линиями границ синхронной динамической устойчивости посредством операционных усилителей, ключевых схем и нуль-органов ij.30

Основными недостатками устройства являются: низкое быстродействие; снижение точности аварийной разгрузки, обуславливаемое неравенствЪм величины сброса активной мощности, фиксируемой в момент короткого замыкания, ее величине в момент отключения повреждения от релейной защиты, после действия которого автоматика осуществляет разгрузку,, снижение надежности действия автоматики из-за необходимости передачи if получения телесигналов об отключении повреждения в аварийных и послеаварийных режимах энергосистем.

Известно также устройство, в которое, с целью обеспечения необходимой точности устройства при работе мощности электростанции на два и более направления, дополнительно введены блоки измерения активной мощности и блоки выявления сброса активной мощности, установленные во вторичных цепях каждой отходящей линии и каждого генератора электростанции, а также блок суммирования сбросов активных мощностей, определятадий об-, щую ее величину с учетом возможной затяжки отключения короткого замыка- ния 2.

Наибйлёе близким по технической у цнох:ти К предлагаемому является стройство, содержащее блок измереия суммарной вырабатываемой электостанцией активной мощности, блок пределения фактического суммарного броса-активной мощности, блок опрееления фактического суммарного сброа активной мощнос ти, блок информаии о составе электропередачи, блок ризнаков коротких замыканий и конечый блок логики 3 .

Его недостатками являются: сравнительно невысокое быстродействие, ограничивающееся временем действия релейной защиты и получения информации об отключении поврежденного участка линии электропередачи (в пределах . . 0,15 сек ); невысокая точность аварийной разгрузки из-за ограниченного числа используемых в устройстве нелинейных блоков, аппроксимирующих границы синхронной динамической устойчивости (ГСДУ) и ожидания отключения повреждения.

Все это обусловливает увеличение вероятного экономического ущерба от аварий в энергообъединении.

Цель изобретения - повышение быстродействия устройств противоаварийной режимной автоматики и точности автоматической разгрузки электростанции при коротких замыканиях в энергосистемах. Достижение этой цели позволяет обеспечить минимум народнохозяйственного ущерба при авариях, вызванных короткими замыканиями, из-за недоотпуска электроэнергии потребителям.

Эта цель достигается тем, что в устройстве противоаварийной режимной автоматики электростанции, содержащем блок .измерения суммарной активной мощности, вырабатываемой на электростанции, выход которого подключен ко входу блока сброса активной мощности, блок информации струк-. туры основной системообразующей сети энергообъединения, блок прогноза опасности аварийной ситуации, один из входов которого присоединен к выходу блока информации структуры энергообъединения, блок логики, один из входов которого связан с выходом блока прогноза опасности, другой - с блоком признаков коротких замыкаНИИ, а выход подключен к исполнительному блоку, блок сброса активной мощ.но)сти состоит из инвертора, блока памяти и сумматора, причем выход блока памят и связан с одним из входов сумматора и аналоговым входом блока информации структуры основной системообразующей сети энергообъединения, а выход сумча.тора соединен iJo вторым входом бло:Г. сУЪгнс за dnacH&cTa авгзрийной ситугщ; и. .

С целью повышения тсчностн работы при из eкeнк, в структуре основной

системообразующей сети, блок информации структуры основной системообразующей сети содержит щинки включенного положения выключателей этой сети и элементы НЕ, И, ИЛИ и НЕТ,образующие раздельные логические каналы автоматического управления, причем в первом логическом канале входы элемента И соединены со всеми шинками включенного положения выключателей, а его выход через элемент НЕ подключен к дискретному входу элемента НЕТ в последующих логических каналах к каждой шинке подключен вход одного элемента НЕ и трех элементов И, выход каждого элемента НЕ соединен не менее чем ,с одним элементом И, выход которых через элементы ИЛИ и НЕ связаны с дискретным входом элемента НЕТ, причем число шинок выбрано равным числу выключателей основной сети положение которых контролируется, а число логических каналов автоматического управления равно числу реально возможных вариантов структуры основной системообразующей сети энергообъединения.

С целью повышения точности автоматической дозировки управляющего воздействия блок прогноза опасности аварийной ситуации содержит параллельны группы ячеек, каждая из которых состоит из нуль-органа и диодного нелинейного элемента, в котором аппроксимирована соответствующая граница синхронной динамической устойчивости Причем выход каждого нелинейного элемента связан с Одним из входов нульорганов, а другой вход нуль-органа соединен с выходом сумматора блока сброса активной мощности, число параллельных трупп ячеек .нелинейный элемен -нуль-орган установлено равным числу каналов автоматического управления, а число таких ячеек в кажДой параллельной группе установлено равным максимальному числу ступеней аварийной разгрузки в соответствующем канале автоматического управления., .

С целью обеспечения селективности работы, блок логики содержит параллельные группы из элементов НЕ и И, один из входов всех элементов Исоединен с выходом блока п изнаков коротких замыканий, другие их входы соединены с выходом нуль-органов всех предыдущих, своей и последующих ступеней аварийной разгрузки, причем элементы И с нуль-органами последуюwfix ступеней связаны через элемент НЕ, а их выходы соединены с исполнительным блоком.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства противоаварийной режимной автоматики (ПРА); на фиг. 2 - блоксхема блока информации структуры основной системообразующей сети энергообъединения (БИС) ; на фиг. 3 - блок-схема блока прогноза опасности аварийной ситуации (ВПАС) и блока ло гики; на фиг. 4 - границы синхронной динамической ус-гойчивостц (ГСДУ) . Устройство {фиг, 1) содержит блок 1 измерения суммарной активной мощности, на входы которого подаются сигналы от датчиков активной мощност ти, устанавливаемых на каждом генера торе, а выход подключен к блоку сбро са активной мощности, состоящего из сумматора 2, блока 3 памяти (ВП), ин вертора 4, Выход блока памяти соединен с одним из входов сумматора и с входом блока 5 информации структуры основной системообразующей сети энер гообъединения (БИС), выход которого подключен ко входу блока 6 прогноза опасности (БПАС), второй вход которо го подключен к выходу сумматора 2. Выход блока 6 соединен со входом бло ка 7 логики (БЛ), второй вход которо го подключен к выходу блока 8 призна ков коротких замыканий. Выход блока логики соединен со входом исполнител ного блока 9. При этом элементы устройства выполняют следующее функции. Сумматоры 1 и 2 (на базе операционного усилителя), выходное напряжение которых пропорционально (равно) суммарной активной мощности, вырабатываемой на ЭС, или сбросу активной, мощности на ней при коротких замыканиях; блок 3 памяти (БП), периодически запоминающий предшествующее значение активной мощности с последу щим его сбросом (например, с частотой 4-5 Гц); инвертирующий блок 4 (ив) на базе операционного усилителя блок 5 информации структуры (БИС) ос новной системообразующей сети энергообъединения (включающую и рассматриваемую электростанцию), имеющий дискретные и аналоговые входы и выхо ды, осуществляющий автоматический пе ребор каналов управления в зависимости от изменений в структуре сети в предаварийных режимах; блок 6 прогноза опасности аварийной ситуадии (БПАС), состоящий из полупроводниковых нелинейных элементов, в которых аппроксимируются границы синхронной динамической устойчивости (ГСДУ) U нуль-органов, обеспечивакщйх преобразование сигнала суммарной активной мощности в сигналы расчетных сбросов этой мощности, их сравнение и получе ние дискретного сигнала х,; блок 7 логики, который в зависимости от сочетания выходных сигналов БПАС определяет интенсивность управляклце1О воздействия, и генерирует на своем выходе дискретный сигнеш блок 8 признаков коротких замыканий (БПКЗ), выявляющий и запоминающий признаки (например токи нулевой и обратной последовательностей) коротких замыканий (с последующим преобразованием их в дискретный сигнал ) ; выходной блок 9 (ВБ), в котором выработанный дозированный управляющий сигнал реализуется в управляющий импульс определенной интенсивности (амплитуды и продолжительности, если на ЭС установлены т/генераторы) или же в управлякнцую команду (на отключение определенного числа г/генераторов). Блок 5 информации структуры (БИС) (фиг. 2) содержит шинки 10 включенного положения выключателей системообразующей сети, логический элемент . 11 И к выходу которого подключен логический элемент 12 НЕ, выход которого подключен ко входу логического элемента 13 НЕТ, ко второму (аналоговому) входу которого подключен выход блока 3 памяти. Эти блоки образуют первый логический канал. . Логические элементы 14 НЕ, 15 И, 16 ИЛИ, 17 НЕ и 18 НЕТ образуют второй логический канал. Логические элементы 19 НЕ, 20 И, 21 ИЛИ, 22 НЕ и 23 НЕТ образуют третий, логический канал, . . Блок б БПАС (фиг, 3) содержит нелинейные элементы 24, реализоваикне на базе диодных ячеек и операционных усилителей, и нуль-органы 25. БЛ-7 содержит логические элементы 26 НЕ и элементы 27 И. На фиг. 4 Приведень гранищл синхронной динамической устойчивости (ГСДУ), реализуемые посредством диодных ячеек в элементах 24 блока 6, построенные для различных ступеней (О, , II) аварийной разгрузки. Там же показано преобразование сигнала суммарной мощности & Р pg в сигналы расчетнЕлх сбросов активной мощности посредством ГСДУ - а , л . Устройство ПРА действует следующим образом. В исходных нормсшьных режимах электростанции (ЭС) и определенном варианте структуры сети (например полный состав силовых элементов) вырабатываемая Генераторами ЭС мощность посредством cyNSMaTopa 1 преобразуется В аиалоговый сигнал Pg . Этот сигнал блок 3 преобразует в сигнал, пропорциональный предшествующему значению активной мощности РО блок 4 его преобразует в сигнал Р. Эти сигналы подаются на входы блока 2. Так как в исходных режимах небаланс между текущим значением активной мощности Р и предшествующим ее значением POJ отсутствует, то на выходе блока сброса мощности сигнал равен нулю, т.е. Pgg-Pg 0. в этом случае (фиг. 2) открыт первый логический канал,-соответствующий полному составу сети, а все остальные каналы заперты, так как сигналы на входах блоков 11, 16 и 21 Ф , 0. При этом

(фиг. 3) на выходах элементов 25 блоков 6, а также элементов 27 блока 7, сигналы X г, и у равны нулю и устройство не осуществляет аварийную разгрузку.

При любом коротком замыкании (к.з на любом участке сети, например при аварии с координатой в точке к (фиг. 4), со сбросом мощности лРр на выходе блока сброса мощности появится сигнал POJ-Р ,a на выходе блока 8 будет сигнал Ху.з 1. Так как в доаварийном режиме сигнал РОЬ через выход блока сброса мощности через 1-ый канал блока 5 подавался на входы элементов 24, то на их выходах к моменту аварии имелись сигналы л. л - фиг. 3 и 4). В этом случае на выходах элементов 25 блока 6 в силу неравенства л: р

(. ч, , Xt V

дРсф дР,51 будут генерированы сигер

налы со значениями 1, Тогда на выходе первого элемента 26 блока 7 сигнал х 1. Выходные сигналы элементов 27 блока 7 соответствую следующим логическим уравнениям

У л 1 Уа - кзл л УЗ зл /i 7 X J Л Хд Уд зл

поэтому при данной аварии получим

управляющее воздействие У4 i т.е. соответствующее аварийной разгруэке равнрй единичной мощности одного генератора, так как в этом случае У,ЯУЯ Уд О, у 1. Аналогичным образом устройство ПРА действует при любыхдругих аварийных ситуациях

Таким образом, устройство ПРА осуществляет автоматическую настройку пppгpa мы своего действия (посредстаом изменения своей структуры) в зависимостиот измен&ний в структуре энергообъединения в предаварийных режимах (чем существенно повышается его быстродействие) и обеспечивает дозировку управляющего сигнала в зависимости от тяжести (опасности) аварийных ситуаций.

Предложенное устройство ПРА позволяет довести быстродействие аварийной разгрузки до 0,04-0,05 с, пбвыМая ее точность, и таким образом, обеспечить снижение вероятного технико-экономического ущерба от аварий в энергосистемах, представляющих oridcHOCTb устойчивости параллельной работе электростанций.

Формула изобретения

1. Устройство противоаварийной режимной автоматики электростанции, содержащее блок измерения суммарной активной мощнопи, вырабатываемой на. электростанин-, выход которого подключен ко ходу блсжа сброса акT iiSiHoK мощности, блок информации

структуры основной системообразующей сети энергообъедйнения, блок прогноза опасности аварийной ситуации, один из входов которого присоединен к выходу блока, информации структуры энергообъединения, блок логики, один из входов которого связан с выходом блока прогноза опасности, другой - с блоком признаков коротких замыканий, а выход подключен к исполнительному блоку, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности автоматической аварийной разгрузки электростанции при коротких замыканиях, блок сброса активной мощности состоит из инвертора, блока памяти и сумматора, причем выход блока памяти связан с одним из входов сумматора и аналоговым входом блока информации структуры основной системообразующей сети энергообъединения, а выход сумматора соединен со вторым входом блока прогноза опасности аварийной ситуации.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы при изменениях в структуре основной системообразующей сети, блок информации структуры основной системообразукицей сети содержит шинки включенного положения выключателей этой сети и элементы НЕ И, ИЛИ и НЕТ, образующие раздельные логические каналы автоматического управления, причем в первом логическом канале входы элемента И соединены со всеми шинками включенного положения выключателей, а его выход через элемент НЕ подключен к дискретному входу элемента НЕТ, в последуквдих логических каналах к каждой щинке подключен вход одного элемента НЕ и трех элементов И, ВЕЛХОД каждого элемента

НЕ соединен не менее, чем с одним элементом И, выходы которых через элементы ИЛИ и НЕ связаны с дискретньйл входом элемента НЕТ, причем число шинок выбрано равным числу выключателей основной сети,, положение которых контролируется, а число логических каналов автоматического управления равно числу реально возможных вариантов структуры основной системообразунвдей сети энергообъединекия.

3,Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, чтс, с целью повьпления точности автоматической дозировки управляющего воздействия блок прогноза опасности аварийной ситуации содержит параллельные группы ячеек, каждая из которых состоит из нуль-органа и диодного нелинейного элемента, в котором аппроксимирована соответствующая граница синхронной динамической устойчивости, причем выход каждого нелинейного элемента связан с одним из входов нуль-органов, а вход нуль-органа соединен с выходом сумматора блока сброса активной мощности, число параллелных групп ячеек нелинейный элемёнтнуль-орган установлено равным числу кансшов автоматического управления, а число таких ячеек в каждой параллельной группе установлено равным максимальному числу ступеней аварийной разгрузки в соответствующем ка- нгше автоматического управления.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения селективности работы, блок логики содержит паргшлельные группы из элементов НЕ и И, один из входов всех элементов И соединен с выходом блока признаков коротких замыканий, другие их входы соединены с выходгили нуль-органов всех предыдущих, своей и последующей ступеней аварийной разгрузки, причем элементы И с нуль-органами последующих ступеней связаны через элемент НЕ, а их выходы соединены с исполнительным блоком.

Источники информации, принятые во внимание при экспртизе

1.Авторское свидетельство СССР № 248041, кл. Н 02 J 3/24, 1967.

2.Авторское свидетельство СССР 312341, кл. Н 02 J 3/24, 1968,

3.Тарикулиев И.Я. Вопросы противоаварийной режимной автоматики дальних электропередач переменного тока.

Автореф. дис. на соиск. учен, степени кандидата техи. наук. Новочеркасск, 1971, рис. V-5.

инфорпоция о состабе. осмобмйм ялепеитоб ЭЗС

фиа