Устройство для выявления источника синхронных колебаний



Устройство для выявления источника синхронных колебаний
Устройство для выявления источника синхронных колебаний
Устройство для выявления источника синхронных колебаний
Устройство для выявления источника синхронных колебаний
Устройство для выявления источника синхронных колебаний

 


Владельцы патента RU 2508591:

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

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.

 

Область техники

Изобретение относится к информационно-измерительной технике в энергетике и может быть использовано в устройствах мониторинга работоспособности системных регуляторов в части автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) на энергообъектах и в системах мониторинга переходных режимов.

Уровень техники

Развитие электроэнергетических систем в Российской Федерации идет по пути объединения на параллельную работу энергосистем, мощных электростанций и крупных потребителей электроэнергии, расположенных на обширных территориях, связанных протяженными линиями электропередачи, с организацией централизованного оперативно-диспетчерского управления. Устойчивая и надежная параллельная работа российских энергосистем во многом зависит от правильной и эффективной работы СВ и АРВ. Существенным фактором, снижающим системную надежность, является отсутствие оперативных средств контроля функционирования СВ и АРВ, которые бы обеспечили выполнение объективного анализа их работы.

Одним из известных последствий некорректной работы АРВ является возникновение незатухающих синхронных колебаний низкой частоты в энергосистеме и, связанное с этим, возможное нарушение устойчивости, а также межмашинных колебаний у генераторов в пределах одной электростанции и, как следствие, внутригрупповая неустойчивость.

Известна система анализа колебаний низкой частоты содержащая СМПР, динамическую систему раннего оповещения и систему с человеко-машинным интерфейсом, в которой данные режима с синхронными колебаниями низкой частоты, получаемые СМПР, периодически передаются в режиме реального времени в динамическую систему раннего оповещения, преобразующую полученные данные во входной файл для расчета устойчивости при малом возмущении, и осуществляющую расчет. Полученные результаты передаются обратно в СМПР и далее в систему с человеко-машинным интерфейсом. Таким образом, достигается раннее оповещение о возможном нарушении устойчивости при возникновении малого возмущения в энергосистеме при текущем (измеряемом) режиме [1].

Однако предложенная система не позволяет выявить источник низкочастотных колебаний (генератор и/или электростанцию), что необходимо для принятия диспетчером необходимых по объему мер воздействия для предотвращения нарушения устойчивости.

Сущность изобретения

Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание устройства для выявления источника возникновения синхронных колебаний, то есть определение генератора, неправильная или неэффективная настройка каналов стабилизации которого (в случае АРВ сильного действия) или неисправность (в случае АРВ пропорционального типа) является причиной их возникновения или развития.

Устройство для выявления источника синхронных колебаний содержит для каждого генератора блок корреляторов, содержащий первый и второй датчики (датчик действующего значения напряжения и датчик реактивной мощности синхронного генератора), подсоединенные 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.

Заявляемое устройство не требует использования математических моделей энергосистем, что позволяет исключить ошибки и неточности, связанные с неизбежными упрощениями в математических моделях и заданием оператором больших объемов входных данных (структура сети, эквивалентные параметры элементов и т.п.).

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлена блок-схема заявляемого устройства для выявления источника синхронных колебаний. К клеммам каждого синхронного генератора Г1n подсоединены блоки корреляторов 1, включающие первый датчик 2 и второй датчик 3 действующего значения напряжения и реактивной мощности синхронного генератора. Для определения коэффициентов взаимной корреляции действующего значения напряжения и реактивной мощности введены первый 4 и второй 6 корреляторы. Устройство также содержит блок временной задержки 5 и анализирующее устройство 7.

Сигнал на выходе 7 информирует о том, что определенный анализирующим устройством синхронный генератор - источник синхронных колебаний.

Датчики действующего значения напряжения и реактивной мощности синхронного генератора, корреляторы и блок временной задержки являются стандартными элементами измерительной техники и систем обработки измерительной информации. Анализирующее устройство производит анализ сигналов путем их сравнения друг с другом и с заданными пороговыми значениями.

Устройство для выявления источника синхронных колебаний по данным регистрации режима на объектах энергообъединений работает следующим образом.

Для синхронного генератора, являющегося источником электромеханических синхронных колебаний, характерно, что колебания реактивной мощности синхронного генератора Qг опережают по фазе колебания действующего значения напряжения Uг на клеммах синхронного генератора или эти колебания синфазны. Синхронный генератор, не являющийся источником синхронных колебаний, будет препятствовать возникшим колебаниям или колебания реактивной мощности будут обусловлены колебаниями напряжения, поэтому колебания реактивной мощности находятся в противофазе к колебаниям соответствующего действующего значения напряжения или от них будут отставать по фазе.

Если вышеуказанный критерий фиксируется у нескольких генераторов в пределах одной электростанции, то это свидетельствует о возникновении на этой электростанции межмашинных колебаний. «Аварийный генератор», являющийся источником межмашинных колебаний, среди генераторов, участвующих в межмашинных колебаниях, характеризуется минимальным фазовым сдвигом синхронных колебаний Qг и Uг.

Известен корреляционный метод определения разности фаз или амплитуд синхронно меняющихся величин [2].

При использовании корреляционного метода для оценки фазового сдвига между колебаниями низкой частоты реактивной мощности и действующего значения напряжения генератора критерием оценки источника синхронных колебаний является значение коэффициента взаимной корреляции по фазе kUQ. Для гармонических функций одинаковой частоты kUQ=cosΔφ, где Δφ - фазовый сдвиг колебаний Qг и Uг.

Коэффициент взаимной корреляции Uг и Qг, вычисленный коррелятором, максимален и равен единице, когда сдвиг фаз сравниваемых колебаний равен нулю. С увеличением разности фаз значение коэффициента корреляции уменьшается. Предположим, что действующее значение напряжения на клеммах генератора измеряется первым датчиком 2 и реактивная мощность генератора - вторым датчиком 3. Тогда, если генератор - источник синхронных колебаний, задержка времени данных реактивной мощности, осуществленная блоком 5, уменьшит разность фаз между двумя сигналами, в результате чего коэффициент взаимной корреляции, вычисленный вторым коррелятором 6, станет больше аналогичного значения, вычисленного первым коррелятором 4. Поэтому для синхронного генератора - источника синхронных колебаний значения коэффициентов корреляции, вычисленные корреляторами положительны, причем вычисленное первым коррелятором близко к единице, или значение, вычисленное вторым коррелятором, больше значения, вычисленного первым коррелятором.

Анализирующее устройство 7 сравнивает значения на выходах первого 4 и второго 6 корреляторов и в том случае, когда второй датчик 3 измеряет реактивную мощность генератора, выдает сигнал о том, что

генератор - источник синхронных колебаний в энергосистеме, когда

- значение коэффициента корреляции kUQ1 с выхода первого коррелятора превышает заданное пороговое значение, или,

- kUQ2>kUQ1, и значения kUQ1 и kUQ2 положительны, но меньше заданного порогового значения только у одного из генераторов, или

генератор - источник межмашинных синхронных колебаний выдает в случае, когда kUQ2>kUQ1, и значения kUQ1 и kUQ2 положительны, но меньше заданного порогового значения у нескольких генераторов с индексацией генератора - источника синхронных колебаний по максимальной величине kUQ1 среди данных генераторов.

Если второй датчик измеряет напряжение на клеммах синхронного генератора, неравенство kUQ2>kUQ1 следует заменить неравенством kUQ2<kUQ1.

Таким образом, достигается требуемый технический результат - выявляется источник синхронных колебаний по данным регистрации режима на объектах энергообъединений.

На фиг.2 представлен график мгновенных значений напряжения и реактивной мощности синхронного генератора (Uг и Qг) в случае, когда синхронный генератор является источником синхронных колебаний. На том же графике показаны коэффициенты взаимной корреляции kUQ1 и kUQ2, вычисляемые ежесекундно на частично перекрывающихся временных отрезках 5 с. Значения коэффициентов корреляции близки к единице.

На фиг.3 представлены те же параметры, что на фиг.2, для случая, когда синхронный генератор не является источником синхронных колебаний. Соответствующие коэффициенты взаимной корреляции отрицательны.

Предлагаемое устройство выявления источника синхронных колебаний было реализовано в макете разработанного для ОАО «СО ЕЭС» программно-аппаратного комплекса «Система мониторинга системных регуляторов» (СМСР), который прошел апробацию в условиях физической модели энергосистемы и показал работоспособность и эффективность предложенных технических решений по устройству.

Тестовая схема физической модели энергосистемы, предназначенная для испытаний макета системы мониторинга АРВ и СВ, показана на фиг.4 (объект управления).

Схема включает 6 генераторов со своими блочными трансформаторами, 6 узлов комплексной нагрузки и 7 линий электропередачи. Среди прочих параметров в СМСР фиксируются Qг и Uг и в анализаторе СМСР, в состав которого входит рассматриваемое устройство, оценивается их коэффициент корреляции. Путем специальной настройки АРВ моделируется возникновение в энергосистеме синхронных колебаний на различных частотах.

Пример определения генератора, являющегося источником синхронных колебаний с увеличивающейся амплитудой приведен на фиг.5. Генераторы МГ-64 (Г1) и МГ-47 (Г2) находятся на одной электростанции (ГРЭС), генератор МГ-8 (Г4) - эквивалентный генератор АЭС. Изменение настройки каналов стабилизации АРВ генератора 1 (МГ-64) приводит к выходу рабочей настройки АРВ за границы области устойчивости и возникновению незатухающих синхронных колебаний. Из рисунка видно, что в момент обнаружения синхронных колебаний коэффициент взаимной корреляции Qг и Uг источника колебаний (Г1) устанавливается равным 1.0, что свидетельствует о выявлении неисправного АРВ.

Аналогичные результаты получены при экспериментах, в которых источником колебаний являлись генераторы Г2, Г4 и Г6.

Источники информации

1. Патент ЕР 2302754(А), 2009 Государственной Сетевой Компании Китая «Метод и построение системы анализа колебаний низкой частоты».

2. Айфичер Э., Джервис Б.: Цифровая обработка сигналов. Практический подход. - М., С.-Петербург, Киев: Издательский дом «Вильямс», 2004.

1. Устройство для выявления источника синхронных колебаний, содержащее 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.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве первого датчика используют датчик действующего значения напряжения или датчик реактивной мощности, а в качестве второго датчика используют соответственно датчик реактивной мощности или датчик действующего значения напряжения.



 

Похожие патенты:

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.

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, 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