Способ автоматического восстановления частоты в энергосистеме при аварийном понижении частоты

 

Использование, в энергетике, в противоаварийной автоматике для восстановления частоты после ее аварийного понижения . Сущность изобретения: при аварийном понижении частоты ниже уставки производят запуск всех резервных генераторов, производят устройствами автоматической частотной разгрузки (АЧР) отключение части нагрузки С целью уменьшения ущерба каждому i-му резервному генератору задают свою характеристику регулирования, задаваемую третьим коэффициентом пропорциональности Кз1 . Общую для всех резервных генераторов характеристику регулирования задают первым коэффициентом пропорциональности Кь при этом К2. Измеряют df/dt если df/dt3r K3i (f-fn). то подают сигнал на увеличе ние мощности 1-го генератора, если Ki(f-fn) df/dt K3i (f-fn). то снимаю сиг нал на увеличение мощности, если df/dt Ki(f-fH), то подают сигнал на уменьшение генерируемой мощности 2 ил

СО<ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. Ж,» 1758766 А1 (1<)5 Н 02 J 3/24

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4811395/07 (22) 09.04.90 (46) 30.08,92. Бюл. N. 32 (71) Рижский политехнический институт им, А,Я.Пельше (72) Н.С.Гуров, А.В.Семенов и В.Н.Чувычин (56) Барзам А.В. Системная автоматика. М.:

ГЭИ, 1959, с. 256. Рабинович P.Ñ. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем. М.: Энергия, 1980. с. 105.

Авторское свидетельство СССР

М 1262625, кл. Н 02 J 3/24, 1985.

Авторское свидетельство СССР и 1684859, 1989. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ ПРИ АВАРИЙНОМ ПОНИЖЕНИИ

ЧАСТОТЫ (57) Использование: в энергетике, в противоаварийной автомвтике для восстановления частоты после ее аварийного понижения. Сущность изобретения: при аварийном понижении частоты ниже уставки производят запуск всех резервных генераторов, производят устройствами автоматической частотной разгрузки (АЧР) отклю <ение части нагрузки. С целью уменьшения ущерба каждому l-му резервному генератору задают свою характеристику регулирования, задаваемую третьим коэффициентом пропорциональности Кз;, Общую для всех резервных генераторов характеристику регулирования задают первым коэффициентом пропорциональности К<, при этом

К<>Кз > K2. Измеряют df/dt. если df/dtqi>Kai (f-f><). то подают сигнал на увеличение мощности i-го генератора, если

Kq(f f«) >df/dt>Êçi (f f„}, то снимаю< сигнал на увеличение мощности, если

df/dt>K<(f — fH), то подают сигнал на Уменьшение генерируемой мощности. 2 ил.,,4 Щ (. ф о с

Изобретение относится к противоаварийной автоматике. а именно к способам восстановления частоты после ее аварийного понижения.

Нарушение баланса генерируемой и потребляемой мощностей в энергосистеме приводит к аварийному снижению частоты.

Для восстановления частоты B энергосистеме применяется ряд мер.

Известен способ восстановления частоты в.энергосистеме при аварийном понижении частоты путем измерения частоты. сравнения ее с уставкой запуска и запуска резервных генераторов в момент снижения частоты нижеуставки запуска. При этомочередность запуска резервных генераторов осуществляется по-разному, в определенной очередности с разными выдержками времени и т.д.

Недостатком такого способа восстановления частоты в энергосистеме является затянутость процесса ликвидации дефицита генерируемой мощности.

Известен также способ восстановления частоты в энергосистеме путем отключения части нагрузки устройствами автоматической частотной разгрузки {АЧР).

Известен способ АЧР, по которому дополнительно измеряют скорость изменения частоты, отключают очередями часть нагрузки в случае, когда частота ниже уставки запуска АЧР и скорость изменения частоты

1758766 меньше разности номинального и текущего значений частот. умноженной на коэффициент пропорциональности, определяемый максимальной постоянной времени энергосистемы.

При этом процесс восстановления идет быстрее, но оба вида автоматики (резерв генераторов и АЧР) действуют независимо на восстановление частоты в энергосистеме без согласования, в результате чего нельзя минимизировать ущерб от аварии.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, по которому измеряют частоту, сравнивают с уставкой запуска и запускают все резервные генераторы с возбуждением одновременно в момент снижения частоты ниже уставки, измеряют скорость изменения час тоты и управляют набором мощности, оценивая частоту и скорость ее изменения, При этом в зависимости от результата сравнения скорости изменения частоты с разницей между номинальной частотой и текущим значением частоты, умноженной на коэффициент пропорциональности, определяемый максимально допустимой скоростью изменения частоты и постоянной времени энергосистемы, подается сигнал на увеличение или уменьшение генерируемой мощности.

Однако в этом в случае также отсутствует координация автоматики пуска турбин и устройств АЧР и минимизация ущерба.

Цель изобретения — уменьшение ущерба от частотной аварии, ускорение процесса восстановления частоты и ликвидации дефицита мощности в энергосистеме.

Поставленная цель достигается тем, что при аварийном снижении частоты в регуляторах турбин резервных генераторов, как и в устройствах АЧР, сравнивают значение скорости изменения частоты в энергосистеме с величинами, каждая из которых сформирована как разность номинального и текущего значения частот, умноженная на соответствующие коэффициенты пропорциональности, определяемые максимальной постоянной времени энергосистемы, максимальной допустимой скоростью изменения частоты и допустимой погрешностью регуляторов турбин, причем коэффициент пропорциональности устройств АЧР минимальный, величина с максимальным коэффициентом пропорциональности одинакова для всех резервных генераторов, а величина со средним коэффициентом пропорциональности для каждого генератора своя, если скорость изменения частоты в каждом генераторе меньше величины со средним коэффициентом пропорциональности. то подают сигнал на увеличение гене5

ЗО

45 .10

55 рируемой мощности, если скорость больше величины со средним коэффициентом и меньше величины с большим коэффициентом, то снимают подачу сигнала на увеличение генерируемой мощности, если скорость изменения частоты больше величины с большим коэффициентом пропорциональности, то подают сигнал на уменьшение генерируемой мощности.

На фиг, 1 представлен пример восстановления частоты в энергосистеме с помощью резервных генераторов и устройств

АЧР, Процесс восстановления частоты изображен на фазовой плоскости. Состоянию энергосистемы в любой момент времени соответствует точка на фазовой плоскости с координатами (1, df/dt). Точка К соответствует нормальному режиму работы энергосистемы с координатами (f=fH, df/dt=0), где fu — номинальная частота.

Условием запуска резервных генераторов и отключения части нагрузки устройствами АЧР является снижение частоты ниже устдвок запуска fsan.ген и тзап.дчР и Выполнение условия df/dt — Кп(1 -f) < О, где Kn — коэффициент пропорциональности. У равнение

df/dt=Kn(fe f) является уравнением динамической характеристики регулирования АЧР и резервных генераторов. В рассматриваемом примере динамические характеристики представлены в виде прямых, исходящих из точки К, В общем случае коэффициент Кп может быть зависим от частоты, тогда динамические характеристики могут иметь нелинейный характер, Кривая KL является динамической характеристикой регулирования АЧР, она лежит ниже динамических характеристик резервных генераторов KM...., КР. Такое расположение характеристик обеспечивается соответствующим выбором коэффициентов пропорциональности Кп. Выбор коэффициентов пропорциональности Кп зависит от многих параметров. Так, для того, чтобы динамическая-характеристика регулирования АЧР (К1 ) лежала ниже динамических характеристик резервных генераторов, т.е. чтобы устройства АЧР прекращали срабатывание раньше резервных генераторов, коэффициент пропорциональности для АЧР (назовем его Kz) должен быть меньше остальных коэффициентов. Поэтому коэффициент Кз должен соответствовать наибольшей возможной постоянной времени системы, так как К=1/ басист, Следовательно, К2= " /т сист. макс.

При возникновении в энергетической системе дефицита мощности, например при

1758766 отключении генераторов или линий электропередачи, происходит снижение частоты в энергосистеме. Когда частота становится меньше частоты запуска генераторов узап.ген, производят включение резервных генераторов, при этом состояние энергосистемы соответствует точке А на фазовой плоскости с частотой узап,ген и отрицательным значением скорости изменения частоты. Далее поведение регуляторов мощности резервных генераторов зависит от состояния энергосистемы и выбранной динамической характеристики регулирования.

При достижении частотой значения узап.АЧР начинает работать АЧР и происходит отключение части нагрузки (точка В), при этом скорос1ь изменения частоты меняется скачком. Процесс изменения частоты в энергосистеме на фазовой плоскости отображен фазовой траекторией, причем если набор мощности генераторами приводит к плавному изменению траектории, то отключение очередной нагрузки устройствами

АЧР приводит к скачкообразному изменению траектории. В момент, которому соответствует точка С плоскости, скорость изменения частоты становится равной нулю.

Управление энергосистемой по траектории КР, проходящей через точку К (df/d1=0. 1=1н), осуществляется гекератором, имеющим наибольший приоритет управления.

В зоне 1 (ниже кривой KL) работают как устройства АЧР, так и регуляторы всех генераторов, которые подают сигнал на увеличение мощности генераторов. Когда точка состояния лежит выше динамической характертистики АЧР (точка О), то отключение потребителей прекращается, но продолжается увеличение мощности генераторов, В зоне 2 (между кривыми KL и КР) АЧР не работает, регуляторы мощности резервных генераторов увеличивают мощность тех генераторов, у которых динамическая характеристика расположена выше точки, определяющей состояние энергосистемы в данный момент времени. Регуляторы мощности тех генераторов, динамическая характеристика которых в зоне 2 расположена ниже точки состояния системы, не изменяют мощности генераторов, Наклон дикамических характеристик между кривыми К1 и

КР для разных генераторов различен. Это выполняется исходя из обеспечения приоритетности работы разных резервных генераторов, так как зона между кривыми К и KP есть зона с положительной скоростью изменения частоты (идет процесс повышения частоты) и излишнее увеличение мощности может привести к перерегулированию в энергосистеме. Степень наклона характеристик зависит как от максимальной постоянной времени энергосистемы, так и

5 от погрешности регуляторов генераторов, чтобы иэ-эа погрешности не получилось перехлеста динамических характеристик.

Обозначим коэффициент пропорциональности, соответствующий динамической ха10 рактеристике, различной для каждого генератора, через Кз, В зоне 3, выше динамической характеристики KP (общей для всех генераторов)— точка F, подается сигнал на уменьшение

15 мощности всех резервных генераторов. Коэффициент пропорциональности К1. соответствующий кривой КР, определяется максимально допустимой скоростью изменения частоты в энергосистеме.

20 Таким образом, можно на фазовой плоскости различить три зоны. Зона 1 — зона дефицита. в которой происходит набор мощности генераторами и работа АЧ P. Зона

2 — зона, в которой прекращается работа

25 АЧР, но продолжают набирать мощность все или часть генераторов. Зона 3 — зона избытка мощности, где генераторы начинают снижать генерирующую мощность, Следовательно, замер частоты и скоро30 сти ее изменения позволяет оценить состояние энергосистемы, определить признак ее дефицитности. Одновременный запуск всех генераторов и работа АЧР позволяет ускорить процесс восстановления частоты, 35 Выбор коэффициентов пропорциональности Кп позволяет обеспечить приоритет воздействия на частоту в энергосистеме отдельных групп генераторов под воздействием АЧР, что уменьшает ущерб, уменьшая

40 отключение нагрузки от АЧР, Предлагаемый способ реализуется в энергосистеме, в которой выделены отдельные резервные генераторы с регуляторами мощности, а также устройства АЧР, распре45 деленные в энергосистеме, действующие на отключение части нагрузки. Для реализации . способа могут быть применены, например, известные устройства АЧР.

Все устройства АЧР имеют одинаковую

50 динамическую характеристику (кривая KL). a следовательно, одинаковый коэффициент пропорциональности К2 в уравнении динамической характеристики регулирования.

Резервные генераторы Г1, Г2, „., Г име55 ют одинаковую динамическую характеристику КР и различные динамические характеристики, ограничивающие зону 2, т.е, разные коэффициенты пропорциональности Kz, где I=1...n (номер генератора).

Это значит, что разные генераторы имеют

* 1758766 разные наклоны динамических характеристик, от которых зависит набор мощности генераторов. В ходе восстановления частоты в.энергосистеме сначала запустятся все резервные генераторы и будут набирать 5 мощность, а также начнут работать все устройства АЧР. Приоритетность работы АЧР будет определяться уставками по частоте и времени. По мере восстановления частоты и увеличения скорости ее изменения траек- 10 тория состояния энергосистемы будет пересекать поочередно динамические характеристики с коэффициентами Кз

K3g ...,. При этом постепенно прекращается набор мощности отдельными генераторами (Г>, Г2,, ) и продолжается пока набор мощности только генераторами, динамическая характеристика которых лежит выше точки состояния траектории. Таким образом обеспечивается приоритетность работы ре- 20 зервных генераторов и плавность восстановления частоты, На. фиг. 2 показан пример возможной реализации предлагаемого способа восстановления частоты в системе.

Устройство содержит генератор с регулятором 1, регулятор имеет вход 2 на увеличение мощности и вход 3 на уменьшение мощности, дифференциатор 4, четыре сумматора 5 — 8, исполнительный блок 9 на уве- 30 личение мощности генератора, исполнительный блок 10 на уменьшение мощности генератора, ключ 11, ключ 12, управляемый от входа 13 запуска АЧР, пусковой орган 14, умножители 15 — 17, 35 исполнительный орган 18 АЧР, блок 19 преобразования, который преобразует переменное выходное нап ряжение Овых генератора в постоянное напряжение, пропорциональное текущему значению часто- 40 ты, или преобразует переменное выходное напряжение 14 х генератора в число импульсов, пропорциональное частоте, Устройство работает следующим образом.

Выходное напряжение генератора 1 преобразуется преобразователем 19 в величину, пропорциональную частоте f. С выхода преобразователя сигналы подаются на пусковой орган 14, дифференциатор 4, сум- 50 матор 7. Сигнал с выхода преобразователя

19 частоты дифференцируется блоком 4.

При снижении частоты ниже уставки запуска узап генератора срабатывает пусковой орган 14, подавая сигнал на ключ 11, кото- 55, рый подключает выход исполнительного блока 9 с входом 2 регулятора на увеличение мощности генератора. При снижении частоты ниже уставки запуска АЧР 4snA4p подается сигнал управления на.вход 13 ключа 12, Сигналы, пропорциональные скорости изменения частоты df/dt, поступают на один из входов сумматоров 5 — 8. Ка вторые входы сумматоров поступают сигналы, пропорциональные величинам Кз (тн — 1) на вход сумматора 5, K1(f>-f) на вход сумматора 6 и Kz (fn-f) на вход сумматора 8. Сигналы Ki (fH — f), К2 (fH-f) и Кз (тн — f) формируются следующим образом.

Сигнал с выхода преобразователя частоты 19 подается на один из входов сумматора 7. Сумматор 7 суммирует (вычитает) сигнал с выхода 19 с постоянным сигналом

1н, пропорциональным номинальной частоте в энергосистеме. Сигнал с выхода сумматора 7 подается на входы умножителей

15-17, которые умножают этот сигнал соответственно на коэффициенты пропорциональности Kz, K> и Кг. Сигнал с выхода 15 подается на вход сумматора 5, с выхода 16 — на вход сумматора 6. а с выхода 17 — на вход сумматора 8. В зависимости от результатов суммирования входных величин сумматор 5 выдает сигнал на увеличение мощности, если df/dt Кз(н-f) О. Если

df/dt-K>(f>-f), то сумматор 6 выдает сигнал на уменьшение мощности. Исполнительные блоки 9 и 10 осуществляют управление регулятором мощности и представляют собой промежуточные усилители, преобразующие электрический сигнал в другие электрические (механические) сигналы управления. регуляторами турбин.

Если f/dt — К2(1н-fj О, то сумматор 8 выдает сигнал через исполнительный орган

18 АЧР на отключение части потребителей в энергосистеме.

Формула изобретения

Способ автоматического восстановления частоты в энергосистеме при аварийном понижении частоты путем измерения частоты, сравнения ее с уставкой запуска, запу- . ска всех резервных генераторов с возбуждением одновременно в момент снижения частоты ниже уставки запуска. измерения скорости изменения частоты, определения разницы между номинальной частотой и текущим значением частоты, сравнения полученной разницы, умноженной на первый коэффициент пропорциональности, определяемый максимальной допустимой скоростью изменения частоты и постоянной времени энергосистемы, со скоростью изменения частоты и подачи сигнала на уменьшение генерируемой мощности при скорости изменения частоты, большей результата сравнения, на ее увеличение— при скорости изменения частоты, меньшей

1758766

10 результата сравнения, отключения очередями части нагрузки устройствами автоматической частотной разгрузки {АЧР) в случае,когда частота ниже уставки запуска АЧР и скорость изменения частоты меньше разно- 5 сти номинального и текущего значения частот, умноженной на второй коэффициент пропорциональности, определяемый максимальной постоянной времени энергосистемы, причем первый коэффициент 10 пропорциональности больше второго, о тличающийся тем,что,сцелью уменьшения ущерба от частотной аварии, ускорения процесса восстановления частоты и ликвидации дефицита мощности в 15 энергосистеме для каждого I-го резервного генератора, где I=1, ..., n, дополнительно вводят третий коэффициент пропорциональности, определяемый максимальной постоянной времени системы и допустимой 20 погрешностью регулятора I-го генератора, величина которого больше второго и меньше первого коэффициентов пропорциональности, сравнивают значение скорости изменения частоты с двумя величинами, каждая из которых сформирована как разность номинального и текущего значений частот, умноженная на соответственно первый и 1-й третий коэффициенты пропорциональности, причем первую величину с первым коэффициентом пропорциональности устанавливают одинаковой для всех резервных генераторов, а вторую величину с

i-м третьим коэффициентом пропорциональности — для каждого I-го генератора устанавливают свою, если скорость изменения частоты в каждом I-м генераторе меньше второй величины, подают сигнал на увеличение генерируемой мощности, если больше второй, но меньше первой величины, то снимают подачу сигнала на увеличение генерируемой мощности, если скорость изменения частоты больше первой величины, то подают сигнал на уменьшение генерируемой мощности.

1758766

°, .ю

Составитель В. Чувычин

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Н. Шмакова

Редактор А. Orap

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 3007 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб„4/5