Способ предотвращения лавины напряжения в энергосистеме



Способ предотвращения лавины напряжения в энергосистеме

 


Владельцы патента RU 2508590:

Открытое акционерное общество "Системный оператор Единой энергетической системы" (RU)

Использование: в противоаварийной автоматике энергосистемы для предотвращения каскадных аварий, связанных с лавинообразным снижением напряжения. Технический результат - ликвидация дефицита реактивной мощности в энергорайоне и предотвращение лавинообразного понижения напряжения. Способ заключается в измерении напряжения, активной и реактивной мощности на шинах станции, контроле наличия аварийных сигналов от штатной автоматики генератора «ограничение перегрузки по току ротора» и при их наличии от всех генераторов, подключенных к шинам станции, осуществление отключения нагрузки контролируемого энергорайона с точным определением объема разгрузки, рассчитанного по формуле

Δ P 1 = B B 2 A C A ,

где А, В, С - расчетные коэффициенты, определяемые на основании измерения величин активной мощности, реактивной мощности и напряжения на шинах станции.

 

Область техники

Изобретение относится к области электротехники, в частности к средствам противоаварийной автоматики энергосистемы, и предназначено для предотвращения каскадных аварий, связанных с лавинообразным снижением напряжения.

Уровень техники

Наличие дефицитных энергорайонов и крупных транзитных перетоков мощности создают условия, при которых в случае возникновения аварийного возмущения в энергосистеме для покрытия дефицита реактивной мощности действия автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) генераторов на электростанциях энергорайона и резерва реактивной мощности оказывается недостаточно. При исчерпании резерва по реактивной мощности генераторы перегружаются по току ротора [1] и, как следствие, либо отключаются от сети действием технологических защит, либо напряжение генератора не поддерживается устройствами АРВ в заданных пределах. И тот и другой процесс связан с понижением напряжения в районе нагрузки, питающейся от электростанций, вследствие чего возможно возникновение процесса лавины напряжения с погашением потребителей энергорайона.

Процесс развития лавины напряжения может протекать очень быстро. Современные устройства противоаварийной автоматики не всегда позволяют вовремя предотвратить лавинообразный процесс, действуют с определенной выдержкой времени.

Известен способ отключения части нагрузки при аварии в энергосистеме, используемый в автоматике ограничения снижения напряжения (АОСН). Действие автоматики направлено на обеспечение необходимого запаса по напряжению в узлах нагрузки в послеаварийном режиме при аварийном отключении элементов сети [1]. Применение АОСН позволяет повысить надежность энергоснабжения оставшейся части потребителей и снизить аварийный ущерб. Использование АОСН основывается на предварительном расчете серии аварийных ситуаций в энергосистеме, в результате расчета определяется место и объем управляющих воздействий АОСН. В качестве контролируемого параметра используется напряжение в узлах нагрузки. В результате снижения напряжения ниже заданной уставки АОСН производит отключение части нагрузки. Выполнение действия АОСН по ступеням осуществляется с разной выдержкой времени. Действие АОСН с суммарной выдержкой времени может оказаться недостаточным для предотвращения лавины напряжения.

Известен способ поддержания требуемого уровня напряжения в энергорайоне с помощью форсировки возбуждения генераторов [2]. При снижении напряжения в районе нагрузки АРВ каждого генератора данного энергорайона, поддерживая заданный уровень напряжения, увеличивает ток ротора и выдачу реактивной мощности. При исчерпании резерва по реактивной мощности возможна перегрузка генераторов электростанций энергорайона по току ротора с действием штатной автоматики генератора, входящей в состав АРВ - (ограничения перегрузки - ОП), на снижение тока ротора генераторов, что может привести к дальнейшему снижению напряжения в узлах энергорайона.

Известен, также, способ автоматической разгрузки генераторов электростанции при статической перегрузке электропередачи (АРСП), описанный в [3]. В указанном способе контроль загрузки электропередачи (станции) осуществляется по активной мощности. Автоматика фиксирует ситуации, когда активная мощность по контролируемому сечению достигает заданной уставки срабатывания и по заданному алгоритму (с выдержкой времени или без нее) действует на разгрузку электропередачи.

Причинами перегрузки электропередачи могут быть:

- возникновение внезапного дефицита генерирующей мощности в приемной относительно данной электропередачи части энергосистемы, вызванного отключением генератора (энергоблока), частичным или полным сбросом электрической нагрузки электростанцией, отделением избыточного энергоузла;

- возникновение внезапного избытка генерирующей мощности в передающей относительно данной электропередачи части энергосистемы, вызванного отделением дефицитного энергоузла, сбросом потребителями электрической мощности вследствие близкого короткого замыкания или по технологическим причинам, отключением части нагрузки от АЧР;

- медленное (в темпе изменения режима в энергосистеме) нарастание перетока активной мощности и фазового угла по электропередаче из-за отсутствия резервов мощности на электростанциях в приемной части или отсутствия регулировочного диапазона в сторону разгрузки на электростанциях передающей части, а также вследствие ошибки диспетчерского персонала;

- отключение шунтирующей связи и как следствие - наброс на контролируемую линию электропередачи и увеличение угла.

Наиболее часто АРСП применяется для сохранения устойчивости при возмущениях первых двух видов. Максимальный объем разгрузки, осуществляемый автоматикой, в этом случае равен

Δ P р а з г р max = k f P н б ( P 8 % Σ P м . д Σ ) ,

где Рнб - расчетное значение небаланса, Рм.дΣ - максимально допустимое значение перетока активной мощности в контролируемом сечении, P8%Σ - значение перетока в контролируемом сечении, соответствующее 8%-ному запасу статической устойчивости, kf - частотный коэффициент, характеризующий долю мощности отключившегося генератора, набрасываемую на контролируемое сечение.

Значение Рнб принимается равным наибольшему аварийному дефициту мощности в приемной части (или избытку мощности в передающей части) при отключении наиболее мощного генератора или энергоблока, отделении избыточных (дефицитных) энергорайонов.

Сущность изобретения

Из анализа аварийных режимов следует, что причиной лавины напряжения является дефицит реактивной мощности в районе нагрузки, который впоследствии может развиваться быстро и привести к лавине напряжения и нарушению устойчивости энергосистемы.

Целью предлагаемого изобретения является создание эффективного алгоритма ликвидации аварийных режимов, способных повлечь за собой лавинообразное понижение напряжения и нарушение устойчивой работы энергосистемы.

Указанная цель достигается тем, что отключение нагрузки контролируемого энергорайона осуществляется с точным определением объема разгрузки (отключения), необходимого для ликвидации перегрузки генераторов по току ротора.

Для этого измеряют напряжение, активную и реактивную мощности на шинах станции, контролируют наличие аварийных сигналов от штатной автоматики генератора «ограничение перегрузки по току ротора» и при наличии данных аварийных сигналов от всех генераторов, подключенных к шинам станции, осуществляют отключение нагрузки.

Необходимая величина разгрузки для ликвидации перегрузки по току ротора и ввода режима в допустимую область (ΔР1) может быть определена следующим образом.

Отсутствие перегрузки генератора по току ротора равнозначно условию

Eq≤Eqдоп,

где

Eq - действующие значение эдс одного генератора либо эквивалентная эдс генераторов станции, Eqдоп - допустимое значение эдс по условию загрузки током ротора, определенное на основании нормативных показателей по оборудованию.

Выражение Eqдоп генератора можно представить в виде:

E q д о п = ( U + ( Q k Δ P 1 ) x d U ) 2 + ( ( P Δ P 1 ) x d U ) 2 ,                                        ( 1 )

где Р, Q, U - величины активной, реактивной мощности и напряжения на шинах станции - соответствуют режиму генератора (станции) при аварийной перегрузке,

ΔP1 - величина разгрузки, при которой ток ротора генератора снижается до допустимого значения, что равнозначно условию Eq=Eqдоп,

k - соотношение между реактивной и активной составляющими мощности генератора (станции) (tgφ),

Xd - синхронное реактивное сопротивление генератора или эквивалентное сопротивление генераторов всей станции по продольной оси [Ом].

Выражение (1) целесообразно переписать в следующем виде

( E q д о п U ) 2 = ( 1 + x d o . e . ( Q k Δ P 1 S ) ) 2 + ( x d o . e . ( P Δ P 1 S ) ) ,                                     ( 2 )

где S - полная мощность генератора, S = P 2 + Q 2 ,

xdo.e. - синхронное реактивное сопротивление генератора или эквивалентное сопротивление генераторов всей станции по продольной оси в относительных единицах.

Из (2) следует квадратное уравнение относительно величины ΔP1

A Δ P 1 2 2 B Δ P 1 + C = 0,                                                                                 ( 3 )

где

A=1+k2

B = S x d o . e . k + k Q + P ;

C = ( S x d o . e . + Q ) 2 + P 2 ( E q д о п U ) S 2 x d o . e . 2

Исходя из этого величина необходимой разгрузки энергорайона для снятия с генератора перегрузки по току ротора определяется как:

Δ P 1 = B B 2 A C A ,

или

Δ P 1 = ( S x d o . e . k + k Q + P ) + ( S x d o . e . k + k Q + P ) 2 4 ( 1 + k 2 ) ( ( S x d o . e . + Q ) 2 + P 2 ( E q д о п U ) S 2 x d o . e . 2 ) 1 + k 2

Величина разгрузки определяется на основании параметров Р, Q, U на шинах станции, получаемых в ходе изменения режима.

Своевременное отключение вычисляемого объема нагрузки по факту превышения током ротора допустимого значения позволит избежать отключения генераторного оборудования и каскадного развития лавины напряжения.

Осуществление изобретения

Для тестирования предложенного способа рассмотрены аварийные процессы с перегрузкой по току ротора генераторов Ямбургской ГТЭС операционной зоны Тюменского РДУ и генераторов ТЭЦ-7 операционной зоны Ленинградского РДУ. Проведенные расчеты показали, что при использовании предложенного способа в рассмотренных аварийных процессах ликвидируется дефицит реактивной мощности в энергорайоне, лавинообразное развитие аварийного процесса при этом не происходит. Расчетная величина разгрузки энергорайона, необходимая для ликвидации перегрузки генератора по току ротора и рассчитанная по измеряемым параметрам текущего режима, обеспечивает эффективную нормализацию режима и предотвращает возможность снижения напряжения генераторов с негативными последствиями для энергоснабжения энергорайона.

Источники информации

1. Невельский В.Л., Тен Е.А. Требования к электропередаче, обеспечивающей связь нагрузочного узла с системой (предельная мощность удаленного узла нагрузки). - Известия НИИПТ №64, 2010.

2. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем. Учебник для вузов./Под ред. А.Ф.Дъякова. - М.: НЦ ЭНАС, 2000. - 504 с. [с.410-414].

3. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 390 с. [с.233].

Способ предотвращения лавины напряжения в энергосистеме заключающийся в том, что измеряют напряжение, активную и реактивную мощности на шинах станции, контролируют наличие аварийных сигналов от штатной автоматики генератора «ограничение перегрузки по току ротора» и при наличии данных аварийных сигналов от всех генераторов, подключенных к шинам станции, осуществляют отключение нагрузки контролируемого энергорайона с точным определением объема разгрузки, необходимого для ликвидации перегрузки по току ротора, который определяется как
Δ P 1 = B B 2 A C A ,
где A=1+k2,
B = S x d o . e . k + k Q + P ,
C = ( S x d o . e . + Q ) 2 + P 2 ( E q д о п U ) S 2 x d o . e .
расчетные коэффициенты, вычисляемые на основании измерения величин активной Р, реактивной Q мощности и напряжения U на шинах станции в режиме при аварийной перегрузке,
S - полная мощность генератора,
S = P 2 + Q 2 ,
xdo.e. - синхронное реактивное сопротивление генератора или эквивалентное сопротивление генераторов всей станции по продольной оси в относительных единицах,
k - соотношение между реактивной и активной составляющими мощности генератора (станции) (tgφ),
Eqдоп - допустимое значение эдс по условию загрузки током ротора, определенное на основании нормативных показателей по оборудованию.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для энергопитания. .

Изобретение относится к электроэнергетике и к информационно-измерительной технике и может быть использовано для автоматического контроля и управления энергетической эффективностью потребительских энергетических систем.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике релейной защиты. .

Изобретение относится к управлению колебаниями и системе электрического питания и может быть использовано в системе электрического питания, содержащей электрическую и механическую цепи, например при работе электрогенератора и турбины, соединенных между собой валом.

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах противоаварийного управления энергоблоками теплоэлектростанций и теплоэлектроцентралей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электропередачи. .

Использование - в области электроэнергетики. Технический результат -обеспечение возможности выявления источника возникновения синхронных колебаний. Устройство содержит для каждого генератора блок корреляторов, включающий первый и второй датчики, которые подсоединены к клеммам синхронного генератора, первый и второй корреляторы, определяющие коэффициенты взаимной корреляции действующего значения напряжения и реактивной мощности, первые входы которых подсоединены к выходу первого датчика, второй вход первого коррелятора подключен к выходу второго датчика, блок временной задержки, вход которого также подключен к выходу второго датчика, а выход подключен ко второму входу второго коррелятора, и анализирующее устройство, к входам которого подключены выходы первых и вторых корреляторов блоков корреляторов всех генераторов, причем сигнал на выходе анализирующего устройства появляется в случае, когда один из синхронных генераторов является источником синхронных колебаний в энергосистеме или межмашинных колебаний в группе генераторов одной электростанции. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники, в частности, для управления насосными установками и может быть использовано в поочередном управлении трехфазной и однофазной нагрузками по одной четырехпроводной сети. Устройство содержит на входе линии электропередачи защитный аппарат, трехфазный магнитный пускатель, соединенный с подключенной в конце линии трехфазной нагрузкой, к выводам которого подключены три конденсатора, соединенные в звезду с искусственной нулевой точкой, в начале линии - датчик наружной температуры, соединенный с однофазным магнитным пускателем, контакт которого включен параллельно контакту одной из фаз трехфазного магнитного пускателя, а в конце линии - нагреватель, включенный между нулевым проводом и искусственной нулевой точкой трех конденсаторов. Технический результат - обеспечение возможности не прокладывать кабели управления, отказаться от коммутационных аппаратов, находящихся в неблагоприятной среде. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано преимущественно в сельской местности и в садоводческих товариществах при использовании трансформаторных подстанций (ТП) относительно небольшой мощности. Система стабилизации напряжения содержит трансформаторную подстанцию и воздушную линию электропередачи с ответвлениями электроэнергии, три независимо работающих устройства вольт-добавки на каждой из фаз линии, установленные на конце последней, устройство вольт-добавки выполнено в виде мостовой схемы, две параллельно включенные между собой ветви которой состоят из последовательно соединенных накопительной LC-линии задержки и двунаправленного транзисторного коммутатора, в диагонали мостовой схемы установлен симистор, накопительные LC-линии задержки ветвей мостовой схемы соответственно подключены к фазному и нулевому проводникам, Технический результат - выравнивание напряжения сети по всей длине линии электропередачи при изменяющейся нагрузке подключаемых к ней абонентов. Заявляемое техническое решение может найти широкое распространение и для индивидуального использования абонентами в условиях сильно варьируемого сетевого напряжения.1з.п.ф-лы, 6ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к противоаварийному управлению. Технический результат заключается в решении задач распределенного контроля загрузки элементов сети сложного энергообъединения, основным для предлагаемого способа является перераспределение перетоков мощности в сложном энергообъединении с целью снижения загрузки перегруженных элементов. Для этого в заявленном способе, включающем учет взаимного влияния перетоков мощности по элементам сети путем воздействия на электрические устройства, обладающих способностью изменять свое продольное сопротивление, сложную систему разбивают на совокупность контролируемых и неконтролируемых подсистем, оказывающих минимальное взаимное влияние, при этом контроль перегрузки элементов осуществляется циклически отдельно для каждой из подсистем, автоматика каждой подсистемы контролирует текущий режим, в случае возникновения перегрузки выполняется расчет управляющих воздействий путем решения линейной задачи оптимизации, перегрузка элементов сети предотвращается путем выдачи данных управляющих воздействий на устройства, которые способны изменять свое продольное сопротивление. 3 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение надежности и эффективности защиты. Устройство включает блок контроля, вход которого подключен к току ввода секции шин распределительного устройства, первый, второй и третий таймеры с исполнительными блоками. Выход блока контроля максимального тока соединен к первому, второму и третьему таймерам, при этом выход первого таймера подключен к первому, второму, третьему исполнительным блокам и блоку сигнализации, а выход второго таймера подключен к четвертому исполнительному блоку, а выход третьего таймера подключен к четвертому исполнительному блоку, причем первый, второй и третий исполнительные блоки являются выходами первой ступени защиты от потери питания и действуют на отключение электроприводов бурового ротора, бурового насоса и системы верхнего привода, а четвертый исполнительный блок является выходом второй ступени защиты и действует на отключение электропривода буровой лебедки, при этом пятый исполнительный блок является выходом третьей ступени защиты и действует на отключение вводного выключателя секции шин распределительного устройства. 1 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - упрощение и повышение надежности способа при большом числе мест измерений сети энергоснабжения. Согласно способу каждое значение, измеренное с помощью векторного измерительного прибора, привязывается к опорному значению с образованием нормированного измеренного значения, для каждого измеренного значения предоставляется пороговое значение, указывающее порог, с которого наступает критическое состояние сети энергоснабжения на соответствующем месте измерений, каждое пороговое значение привязывается к опорному значению с образованием нормированного порогового значения, из каждого нормированного порогового значения и относящегося к нему нормированного измеренного значения определяется нормированное разностное значение, нормированные разностные значения с совпадающими временными метками подвергаются статистической оценке, из результата которой формируется функция статуса, и функция статуса индицируется в устройстве (12) центра управления сети энергоснабжения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов электроэнергетических систем. Технический результат - обеспечение контроля работоспособности устройств АРВ в составе БСВ при управлении режимами ЭЭС по данным текущей регистрации параметров режима работы генераторов и бесщеточных возбудителей в различных режимах работы. Система мониторинга указанного АРВ содержит: датчики режимных параметров генераторов и бесщеточных возбудителей; измерительные преобразователи для формирования привязанных к системе единого времени цифровых режимных параметров контролируемых генераторов; анализатор функционирования АРВ в составе БСВ генераторов электростанции с программным обеспечением для выполнения алгоритмической обработки полученных данных; выходной регистратор ЭЭС, на который поступают сигналы о состоянии указанного АРВ; датчики дискретных сигналов штатной автоматики системы возбуждения контролируемых генераторов и локальную сеть для связи измерительных преобразователей и датчиков дискретных сигналов с анализатором функционирования указанного АРВ. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - определение в режиме реального времени в контролируемой точке электроэнергетической системы (ЭЭС) синхронизирующей мощности (СМ), представляющей реакцию на возникновение колебательного процесса для последующего принятия диспетчером или соответствующей автоматикой мер воздействия по устранению этих колебаний. Система включает цифровой регистратор параметров электрического режима и параметров, установленный в контролируемой точке энергосистемы; комплекс вычислительных средств и выходной регистратор, содержащий человеко-машинный интерфейс. Комплекс вычислительных средств содержит расчетно-аналитический блок, который включает блок контроля состава измерений, поступающих от цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ, вход которого соединен с выходом цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ; блок хранения проектных и экспериментальных параметров и характеристик СМ, вход которого соединен с одним из выходов блока контроля состава измерений, поступающих от цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ; блок расчета синхронизирующей мощности СМ на основе параметров электрического режима и параметров работы машины, входы которого соединены с одним из выходов блока контроля состава измерений, поступающих от цифрового регистратора параметров электрического режима и параметров работы СМ, и выходом блока хранения проектных и экспериментальных параметров и характеристик СМ, а выход соединен со входом выходного регистратора, содержащего человеко-машинный интерфейс и отображающего информацию о рассчитанной синхронизирующей мощности. 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 2 табл.
Наверх