Способ выявления источника синхронных колебаний



Способ выявления источника синхронных колебаний
Способ выявления источника синхронных колебаний
Способ выявления источника синхронных колебаний

 


Владельцы патента RU 2521768:

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

Область применения - в системах оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) генераторов электростанций. Технический результат - выявление источника возникновения электромеханических синхронных колебаний в диапазоне частот от одной десятой до нескольких Гц, то есть определение генератора с АРВ, 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. Критерием определения источника синхронных колебаний является значение фазового сдвига синхронных колебаний реактивной мощности Qг и действующего значения напряжения генератора Uг. Если колебания реактивной мощности и напряжения генератора синфазны или колебания реактивной мощности опережают колебания напряжения генератора на величину не более заданной, выделенный генератор - источник синхронных колебаний. Генератор, являющийся источником межмашинных колебаний генераторов одной электростанции - выделяют по минимальной величине разности фаз колебаний реактивной мощности и колебаний действующего значения напряжения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) генераторов электростанций.

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, внутригрупповых колебаний генераторов в пределах одной электростанции и, как следствие, внутригрупповая неустойчивость.

Известен метод анализа колебаний низкой частоты, реализованный системой, содержащей систему мониторинга переходных режимов (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 предложенный метод и реализующая его система не позволяют выявить источник низкочастотных колебаний (генератор и/или электростанцию), что необходимо для принятия диспетчером необходимых по объему мер воздействия для предотвращения нарушения устойчивости.

Известен также метод «Оn-line тестирования и диагностики системного стабилизатора» [2], согласно которому предложен способ on-line тестирования эффективности и работоспособности системы возбуждения синхронного генератора (включая регулятор напряжения и системный стабилизатор).

Тестирование предлагается проводить двумя способами: подачей на вход системного стабилизатора сигнала, представляющего собой синусоидальные колебания с частотой 0.5 Гц и ступенчатым изменением уставки регулятора напряжения, позволяющим инициировать колебания в энергосистеме. Специальная анализирующая система регистрирует отклик системы возбуждения на указанные воздействия и выдает заключение о ее работоспособности (или неработоспособности).

Однако известный способ предполагает включение в состав системного стабилизатора дополнительного устройства - электрического преобразователя, который генерирует дополнительные искусственные тестовые сигналы определенного типа для реализации процедуры проверки в условиях текущей эксплуатации АРВ. Такая процедура, кроме того, связана с рисками нежелательных нарушений в процессе нормальной эксплуатации.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является выявление, по данным текущего мониторинга напряжения и реактивной мощности генератора, источника возникновения электромеханических синхронных колебаний в диапазоне частот от одной десятой до нескольких Гц, то есть определение генератора с АРВ, 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.

Критерием определения генератора - источника синхронных колебаний является значение фазового сдвига синхронных колебаний реактивной мощности Qг и действующего значения напряжения генератора Uг. Если колебания реактивной мощности и напряжения генератора синфазны или колебания реактивной мощности опережают колебания напряжения генератора на величину не более заданной, выделенный генератор - источник синхронных колебаний.

Если вышеуказанный критерий фиксируется у нескольких генераторов в пределах одной электростанции, то это свидетельствует о возникновении на этой электростанции межмашинных, внутригрупповых колебаний. Генератор, являющийся источником межмашинных колебаний, выделяется среди генераторов, участвующих в межмашинных колебаниях, по величине фазового сдвига синхронных колебаний реактивной мощности Qг и действующего значения напряжения Uг генератора - «аварийный генератор» характеризуется минимальным фазовым сдвигом.

Сущность предлагаемого способа заключается в использовании (мониторинге) штатных параметров генератора от имеющихся в энергосистеме регистраторов различных типов в процессе текущей эксплуатации - в эксплуатационном режиме работы энергосистемы измеряют мгновенные значения фазных напряжений и токов генераторов; для каждого генератора с заданной периодичностью вычисляют средние значения параметров электрического режима: действующее значение напряжения генератора Uг и реактивную мощность генератора Qг выявляют генератор, являющийся источником незатухающих синхронных колебаний в диапазоне от одной десятой до нескольких Гц, по указанным выше критериям.

Осуществление изобретения

Регулятор возбуждения синхронного генератора, не являющегося источником незатухающих синхронных колебаний низкой частоты, будет препятствовать возникшим колебаниям напряжения на статоре. Таким образом, колебания реактивной мощности генератора будут обусловлены колебаниями напряжения генератора и поэтому колебания реактивной мощности будут находиться в противофазе или отставать по фазе от колебаний соответствующего напряжения на величину не более заданной (находятся в одном квадранте).

Предположим результаты измерения параметров на выходе генераторов от штатной системы регистрации передаются на вычислитель Qг и Uг и далее на анализатор их фазового сдвига. Если колебания Qг и Uг у какого-либо генератора синфазны (фазовый сдвиг равен нулю) или колебания Qг по фазе опережают колебания Uг на величину не более заданной (находятся в одном квадранте), то выдается сигнал, что данный генератор - источник электромеханических синхронных низкочастотных колебаний в диапазоне от одной десятой до нескольких Гц,

Предлагаемый способ выявления источника синхронных электромеханических колебаний был опробован и подтвержден тестовыми расчетами с использованием цифровой динамической модели энергосистемы.

Цифровая динамическая модель представлена на фиг.1. Она включает шесть генераторов. Генераторы 1-3 моделируют ГРЭС, генератор 4 - АЭС, генератор 5 - ГЭС. Генератор 6 является моделью мощной концентрированной энергосистемы.

На генераторах №3, 4, 5 и 6 заданы медленно действующие системы возбуждения и АРВ пропорционального типа.

Генераторы №1 и 2 полностью идентичны и оснащены быстродействующими тиристорными системами возбуждения и АРВ сильного действия по структуре, аналогичными модельным аналоговым регуляторам типа АРВ-СД.

Результаты тестирования при возникновении в энергосистеме колебаний частотой 0,625 Гц представлены осциллограммами на фиг.2. У генератора Г1 (виновника электромеханических колебаний) колебания Qг и Uг практически синфазны, у генератора Г2 (с правильно настроенным АРВ) Qг и Uг находятся практически в противофазе.

На фиг.3 представлены осциллограммы при возникновении межмашинных колебаний на частоте 1.7 Гц внутри группы генераторов Г1 -Г2: генератор с неправильно настроенным АРВ (Г1) характеризуется меньшим фазовым сдвигом колебаний Qг и Uг при фиксации фазового сдвига менее заданного порогового значения (90° эл.) у двух генераторов группы.

Предлагаемый способ выявления источника синхронных колебаний был реализован 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 алгоритмов.

Источники информации

1. «А low frequency oscillation integrated analysis method and its system)), EP 2302754 (A), 2009.

2. US 4741023 (A), 1988. «On-line test and diagnostic system for power system stabilizer».

1. Способ выявления источника синхронных колебаний в эксплуатационном режиме работы энергосистемы, заключающийся в том, что для каждого генератора измеряют мгновенные значения фазных напряжений и токов; затем с заданной периодичностью вычисляют параметры электрического режима: действующее значение напряжения и реактивную мощность, вычисляют разность фаз между колебаниями реактивной мощности и колебаниями действующего значения напряжения и выявляют генератор, являющийся источником колебаний, если у него колебания реактивной мощности и колебания действующего значения напряжения синфазны или колебания реактивной мощности опережают по фазе колебания действующего значения напряжения на величину не более заданной.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выявляют генератор, являющийся источником межмашинных колебаний генераторов одной электростанции по минимальной величине разности фаз колебаний реактивной мощности и колебаний действующего значения напряжения.



 

Похожие патенты:

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение выходной мощности и повышение надежности.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления множеством силовых преобразователей, в частности электронных частотных преобразователей, посредством беспроводной связи.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электроснабжения потребителей, расположенных вдоль трасс. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в серийно выпускаемых асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором, используемых в качестве генераторов энергетических установок для преобразования механической энергии в электрическую.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для мощных и сверхмощных приводов газовых компрессоров для приводов насосов и других типов приводов сверхмощного оборудования.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для передачи мощности на нагрузку. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для равномерного распределения реактивной мощности между включенными на параллельную работу источниками напряжения, например синхронными генераторами, снабженными регуляторами напряжения этих источников.

Изобретение относится к области электротехники, к производству электроэнергии, в частности к особенностям выполнения генераторов электроэнергии и связанных с ними систем электроснабжения.

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности соразмерного ввода мощности в сеть от независимых друг от друга питающих блоков. Согласно способу ввод осуществляется посредством по меньшей мере одной ветроэнергетической установки (32) с первым питающим устройством (WP1, WP2) в точке ввода в электрическую сеть (10), и ввод осуществляется в зависимости от электрических параметров в сети (10), и измеренные значения электрических параметров или измеренные значения для определения электрических параметров регистрируются в моменты времени измерений с предопределенными временными интервалами, причем моменты времени измерений синхронизируются с внешним временным сигналом, доступным вне первого питающего устройства. 4 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к системам электроснабжения. Многоканальная система электроснабжения содержит N идентичных каналов генерирования переменного тока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных двигателя, m-фазного генератора, основных фидеров, выпрямителя, инвертора и силового фильтра. Выходные цепи тока выпрямителей всех каналов соединены друг с другом с помощью 2-проводных резервных фидеров, причем мощность генератора и выпрямителя каждого канала рассчитана на k-кратное превышение номинальной мощности нагрузки канала, а мощность инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала, при этом k - коэффициент, определяемый как k=N/(N-L), где N - число каналов генерирования, L - число отказавших каналов. По второму варианту выполнения в многоканальной системе электроснабжения выпрямители каналов состоят из k соединенных параллельно по выходу идентичных выпрямительных секций, входы которых подсоединены соответственно к выходам генераторов каналов с помощью m-фазных фидеров переменного тока, при этом мощность каждой выпрямительной секции, инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение касается установки по производству электроэнергии. Установка (1) содержит, по меньшей мере, частично погруженные в воду устройства (14, 16, 18, 20) производства электроэнергии. Каждое устройство (14, 16, 18, 20) содержит вращающийся механический приемник и генератор (22) переменного тока. Каждое устройство (14, 16, 18, 20) производит переменный электрический сигнал с изменяемыми напряжением и частотой, передаваемый, по меньшей мере, частично погруженным кабелем (32, 36, 38, 40) электропередачи. Установка дополнительно содержит соединительное устройство (34), к которому на входе параллельно подключены кабели (32, 36, 38, 40) и которое выдает на выходе совокупный электрический сигнал (S”) с изменяемыми напряжением и частотой, в котором амплитуда тока равна сумме входных токов. Частично погруженный выходной кабель (12) соединяет выход соединительного устройства (34) с надводным устройством (46) преобразования мощности. Устройство (46) выполнено с возможностью преобразования совокупного электрического сигнала (S”) в переменный электрический сигнал фиксированной частоты. Изобретение направлено на создание простой в обслуживании и недорогой электростанции. 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - повышение точности определения момента включения выключателя и автоматический контроль идентичности чередования фаз двух электроэнергетических систем. Процесс точной синхронизации двух трехфазных электроэнергетических систем производится в цифровом виде, используя выходные цифровые сигналы АЦП всех трех фаз промышленного трехфазного напряжения первой Ua1(ti), Ub1(ti), Uc1(ti) и второй Ua2(ti), Ub2(ti), Uc2(ti) электроэнергетических систем, измеренные в моменты времени ti, где i - целое значение, оцифрованные с периодом дискретизации dt=t(i+1)-ti, причем величина dt значительно меньше периода Τ промышленного трехфазного напряжения, dt≤≤T. Использование всех трех фаз напряжения (Ua, Ub, Uc) двух электроэнергетических систем (вместо использования одной фазы напряжения) приводит к значительному улучшению параметров синхронизации двух трехфазных электроэнергетических систем. Большее число сигналов (напряжения трех фаз) приводит к увеличению точности определения момента включения выключателя. Использование вращающихся полей U1(ti), U2(ti), создаваемых тремя фазами Ua1(ti), Ub1(ti), Uc1(ti) и Ua2(ti), Ub2(ti), Uc2(ti) промышленного трехфазного напряжения, позволяет учитывать разность фаз между всеми тремя парами фаз напряжений (Ua1 и Ua2, Ub1 и Ub2, Uc1 и Uc2), в результате включение выключателя происходит с наименьшим суммарным по всем трем фазам толчком тока. 3 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - обеспечение возможности поддерживать в заданных пределах отклонения напряжения и частоты переменного тока на сборных шинах электроэнергетического комплекса. Электроэнергетический комплекс содержит дизельный генератор (1) и ветроэнергетичекие установки (2), соединенные сборными шинами (3), к которым подключены регулируемая балластная нагрузка (4) и синхронный компенсатор (5), снабженный автоматическим регулятором возбуждения (6). Для удержания частоты в заданных пределах при переходных процессах на коротких интервалах времени (1÷3 с) используются инерционные свойства ротора синхронного компенсатора (5). Момент инерции и число пар полюсов ротора компенсатора (5) выбираются согласно условию, приведенному в описании. Для обеспечения требуемой величины вращательного момента инерции на валу ротора компенсатора (5) может быть установлен маховик (7). Балластная нагрузка (4) может быть выполнена в виде электробойлера, связанного с потребителями тепла. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Использование: в области энергетики и электротехники. Технический результат - повышение надежности установки и стабильности напряжения на шине постоянного тока. Автономная мультимодульная установка генерирования электрической энергии ограниченной мощности состоит из четного количества "n" идентичных модулей генерации, выходы каждых двух модулей генерации попарно соединены с модулем общей шины питания полезной нагрузки, подключенной к модулю полезной нагрузки, модуля общей системы управления, модуля общего внешнего пускового устройства, подключенного к модулю общей шины питания полезной нагрузки. При этом каждый модуль генерации включает по меньшей мере последовательно соединенные свободнопоршневой двигатель Стирлинга с интегрированным линейным генератором с постоянными магнитами, настроечную резонансную емкость и выпрямительный блок, параллельно подключенные к линейному генератору и настроечной резонансной емкости блок балластной нагрузки, вторичную цепь модуля общего внешнего пускового устройства, собственную систему управления, выполненную с возможностью контроля тока и напряжения линейного генератора, тока выпрямительного блока, температуры тепловой головки двигателя Стирлинга, управления включением вторичной цепи модуля общего внешнего пускового устройства в функции температурного режима тепловой головки двигателя Стирлинга регулирования блока балластной нагрузки и управления включением выпрямительного блока при достижении температуры, при которой линейный генератор вырабатывает номинальную мощность. Выходы выпрямительного блока являются выходами модуля генерации. Выходы отрицательной полярности всех выпрямительных модулей объединены, формируя шину отрицательного потенциала модуля общей шины питания полезной нагрузки. Выходы положительной полярности каждого из двух выпрямительных блоков модулей генерации соединены с первым и вторым крайним выводами уравнительного дросселя, а средний вывод уравнительного дросселя подключен к общей точке положительного потенциала модуля общей шины питания полезной нагрузки. Модуль общей системы управления выполнен с возможностью контроля собственных систем управления каждого модуля генерации и тока модуля общей шины питания полезной нагрузки, напряжения модуля полезной нагрузки, управления включением питания модуля полезной нагрузки и управления включением модуля общего внешнего пускового устройства и управления первичной цепью модуля общего внешнего пускового устройства в функции температурного режима тепловой головки двигателя Стирлинга. Модуль общего внешнего пускового устройства выполнен с возможностью одновременного запуска каждого модуля генерации. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: в области электроснабжения. Технический результат - повышение надежности электроснабжения и уменьшение установленной мощности электрооборудования. Ветродизельная система автономного электроснабжения содержит ветрогенератор, дизель-генератор, два выпрямительно-зарядных устройства, аккумуляторную батарею, инвертор, причем выходы ветрогенератора и дизель-генератора присоединены к входам выпрямительно-зарядных устройств, выходы которых подключены к аккумуляторной батарее и образуют шину постоянного тока. Система дополнительно содержит распределительное устройство для подключения электроприемников, датчики мощности ветрогенератора, дизель-генератора и нагрузки, сумматор, элементы сравнения, задатчики номинальных мощностей электроприемников, блоки разрешения включения с кнопками управления. Входы датчиков мощностей ветрогенератора и дизель-генератора соединены с информационными выходами ветрогенератора и дизель-генератора соответственно, выходы подключены к входам сумматора, выход которого соединен с первым входом первого элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу датчика мощности нагрузки, который включен между шиной постоянного тока и входом инвертора. Выход инвертора соединен с входом распределительного устройства и образует шину переменного тока, распределительное устройство выполнено в виде коммутаторов, имеющих управляющие входы, которые подключены к выходам блоков разрешения включения, входы которых соединены с выходами элементов сравнения по числу электроприемников, первые входы элементов сравнения подключены к выходам задатчиков номинальных мощностей электроприемников, вторые подключены к выходу первого элемента сравнения. 2 ил.

Использование: в области электроэнергетики. Технический результат - уменьшение степени использования электрохимической энергетической установки для питания оборудования и как следствие увеличение срока службы электрохимической энергетической установки и автономности системы электропитания. Питание электрооборудования (5), такого как телекоммуникационная станция, осуществляется преимущественно за счет нестабильного источника питания (6) с минимальным использованием батарей (31) и электрохимической энергетической установки (4) с топливными элементами. Оборудование и энергетическая установка питаются за счет источника для вырабатывания и накопления топлива в энергетической установке, когда мощность источника превосходит рабочую мощность оборудования, а батареи полностью заряжены. Расход топлива в энергетической установке, питание оборудования за счет энергетической установки и заряд батарей за счет энергетической установки осуществляется, когда мощность батарей достигает порогового значения мощности при разряде и пока батареи не достигнут полного заряда. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх