Устройство для селективного предотвращения асинхронного хода межсистемной линии электропередачи Советский патент 1983 года по МПК H02J3/24 

Изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистемы.

Известно устройство для селективного предотвращения аринхронного хода межсистемной лШИн электропередачи, действукиаее на отключение меж,системной линии электропередачи в основной зоне (при углах меньше 180 ), если дефицит активной мощности возникает в сторону первой электрической системы, ив резервной зоне (при углах больше 180), если дефицит активной мощности возникает в сторону второй электрической система ij .

Однако, в отдельных режимах работы энергосистемы указанное устройство недостаточно надежно.

Наиболее близким к изобретению является устройство для селективного предотвращения асинхронного хода межсистемной линии электропередачи со ступенчатой и частично направленной характеристикой срабатывания. Это устройство содержит четырехплечий мост, два противоположных активных плеча которого представляют собой блоки преобразования напряжений, к входам которых подключены блоки мо делирования напряжения первой и второй электрических систем с блокиров при коротких загллканиях в первичной сети, причем к второму выходу одного из блоков моделирования подключен дополнительный блок преобразования, выход которого подключен к управляющему входу блока пуска и блокировки , один из блоков преобразования напряжений выпапнен с дополнительным стабилизированным выходом,

10 между которым и основным его выходами включен блок пуска и блокировки и шунтирующий диод в обратном направлении, основные выходы блоков преобразования напряжения непосредственно

15 соединены, образуя одно пассивное плечо моста, а второе пассивное плечо представляет собой направленный блок угла и параллельно-встречно ему включенный ненаправленный блок угла

20 и стабилизированные источники питания блоков угла.

Это устройство с первой уставкой по углу позволяет осуществит (с использованием телеотключаЮ1дих уст25 ройств ) отключение или разгрузку

станций первой электрической систе1ИЫ, если угол между векторами напряжений первой и второй электрических систем достиг предельного расчетно30го значения, а с второй (бблее грубой ) - отключение транзитной линии электроперелачи 2.

Однако известное устройство не во всех случаях может быть использовано например, оно не пригодно а тех случаях, когда к, межснстемной линии эле тропередачи примыкают несколько гидроэлектростанций, которые покрнвают пиковые нагрузки. Для указанного случая нельзя установить одну уставку по углу, так как предельные значения передаваемой активной мощности по межснстемной линии электропередачи определяются режимами работы примыксШ1цих гидроэлектростанций. Кроме того, известно, что нормальное изменение режима происходит монотонно и медленно, определяемое в минутгос, а аварийное - быстро (в секундгис ).

Известно также, что использование телеотключающих устройств для передачи команды на отключение генераторов представляет со,бой дополнительное снижение надежности. Поэтому устройства определения наброса активной мощности или увеличения угла между векторами напряжений первой и второй электрических систем выгодно устанавливать ближе станций первой электрической системы с избыточной активной мощностью.

Если устройство установлено вблиз станции первой электрической системы, то в случае нарушения устойчивости по нежсистемной линии электропередачи с избытке активной мсвдности в первой электрической системе нецелесообразно деление транзита действием эчого устройства.

Цель изобретения - повышение надежности в режимах аварийного прироста угла между векторами напряжений первой и второй электрических систем при передаче активной мощности с первой во вторую электрическую систему.

Поставленная цель достигается тем что в устройстве для селективного предотвращения асинхронного хода межсистемной линии электропередачи, содержащем четырехплечий мост, два прсхгивоположных активных плеча которого представляют собой блоки преобразования напряжений, к входам которых подключены блоки моделирования напряжений первой и второй электрических систем с блокировкой при коротких замыканиях в первичной сети, причем к второму выходу одного из блоков моделирования подключен дополнительный блок преобразования, выход которого подключен к управляюцему входу блока пуска и блокировки, один из блоков преобразования напряжений выполнен с дополнительным стабилизированным выходом, которым,и основным его выходами включен блок

пуска и блокировки и шунтирующий диод в обратном направлении, основные выходы блоков преобразования напряжений непосредственно соединены, образуя одно пассивное плечо моста, а второе пассивное плечо представляет собой направленный блок угла и параллельно-встречно ему включенный ненаправленный блок угла, и стабилизированные источники питания блоков угла., входы блока моделирования напржения с двумя выходами служат для подключения яа напряжение и ток моделирования второй электрической системы, количество упомянутых четырехплечих мостов, по крайней мере, два, а устройство снабжено блоками ограничения длительности по времени и логическими элементами И и ИЛИ, причем выходы направленных и ненаправленых блоков угла включены попарно через блоки ограничения длительности по времени к входам логических элементов JI, выходы которых через логический элемент ИЛИ подключены к выходному блоку.

Кроме того, в качестве стабилизированного источника питания блоков угла нечетных четырехплечих мостов использована аккумуляторная батарея, а в качестве стабилизированного исг точника питания блоков угла четных четырехплечих мостов использован преобразователь с входом для подключения к трансформатору напряжения линии электропередачи.

Количество подключаемых четырехплечих мостов к блокам моделирования составляет, по крайней мере, два и зависит, в основном, от граничнопредельных случаев работы межсистемной линии электропередачи, например, если граничные углы между векторами напряжений первой и второй электрических систем находятся в пределах 50-70°, то вполне достаточно использовать два четырехплечих моста и т.д

Возможны случаи, когда требуется увеличение количества подключае1Фах четырехплечих мостов при упомянутом диапазоне предельных значений углов, например из-за недопустимости ускорения генераторов в избыточной элек рической системе, что потребует увеличить объем разгрузки станций.

На фиг. 1 приведена схема подключения предлагаемого устройства к линии; на фиг. 2 - векторная диагракма поясняющая его работу на фиг. 3 блокгсхема устройства; на фиг, 4 схема блока угла.

Устройство 1 содержит блок 2 моделирования напряжения второй электрической систекы, блок 3 моделирования напряжения первой электрической систекы, блоки 4-$.преобразования напряжения, причем блоки 4 и 7 выполнены с дополнительным стабилизированным выходом, а блоки 6 и 9 являются дополнительными блоками преобразования напряжения.

Блоки 10 И 11 пуека и блокировки обеспечивают управление направленными блокам угла, причем блок 12 являет- ся первым направленным блоком угла,, блок 13 - первым ненаправленным блоком утла., блок 14 - вторым направленным блоком угла и блок 15 - вторым ненаправленным блоком угла. Устройство О также содержит блоки 16 и 17 ограничения длительности по времени выходных сигналов блоков угла до заданных

Значений соответственно tj .ut , стабил11эированный источник 18 пита- 15 кия постоянного напряжения от аккумуляторной батареи, стабилизированный источник 19 питания постоянного напряжения, ВКЛЮЧ65ННЫЙ через преобразователь к трансформаторам напряжения 20 линии электропередачи, блоки 20 и 21 ограничения длительности по времени Вьссс дных сигналов блоков угла до заданных значений соответственно &г ,

&t , логические элементы И 22-24, ло- 25 рический элемент или 25, выходной , блок 26 с кратковременным sanof mHaнием, блок 27 блокировки устройства при коротких замыканиях в сети. Блок угла включает в себя импульсный ЗО трансформатор 28, выходной тиристор 29, выходное реле 30, повторякмцее действие первого направленного блока угла в течение заданного времени (it) С контактами 31, выходное реле 32, повторяющее действие второго ненаправленнбго блока угла в течение заданного времени (it2 ) с контактами 33. На фиг. 1-4 обозначены также:

Е| - эквивсшентная ЭДС первой

, электрической системы;

Е2 - эквивалентная ЭДС второй электрической системы;

I - ток по межсистемной линии

электропередачи;45

и г- напряясение на месте установки устройства

(jp - угол срабатывания первого направленного блока угла}

(fj - угол срабатывания первого SO ненаправленного блока угЛа

Cfq - угол срабатывания второго направленного блока угла;

Cf. - угол срабатывания второго ненаправленного блока угла; 55

- граничный угол срабатывания

направленного блока угла; 8 - угол между векторами эквивалентных ЭДС EJ, и Ej в режиме передачи активной мощности с . первой электрической системл во вторую.

Напряжения первой и вТорой электрических систем модулируются согласно выражениям: 65

993386

и„ «и-Hi- ,

и

Zk

2

где Zk, - комплексное сопротивление до расчетной точки сети в стороИу эквивалентной ЭДС ZKj- комплексное сопротивление

до расчетной точки сети в , . сторону эквивалентной ЭДСЕ.

Блок-схема устройства (фиг. 3.) содержит два четьо ёхплечих моста, первый из которых содержит два прртивоположных активных плеча, представленных блоком 4 преобразования напряжения с дополнительным стабилизированным выходом и Олоком 5 преобразования напряжения, одно пассивное плечо, состоящее из параллельно-В1СТречно через диоды включенных первого направленного блока 12 угла и первого ненаправленного блока 13 угла, н щ угое пассивное плечо, образованное Соединением основных выходов блоков 4 и 5 преобразования напряжений. Вход блока 4 преобразования напряжения с дополнительным стабилизированным вы-; ходом подключен к блоку 2 делиро- . вания напряжения второй электрической системы, к второму выходу которого подключен дополнительный блок 6 : преобразования напряжения, вьссод которого подключен к управляющему входу блока 10 пуска и блокировки. Блок пуска и блокировки через диод включен между дополнительным и осно&ным стабилизированными выходами блока 4 преобразования напряжения. Параллельновстречно к этим выходам подключен диод. Блок 5 преобразования напряжения подключен к блоку 3 моделирования напряжения первой электрической системы. Одни входы блоков моделирования напряжения подключены на напряжения и ток межсистемной линии электропередачи, а другие входы - к блоку 27 блокирЬвки устройства при когротких за{ 1каниях в сети.

Второй четырехплечий мост построен аналогично, по входам присоединен параллельно первому и содержит два основных блока 7 и 8 преобразования напряжения и второй направленный блок

14угла, второй ненаправленный блок

15угла, дополнительный блок 9 преобразования напряжения и блок 11 и блокировки.

Цепи питания первьк блоков 12 и 13 угла подключены к стабилизированному источнику 18 питания постоянного напряжения от аккумуляторной батареи. Цепи питания вторых блоков 14 и 15 угла подключены к стабилизированному источнику 19 питания постоянного напряжения, включенного через преобразователь к трансформаторам напряжения линии электропередачи. Выход первого направленного блок 12угла подключен к еходу блока 16 ограничения длительности по времени выход первого ненаправленного блока 13угла - к входу блока 17 ограничения длительности по времени, выход второго направленного блока 14 угла к входу блока 20 ограничения длитель ности по времени, а выход второго не направленного блока 15 угла - к вход блока 21 ограничения длительности по времени. Выход блока 16 ограничения длительности по времени подключен к пер вому входу логического элемента И 22 Выход блока 17 ограничения длительности по времени подключен к первому входу логического элемента И 22 и к первому входу логического элемента И 23. Выход блока 20 ограничения длительности по времени подключен к второму, входу логт1ческого элемента И 23 и к первому входу логического элемента И 24, выход блока 21 ограничения длительности по времени - к второму входу логического эпеменга И 24. Выходы логических элементов И 22-24 подключены каждый к своему входу логического элемента ИЛИ 25, выход которого присоединен к входу выходного блока 26 с кратковременным запоминанием. Блрками 4 и 5 преобразования моде лируемые переменные напряжения ( и (Оц) преобразуются в прямоугольные стабилизированные двухполярные Напряжения. Блоком б преобразования преобразуется только отрицательная полуволна синусоиды напряжения (Ьу) в :прямоугольное1 стабилизированное отрицательное напряжение. Направленный блок 12 угла включен в токовую цепь сравнения времени сов падения прямоугольного стабилиэиро,ванного отрицательного напряжения, пропорционального ( U2) , с прямоугольньпи стабили зироваиным положител ным напряжением, пропорциональным ( 0). Блок 10 пуска и блокировки обеспечивает направленность блока. Ненаправленный 13 угла включен в токовую цепь сравнения времени совпадения прямоугольного стабилизиР9ванного положительного напряя ения ( Uj)c прямоугольным стабилизированны отрицательным напряжением (U).. Параллельно-встречно блоку 10 включённым диодом обеспечивается ненаправле ность блока угла. Блоком 27 .обеспечи вается блокирование блоков 2 и 3 моделирования при коротких замыканиях в сети высокого напряжения. При действии блока 27 при коротком замыка йии векторы напряжений U и U2 приводятся в положение их совпадения по фазе, что исключает возможность ерабатывания блоков угла. Выход первого направленного блока 12 угла через блок 16 ограничения длительности по времени соединен с одним из двух входов логического элемента ТЛ 22, второй вход которого через блок 17 ограничения длительности соединен с выходом ненаправленного блока 13 угла. Выход логического элемента И 22 через логический элемент ИЛИ 25 соединен с выходным блоком 26. Выход блока 13 угла через блок 17 ограничения длительности соединен также с друх-им логическим элементом И 23, второй вход которого через блок 20 ограничения длительности соединен с выходом направленного блока 14 угла второго четырехплечевого моста. На фиг. 4 показан один из возможных вариантов выполненя блока ограничения длительности, а также блок угла без блока пуска и блокировки. Выход блока угла через иг/шульсный трансформатор 28 соединен с управляющим выводом тиристора 29, который включен в цепи реле 30 обмотки. Кратковременное открытие тиристора приводит к разряду конденсатора, включенного параллельно тиристору и обмотке реле, и к срабатыванию реле 30 на заданное время д t , Если в течение ТОГО времени ut успеет срабатывать реле32, управляемое блоком 13 угла, то произойдет пуск выходного блока 26 с запоминанием. Стабилизированный источник питания на клеммах аЬ появляется только в моменты времени совпадения, отрицательной полуволны синусоиды ( 1)2) с положительной полуволной синусоиды ( U| ). В момент времени несовпадения отрицательной полуволны синусоиды ( U2) с положительной полуволной синусоиды ( 0) напряжение . Напряжение открытия однопереходного транзистора определяется выходным напряжением блока стабилизированного источника 18 постоянного напряжения. Для отстройки от помех стабилизированный источник 18 постоянного напряжения, определяющий напряжение откЕилтия однопереходных транзисторов первых блоков 12 и 13 угла, питается от аккумулятсфной батареи, а вторых блоков 14 и 15 угла - от трансформаторов напряжения линии электропередачи. Вероятность одновременного возникновения помех .в цепях аккумуляторной батареи и в цепях трансформаторов напряжения мала. . , Если угол между векторами U4 и Ug. еньше ( (фиг. 2) , то сигналы на выходы блоков угла отсутствуют. Устройство в переходном работает следующим образом. Если угол-С между векторами напряжений Uj и и в рабочем режиме Установился (( , то блоком 16 ограничения длительности сигнал с одного входа логического элемента И будет снят через время At. При аварийном увеличении угла до ( на втором входе догического элемента И 22 появляется сигнал, но логический элемент не срабатывает, так как отсутствует сигнал на первом его входе Лри продолжающемся аварийном увеличении угла до л срабатываетлогический И 23, так как на его входы в течение времени Лt поступают два сигнала; один от бло ка 13 угла, второй от блока 14 угла В этом случае через логический элемент ИЛИ 25 срабатывает выходной блок 26, который действует .на OTKjnoчение или,разгрузку заданного количества генераторов в первой электрической системе, что должно привести к снижению угла (f и к сохранению синхронной динамической устойчивости Одним из переходных режимов, в котором устройство не должно работат является режим нарушения устойчивости, когда имеет место асинхронный , проворот векторов напряжений U и U2 с возникновением дефицита активной мощности в стсфону первой электричес кой системы. Из фиг. 2 видно, что в таком случае несрабатывание устрой ства обеспечивается характеристикой срабатывания ненаправленнь х блоков угла, так как время от момента срабатывания ненаправленного блока угла до момента вре /1ени срабатывания напТравленного блока угла ( tps ) больше чем&12 H&t(f. Бели установившийся рабочий режим характеризуется углом tf , KOToptrii ,To при аварийном увеличении угла до if и tf ератабывают блоки 14 и 15 угла и через логический элемент И 24 обеспечивают отключение или разгрузку.генераторов в первой электрической системе. Предлагаемое устройство не сложно экономически выгодно и удобно в эксплуатации, так как все блоки угла однотипные. Формула изобретения 1. Устройство для селективного предотвращения асинхронного хода меж системной линии электропередачи,, содержащее четырехплечий мост, два про тивоположных активных плеча которого представляют собой блоки преобразования напряжений, к входам которых подключены блоки моделирования напря жения первой и второй электрических систем с блокировкой при коротких за мыканиях в первичной сети, причем к второму выходу одного из блоков моделирования подключен дополнительный блок преобразования, выход которого подключён к управляющему входу-блока пуска и блокировки, один иэ блоков преобразования напряжений ВЕШОЛнен с дополнительным стабилизированным выходом, между которым и основньм его выходсцли включен блок пуска и блокировки и шунтирующий диод в обратном направлении, основные выходы блоков преобразования напряжений непосред-г ственно соединены, образуя одно пассивное плечо моста, а второе пассивное плечо представляет собой направ-j ленный блок угла и параллельно-встречно ему включенный ненаправленный блок угла, и стабилизированные источники питания блоков угла/ отличающееся тем, что, с целью повышения надежности в, режимах аварийного прироста угла при передаче активной мощности из первой во вторую электрическую, систему, входы бло ка моделирования напряжений с двумя выходами служат для подключения на напряжение и ток моделирования второй электрической оисте л, количество упомянутых четырехплечих мостов по крайней мере, два, а устройство снабжено блоками ограничения длительности по времени и логическими элементами И и ИЛИ, причем В14ходы направленных и ненаправленных блоков уг ла включены попарно через блоки oii aничения длительности по времени к входам логических элементов Kf выходы через логический элемент ИЛИ подключены к выходному блоку. 2, Устройство по П.1, отличающееся тет4, что в качестве стабилизированного источника питания блоков угла нечетных четырехплечих мостов использована акку ляторная батарея, а в качестве стабилизированного источника питания блоков угла четных четырехплечих мостов использован преобразователь с входом « для подключения к трансформатору. напряжения линии электропередачи. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 486416, кл. Н 02 Н 7/26, 1971. 2.Авторское свид1етельство СССР по заявке 2937891/07, кл. Н 02 J 3/24, 1980.

и

НО отм. SflOfta