Способ выявления асинхронного режима в энергосистеме

 

Использование: в электротехнике, в противоаварийной автоматике энергосистем, в автоматике ликвидации асинхронного режима (AP). Сущность: для каждой пары генераторных ветвей, например для i-ой и k-ой, формируют величину X_i-k, разность величин α_i-k·X_i и α_k-i·X_k, где X_i и X_k - величины, пропорциональные токам i-ой и k-ой генераторных ветвей; а α_i-k и α_k-i - коэффициенты, пропорциональные сопротивлениям i-ой и k-ой ветвей соответственно и обратно пропорциональные сумме этих сопротивлений. Величины X_i-k используют в качестве режимного параметра для выявления АР между генераторами каждой пары генераторных ветвей. Управляющие сигналы формируются путем логических операций для каждой генераторной ветви. Технический результат проявляется в том, что повышается селективность и устойчивость функционирования способа в АР независимо от количества частот в энергосистеме, будь то двухмашинный или многомашинный АР. Управляющие сигналы формируются оптимально для каждого вида АР. 1 ил.

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

Известен способ выявления асинхронного режима (АР) электропередачи с промежуточным отбором мощности [1] согласно которому измеряют величину, пропорциональную току генераторной ветви по ту или другую сторону от отбора. Эту величину используют для формирования режимного параметра, по изменению амплитуды которого выявляют асинхронный режим.

Недостаток известного способа заключается в том, что его устойчивое функционирование возможно только при двухмашинном АР, когда в системе присутствуют только две частоты. При многомашинном АР (три генератора и более имеют разные частоты) изменение упомянутого параметра носит пульсирующий характер, зависящий от соотношения упомянутых частот. С учетом неопределенности этого соотношения отсутствует строгая закономерность упомянутых пульсаций по их глубине и периодичности, что приводит к отказу известного способа.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ выявления АР в энергосистеме [2] согласно которому для каждой генераторной ветви измеряют величину, пропорциональную ее току, по изменению амплитуды которой выявляют асинхронный режим, в результате чего формируют управляющий сигнал.

Этот способ сохраняет работоспособность и в многомашинном АР. Однако при этом устойчивость его функционирования ограничена отсутствием полной методики выбора граничных параметров измеренных величин из-за их неоднозначности, отмеченной выше и в [2] Кроме того, способ не может отличить двухмашинный АР от многомашинного, чтобы выбрать требуемый для каждого случая управляющий сигнал. Это свидетельствует о низкой селективности известного способа, который можно использовать только в дополнительных к типовым устройствах АЛАР, загрубленных по времени срабатывания [2] Задачей, на решение которой направлено заявленное предложение, является повышение селективности и устойчивости функционирования способа в АР независимо от количества частот в энергосистеме. Получаемый при этом технический результат проявляется в уменьшении числа отказов и ложных срабатываний устройств АЛАР, где это изобретение может быть использовано, что снижает ущерб от возможных аварий в энергосистеме.

Поставленная задача решается тем, что в способе, согласно которому измеряют величину X_i для каждой из N генераторных ветвей, пропорциональную току i-ой ветви, где i номер ветви от i до N, используют измеренную величину для формирования режимного параметра, по изменению амплитуды которого выявляют асинхронный режим, и формируют управляющие сигналы по результатам этого выявления для каждой пары X_i и X_k измеренных величин, где k номер генераторной ветви больше i, дополнительно вычисляют величины X_i-k, для чего X_i и X_k умножают на коэффициенты α_i-k и α_k-i, пропорциональные сопротивлению i-ой и k-ой ветвей соответственно и обратно пропорциональные сумме этих сопротивлений, и вычисляют X_i-k как разность полученных величин α_i-kX_i и α_k-iX_k, используют X_i-k в качестве упомянутого режимного параметра, по изменению амплитуды X_i-k выявляют асинхронный режим между каждой парой генераторов, фиксируют его посредством логического сигнала A_i-k и формируют управляющие сигналы отдельно для каждой j-ой генераторной ветви согласно логической функции B_i-k типа И, аргументами которой являются те сигналы A_i-k, у которых индекс i или k равен j.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков аналога и прототипа свидетельствует о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи: вычисление величины X_i-k и ее использование в качестве режимного параметра позволяют условно разложить многомашинный АР на двухмашинные по числу пар ветвей i и k, так как изменение амплитуды X_i-k будет определяться только соотношением частот генераторов i-ой и k-ой ветвей; формирование управляющих сигналов для каждой ветви путем логических операций обеспечивает оптимальное сочетание этих сигналов в зависимости от вида и сечения АР.

На фиг. 1 в качестве примера показаны схема трехмашинной энергосистемы и функциональная схема реализации заявленного способа для этой системы.

Схема энергосистемы содержит ветви 1, 2 и 3 генераторов 4, 5 и 6 соответственно, выключатели 7, 8 и 9 и трансформаторы тока 10, 11 и 12 этих ветвей.

Схема реализации способа включает в себя линейные преобразователи 13, 14 и 15 токов, подключенные входами к выходам трансформаторов 10, 11 и 12 соответственно, вычитатели 16, 17 и 18, чьи входы попарно подключены к выходам преобразователей 13 и 14, 14 и 15, 15 и 13 соответственно, выявители 19, 20 и 21 асинхронного режима, входы которых подключены к выходам вычитателей 16, 17 и 18 соответственно, логический блок 22, входы которого попарно подключены к выходам выявителей, а по выходам раздельно формируются управляющие сигналы на выключатели 7, 8 и 9 генераторных ветвей.

Схема работает следующим образом. Ток в i-ой генераторной ветви системы (i 1,2,3) можно определить по выражению где электродвижущая сила (ЭДС) и сопротивление i-ой генераторной ветви; напряжения в точке соединения ветвей.

Токи генераторных ветвей через трансформаторы тока 10, 11 и 12 поступают на входы преобразователей 13, 14 и 15 соответственно. На их выходах формируются сигналы X₁, X₂ и X₃, пропорциональные этим токам: где K коэффициент пропорциональности, равный произведению коэффициентов передачи последовательно включенных трансформатора и преобразователя тока.

Сигналы X_i на входы вычитателей 16, 17 и 18 образуют пары X₁ и X₂, X₂ и X₃, X₁ и X₃ соответственно, число которых равно возможному числу пар генераторных ветвей. Выходной сигнал каждого сумматора равен X_i-k= X_i·α_i-k-X_k·α_k-i, (3) (3) где i и k индексы сигналов соответствующей входной пары; α_i-k и α_k-i - постоянные коэффициенты передачи по верхнему и нижнему входам сумматора, на которые поступают сигналы X_i и X_k соответственно.

Коэффициенты α_i-k и α_k-i выбираются расчетным путем:


где сопротивление i-ой и k-ой генераторных ветвей выбранной пары (i < k).

С учетом (2), (4) и (5) можно представить (3) в следующем виде:

Подставляя в (6) значения по (1), получим

Очевидно, что сигнал X_i-k независимо от количества генераторов, идущих асинхронно, пропорционален току двухмашинного АР через суммарное сопротивление генераторных ветвей, связывающих ЭДС . Соответственно любой сложный АР можно рассматривать как ряд двухмашинных АР, выявляя каждый из них независимо по изменению амплитуды сигналов X_i-k с помощью выявителей 19, 20 и 21, на входы которых эти сигналы (X_1-2, X_1-2 и X_1-2) поступают.

При этом в упомянутых выявителях может быть использован любой известный способ выявления двухмашинного АР, где оцениваются характер и величина изменения амплитуды режимного параметра, например способ, согласно которому фиксируют АР после заданного времени существования колебаний амплитуды режимного параметра с периодом не более заданного, если отношение ее минимального значения в цикле колебаний к максимальному находится в заданных пределах. Этот способ и схема реализации выявителей приведены в [3]
На выходах выявителей имеют место логические сигналы A_i-k, соответствующие входным величинам X_i-k. Для блоков 19, 20 и 21 это сигналы A_1-2, A_2-3 и A_1-3, которые равны 1 при наличии АР между контролируемой парой генераторов и 0 при его отсутствии. Сигналы A_i-k подаются на входы логического блока 22, на выходах которого формируются управляющие сигналы B_j, где j номер выхода, равный номеру генераторной ветви, для которой этот сигнал предназначен. В рассматриваемом варианте реализации способа сигналы B_j (j 1,2,3) воздействуют на выключатели 7,8 и 9 ветвей 1,2 и 3 и равны
B₁ A_1-2·A_1-3, (8)
B₂ A_1-2·A_2-3, (9)
B₃ A_1-3·A_2-3. (10)
Формулы (8) (10) могут быть представлены в общем виде для произвольного числа генерирующих ветвей:

где i и k номера генераторных ветвей, составляющих пару, причем k > i (см. выше).

Следовательно согласно (11) сигнал B_j формируется по количеству генераторных ветвей в виде логического произведения тех сигналов A_i-k, у которых индекс i или k равен j.

Такой способ формирования управляющих сигналов обеспечивает разделение всех источников при многомашинном АР [B₁ B₂ B₃ 1 при A_1-2 A_2-3 A_1-3 согласно (8) (10)] в то время как при АР более низкого порядка разделяются только несинхронно идущие группы источников (например, B₁ 1, a B₂ B₃ 0 при A_1-2 A_2-3 1, а A_1-3 0).

Следует заметить, что работоспособность способа не зависит от числа N ветвей, однако его реализация с ростом этого числа резко усложняется. Так, при N, равном четырем, потребуется уже шесть вычитателей и столько же выявителей АР (по числу пар ветвей). Кроме того, усложняются логические функции, так как растет число вариантов АР. Но этот фактор не ограничивает возможности предложенного способа, так как практический интерес для энергосистемы представляет именно рассмотренный вариант реализации.

Дело в том, что четырехмашинные и более АР составляют в энергосистемах ничтожный процент от общего числа АР. Кроме того, вычислительная техника позволит легко решать задачи любой сложности.

Таким образом, предложенный способ обладает высокой устойчивостью функционирования, так как оперирует с величинами, характер изменения которых отвечает закономерностям двухмашинного АР, а также повышенной селективностью, позволяющей регистрировать двухмашинные и многомашинные АР и формировать оптимальные управляющие воздействия.

Формула изобретения

Способ выявления асинхронного режима в энергосистеме, согласно которому измеряют величину сопротивления X_i для каждой из N генераторных ветвей, пропорциональную току i-ой ветви, где i- номер ветви от 1 до N, используют измеренную величину для формирования режимного параметра, по изменению амплитуды которого выявляются асинхронный режим, и формируют управляющие сигналы по результатам этого выявления, отличающийся тем, что для каждой пары X_i и X_к измеренных величин, где к номер генераторной ветви больше i, дополнительно вычисляют величины X_i-k, для чего X_i и X_k умножают на коэффициенты α_i-k и α_k-i пропорциональные сопротивлению i-ой и к-ой ветвей соответственно и обратно пропорциональные сумме этих сопротивлений, и вычисляют X_i-k, как разность полученных величин α_i-k·X_i и α_k-i·X_k, используют X_i-k в качестве упомянутого режимного параметра, по изменению амплитуды X_i-k выявляют асинхронный режим между каждой парой генераторов, фиксируют его посредством логического сигнала A_i-k и формируют управляющие сигналы отдельно для каждой j-ой генераторной ветви согласно логической функции B_j типа "И", аргументами которой являются те сигналы A_i-k, у который индекс i или k равен j.

РИСУНКИ

Рисунок 1