Способ оценки возмущения активной мощности при аварийных режимах в электроэнергетических системах
ЙЗОБРЕТЕН йЯ
Я QQQQPggОЩ 1т (:фЯДЦ fgP< 1102,э 3/24 Гееударатаеина<к ееметет Совета Менеетреа СССР пе делам изебретеие<1 н ет«рытнй (5З) Й < 6213.016.352 (088.8) (72) Авторы изобретения 10. A Гришин, С. С. Смирнов, И. И,.Токарскпй и Г. В н1утов Сибирский энергетический институт Сибирского отделения AH СССР (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ОЦЕНКИ ВОЗМУВ<1ЕНИЯ АКТИВНОЙ <МОЩНОСТИ flPN АВАРИЙНЫХ РЕЖИМАХ В ЭЛЕКТРОЗНЕР1 ЕТИЧЕСКИХ CNCTEMÀÕ 1О Датчик 1 активной мощности, выходом соединенный с входом датчика 2 возмущения активной мощности, состоит из нос«едователь«o соединенных фильтра 3 высокой частоть< с эапоминанпдим элементом l5 на входе, интегратора 4 и амплитудного устройства 5 с запомина<ощим элементом. 3лемспты 3, 4 и 5 выполнены на операционных усилитслях 6, 7 и 8, конденсаторах 9 — 13, резис<орах 14- 19 и диодах 20 — 21. 11а выход - атчика 1 активной мощности включена 20 схема 22 распознавания режима в энергосистеме, состоящая из элемента 23 с передаточной функцией, пропорциональной частоте входного сип<ала, и сравнивающего элемента 24 с релейным выходэм. Выход схемы 22 распознавания соединен с входом схемы 25 И I управления коммутаторами 26 — 28. Цель изобрете< .чя — повышение точности сцепки возмущения активной мощности, достигнута в результате того, что фиксиру<от мгновенное значение усредненной мощности в л<ол<сн1 начала возбуждения, интегрируют мгновенные значения упомянутых отклонений мощности в течение времен.. действия возмущения, по результатам итенгрпрования опрецеляют величину энергии возмущения и фиксируют макси. 1 мальное значение этой энергии на текущий момент времени. Изобретение относится к электроэнергетике и, в частности, к измерению электрических величии при нестацнонар ых режимах цля целей автоматического управления в электроэнергетических системах и может быть применено, например, при разработке эффективных методов управления противоаварийной автома гикой<, а также управления генераторами электростанций с целью повышения динамической устойчивости электроэнергетической системы. Известен способ оценки возмущения активной . мощности лри аварийных режимах в электроэнерге тических системах по величине отклонения мощнос.ти от ее усредненного значения в предаварийном ре1 жиме. На фнг. 1 приведена кривая, характеризующая запоминание различных гармонических составляющих активной мощности: на фиг. 2 — кривая, поясняющая прин<ц<п распознавания режимов в энергосистеме; на фиг. 3 — дана структурная схема датчика возмущения активной мощности в энергосистеме, один иэ вариантов, на фиг. 4 — временная диаграмма, поясняющая работу датчика активной мощности приведе<шого варианта. :518838 "Йа фиг. 1, 2 и 4 даны следующие обозначения: Р— уровень сигнала на запоминающем элемено те, стоящем на входе фильтра высокой частоты, в 11редаварийный момент; U> „— величина эталонного напряжения на вход: фильтра высокой частоты, образующего эталонный сигнал для сравнивающего элемента; 0, — выходное напряжение элемента с номером; дышал g P — изменение активной мощности при аварийНоМ режиме по сравнению с его значением в предаварийном режиме; а Р— минимальная амплитуда изменения активО I ной мотцности в системе при частотах больше 1, необходимая для попадания режима в аварийную зону; 1б Л - энергия возмущения; А„„„-,,максимальное значение энергии возмущения, . совпадающее по знаку со сбросом мощности в энергосистеме; 1 — время возникновения сильного возмущения г3> i в энергосистеме; т„.— время окончания действия возмущения на » энергосистему и начала переходного процесса в ней; 1з,Ф,1 5,tв — моменты срабатывания сравнивающего элемента; 25 с — момент начала перевода датчика возмущения, 7 активной мощности в исходный режим; t время задержки окончания импульса схемой управлени я; — верхняя граница диапазона частот, соответствуюших естественным колебаниям активной мощности в стационарном режиме; f < — нижняя граница диапазона частот, соответствующих колебаниям активной мощности в системе при аварийном режиме; Зб — постоянная времени RC - цепочки ) -того j элемента; Я - — ко эффи цие нт, х а рак тсри зуюший запоминание амплитуды 1 -той гармоники на входе фильтра высоких частот; 1 — область стационарного режима в энергосистеме; 11 — область аварийного режима и переходных процессов в энергосистеме; 1 т — ток в цепи эталонного сигнала на входе 4б сравнивающего злемента. Предлагаемый способ оценки возмущения активной мощности при аварийных режимах основан на измерении ее мгновенных значений P. По величине бО P путем вычитания постоянной составляющей Р© определяется вели пина изменения активной мощности 1согласно формуле ! аР=Р-Р о (1), бб В отличие от способа измерения величины специальными быстродействующими датчиками активной мощности, при этом способе в качестве постояннои - t составляющей Ро используется не мгновенное значе- ® иие активной мощности в предыдутций момент, а ее усредненное значение в предаварийном стационарном режиме, что повышает точность измерения величины Ь г а следовательно, и точность вычисления 1 интегральных характеристик возмущения активной мощности. Запоминание усредненного значения активной мощности основано на том факте, что при стационарном режиме в энергосистеме преобладают частоты естественных колебаний мощности (от 0 Гц до 0,05 Гц а в аварийном режиме преобладают высокочастотные колебания (от 0,5 Гц до 5 Гц) . Однако, H Te . и другие > колебания йри утствуют в системе при любом режиме, только с разными амплитудами. Усреднение значения активной мощности при стационарном режиме осуществляется запоминанием только естественных колебаний: от О Гц до 0,05 Гц (фиг. 1) . При возникновении аварийного режима запоминание прекращается, а значение активной мощности, усредненное и зафиксированное в предаварийпый момент,используется в качестве P при опрсделспииаРпо формуле (1) о .Интегрируя величину а Р получают величину энергии возмущения А, которая определяет движение роторов генераторов при переходном процессе А =.) ь Рс 1 1 где tg — моменr возникновения возмущения в системее; t,7 — время окончания переходного процесса в системе. Замеряя максимальное значение величины энергии возмущения за время воздействия возмущения на системуА„„„,получают вели ину сброса мощности пВ генераторах, опредслякнцую ускорение их роторов. t» Л = мАкс / д3 с>3 (3> 1 где т» — момент окончания действия возмущения в системе. Из сказашгого следует, что алгоритм способа изменяется в соответствии с режимом в энергосистеме, Кроме того, для получения интегральных характеристик возмущения активной мощности А и А используют операции интегрирования и фиксированйя величины, прп которых требуется цо окончании аварий» ного режима возврат в исходное состояние для обеспечения дальнейшей работоспособносп1. Поэтому неотъемлемым элементом предлагаемого способа является автоматическое распознавание режима в энергосистеме. Отличать аварийный режим от стационарного только по амплитуде изменения активной мощности нельзя, т.к, при этом разгрузка или загрузка генераторов по мощности, производимые с малой скоростью, и со значительными изменениями по амплитуде также будут восприниматься как авария. Чтобы этого избежать, предлагается метод распознавания режима по амплитуде изменения ак1518838 ;,тивной мощности, масштабировашгой пропорциональ но скорости ее изменения, например, по формуле /da7 1 др=дР к )1 (4) dip где Я, () — коэффициент, пропорциональный скорости изменения величины Ь Р Метод распознавания режима основан на сравнении амплитуды изменения активной мощности, смакштабированной ло формуле (4), с эталонной величи- 1О нойаРв (фиг. 2), равной минимальной амплитуде изменения мощности при частотах выше 1Гц, необхо. димой для попадания режима в аварийную зону. По результатам распознавания режима вырабатывают сигнал управления, предназначенный для смены алго15 ритма способа в соответствии с режимом в системе. Пример реализации способа женки возмушения активной мощности при аварийном режиме приведен на фиг. 3.. Запоминание усредненного значения активной мош 211 ности при стационарном режиме и измерение отклонения ec or значения, зафиксированного в предаварийный момент, осуществляются в блоке 3 фильтра высокой частоты, в качестве которого применен операционный усилитель 6 с эапоминаюшим конденсатором 15 9 на входе, конденсатором 11 в обратной связи и резистором 14, подключаемым параллельно конденсатору 11 через коммутатор 26 при стационарном режиме в системе и откл1очаемым при аварийном режиме. Тогда при стационарном режиме гармоники с часто- @ тами от 0 1о 0.05 рц, запоминаются на конденс" горе 9, согласно зависимосэи, приведе1шой на фиг. 1, с коэффициентом, близким к единице К =1, а колебания с частотами вьцпе 0,5 Рц ие запоминаются, так как ПЛя 1в1х К 0 ИзмепЯЯ п1эстоЯн11Ую IIPcMcIIH tlcIIo IKH В С Mo)К>< IO но передвигать кривую К =+ параллельно самой се1 бе вдоль оси абсцисс. TRK, при возникновении аварийного режима, коммутипующий элел1ент 26 жкрывается, постоянная 40 времени цепочки С,(В 4+На) ) стремится к бесконечности, значит кривая К -= 1(т. 1смсстится в область 1 1 нулевых частот. Практически запоминание на конденсаторе 9 нрскрашается,на псм сохраняется усредHcIIHoc значение активной IOIullocrH в цредаварийный момент Ро. Цепь разряда конденсатора 11 разор- 45 вана. Поэтому, все 1армонические составляюшие сигнала активной мощности P измеряются относительно сигнала, зафиксированного на конденсатоРе 9, и поступают на выходе фильтра высокой частоты, образуя сигнал, пропорциональный изменению величины активной мо1цности д Р. Для формирования сигнала А, пропорционального энергии возмушения, используется интегратор 4 с коммутируемым резистором 16 в обратной связи, подклю. чаемым параллельно емкости 12 при стационарном режи55 ме через коммутирующий элемент 27 и отключаемый им при аварийном режиме. Резистор 16 предназначен дпя возврата интегратора 4 в исходное состояние по окончании переходного процесса в системе. Формирова. ние сигнала А осу1цествляется согласно формуле (2). Е1 Фиксапию максимально10 з11ачс1гия величины энергии возмущения за время B03JIcIIOEBHII возл1ущения на систему осуществляют при мо1цности амплитудного детектора 5, согласно формуле (3). Но учитывая, что зто значение используется в те тение не более 0,5 сек с момента возникновения возмущения, а также с целью упро1цения системы, фиксируют на амплйтудном детекторе максимальное значение величины А за время с момента появления возмущения до текущего момента, совпадающее по знаку со сбросом мошности в системе. Амплитудный детектор 5 представляет собой операционный усилитель 8, с конденсатором 13 на входе, конденсатором 10 в обратной связи,резистором 18, подключаемым параллельн1:, конденсатору 10 через коммутатор 28 при стационарном режиме и отключаемый им в аварийном режиме. Перед входным конденсатором 13 стоит диод 20, служащий для выделения из всех значений А только значений, совпадавших по знаку со сбросом мощности. К общей точке диода 20 и конденсатора 13 подсоединяется один отвод резистора 17, а второй через диод 21 соединен с выходом схемы 25 управления. При стационарном режиме коммутатор 28 открыт и резистор 18 подключен параллельно конденсатору 10, разряжая его. На выходе схемы 25 управления потенциал земли. Конденсатор 13 разряжается на него через резистор 17 и диод 21. Прн аварийном режиме . коммутатор 28 закрыт, диод 21 IIoIIIIHp3cTI.II отрица телы111м сиг1галом с в lvoga схсл1ь1 25 управления. РазpIInIII le цепи разорваны. Происходит запоминание теку1цих значений Л соответствующего знака на конденсаторах 13 и 10. При этом диод 20 пропустит входной сигнал только тогда, когда он будет соответствовать по знаку и превышать по амплитуде сигнал на конденсаторе 13. Конденсатор 10 запоминает максимальное значение входного сигнала Л и сэхраняет его до прихода сигнала cIIIc большей амплитуды, либо до возврата дпчика 2 возмущения в исходное состояние по оконч;шин переходного процесса. На управляюгцие входы коммутаторов 26, 27, 28р а также на диод 21 поступает сигнал управления, выра. батываемый схемой 25 управления в соответствии C режимом в энергосистеме. Различение аварийного, режима осушествляст схема 22 распознавания режи1" мов,состоящая из элемента 23, передаточная функция которого пропор1п1ональна скорости изменения входного сипила, цепи образования эталонного сиг; нала, состояшей Н3 источника эталонного напряжения и резистора 18, и сравциваю1цего элемента 24 с релейным выходом. Сигнал с выхода датчика 1 акт вной мощности непрерывно поступает через элемент 23 на вход сравнивающего элемента 24, туда же поступает эталонный сигнал через резистор 19, Элемент 23 масштабирует входной сигнал пропорционально скорости его изменения. Сравнивающий элемент 24 постоянно сравнивает масштабированный входной сигнал с эталонным и н случае, когда л1асштабированный входной сигнал стаио518838 иится болыпе эталонного, на выходе сравнивающего элемента 24 появляется снгналбб@х „(фиг. 4), со R,4 храняющийся до тех пор, пока входной сигнал яе Ъяаиат меньим эталонного, Таким образом, на выходе схемы 22 распознавания режимов появляется пдЬю+ довательностьимпульсов, аьптлнтуда которых пос- тоянна, а длительность определяется частотой и амплитудой колебаний мощности в системе. Схема 25 управления, используя эту последовательность импульсов, вырабатывает сигнал управле10 ния коммутирующими элементами, которые нри «варийном режиме должны быль закрыты, а при стационарном — открыты. Схема 25 управления работает по принципу расширителя импульсов. При ноступле-, нин иа вход импульссе, на выходе ее появляется им 15 пульс, длительность которого равна длительности входного импульса, увеличенной,яа время задержки схемы управления t п д (фиг. 4), которое для данНОЙ схемы постоянно. Если до окончания Выходио. го импульса на вход придет следую|ций импульс, схе20 ма сохраняет свое cocloaHHe еще на длительность этого импульса и время задержки Ф у д . Если выб- ° рать t @g хоти бы яа 0 01 сек больше полупериода, колебаний мощности в системе на нижней граничной частоте (фиг. 3) при аварийном режиме, то сигнал И на выходе схемы 25 управления, появившийся при возникновении первого импульса на выходе схемы 22 распознавания режимов, будет сохраняться все время, пока не исчезнет последний импульс на выходе схемгя распознавания. После этого он продержится еще в течение време1н задеРжки схемы УпРавлении ь пЯ и окончитсЯ 25, фнг. 2). При стационарном режиме в энергосистеме сигналы на выходе схемы 22 распознавания режимов отсут1 35 ствуют, поэтому управляющий сигнал на коммутато- ры 26, 27, 28 и диод 21 не поступает, Коммутаторы открыты, разрядные цепи конденсаторов 11, 12, 13, через резисторы 14, 1б и 18 соответственно, восстановлены. На выходах фильтра 3 высокой частоты, интегратора 4 н амплитудного детектора 5 потенциал земли. На выходе схемы 25 управления потенциал земли. Конденсатор13 разряжается через резистор 17 и диод 21 на землю. HR конденсаторе 9 непрерывно происходит запоминание усредненного значения актив- б ной мощности в энергосистеме. Прн возникновении аварийного режима в системе . на выходе схемы 2 распознавания режимов появля, ется импульс, поступающий на вход схемы 25 управ ления. На выходе схемы 25 управления появляется управляющий сигнал, закрывающий коммутаторы 2б, 27, 28 а также разрывающий цепь разряда конденсатора 13, подпирая диод 21. Цепи разряда конденсаторов 11, 12 и 10 разрываются. Прекращается запоминание усредненных значений активной мощности в системе, на конденсаторе 9 сохраняется усредненное значение ее s предаварийный момент. На выходе фильт- ра 3 высокой частоты появляется сигнал в Р, пропорци- ональный величине отклонения мгновенных значений активной мощности от ее усредненного значения в предаварийяый момент. Сигнал я Р поступает на вход интегратора 4, и яа выходе его образуется сигнал А, пропорциональный энергии возмущения. Сигнал А поступает яа вход амшштудного детектора 5> на выходе которого запоминается максимальное значение A д„, совпадающее по знаку со сбросом мощности в энергосистеме. Сигналы ф Р, А я А „„„ подаются яа выходе датчика 2 возмущения. Это положение сохраняется до тех пор, пока амплитуды колебаний активной мощности в системе, масштабироваяные пропорционально скорости ее изменения, превышают эталонный сигнал Ф. " г, (см. фиг, 2) . После этого импульсы на выходе схемы 22 распознавания перестают появляться. Схема управления через время п переключается в исходное состояние. Формула изобретения Способ оценки возмущения активной мощности при аварийных режимах в электроэнергетических системах по отклонению мощности от ее усредненного значения в предаварийяом режиме, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности,фиксируют мгяовешюе значение усредненной мощности в момент начала возмущения, интегрируют мгновещые значения отклонений мощности в течение времени действия возмущения„по результатам интегрирования определяют энергию возмущения и фиксируют мак симальное значение этой энергии яа текущий момент времени. 518838 . Составитель К. Фотина Техред Г, Родак Корректор 3. Мельниченко Редактор Л. Мордухович Заказ 4003/344 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 882 Подои снос ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретениЯ и открьпий 113035, Москва, Ж-35, Раушскал наб., д. 4/5
