Способ выявления асинхронного режима электропередачи

 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано, например, в автоматике ликвидации асинхронного режима (АЛАР). Сущность изобретения заключается в том, что наряду с известным контролем приращения ₁ фазового угла между напряжением и током в одной точке электропередачи дополнительно вычисляют приращение ₂ фазового угла в другой точке, причем точки выбирают так, чтобы электрический центр качания размещался между ними только при асинхронном режиме (АР) по заданному сечению. Выявление АР происходит при превышении наибольшим из абсолютных значений ₁ и ₂ заданного значения. При этом АР по заданному сечению фиксируют в случае различия знаков ₁ и ₂ , а внешние АР - при их совпадении. Кроме того, сопоставление абсолютных значений ₁ и ₂ позволяет установить, с какой стороны от контролируемого сечения находится сечение АР. Знак взаимного скольжения электродвижущих сил асинхронно идущих частей системы определяют, как и в известном способе, по знаку ₁ . Технический результат проявляется в повышении селективности функционирования, а также расширении возможностей по управлению режимом электропередачи устройств АЛАР. 4 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к противоаварийной автоматике энергосистем, и может быть использовано, например, в автоматике ликвидации асинхронного режима (АЛАР).

Известен способ [1], основанный на фиксации факта перехода фазового угла между напряжением и током в контролируемой точке электропередачи из одной заданной зоны в другую при условии, что угол между векторами электродвижущих сил (ЭДС) по концам электропередачи существенно отличен от 0 и близок к 180^o.

Недостатками этого способа являются низкие селективность и устойчивость функционирования из-за зависимости от изменения угла _э эквивалентного угла сопротивления электропередачи в пределах (60 - 110)^o при жесткой связи границы упомянутого перехода угла с некоторым установленным значением _э , а также из-за фиксации факта АР в зоне неопределенных значений ( 180) . Кроме того, известный способ не позволяет использовать информативность в отношении размещения электрического центра качаний (ЭЦК) относительно контролируемой точки и знака взаимного скольжения S векторов для выработки оптимальных управляющих воздействий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому способу является способ выявления АР, свободный от отмеченных выше недостатков [2]. Согласно этому способу вычисляют приращение фазового угла в интервале времени t между моментами t₁ и t₂ с одинаковыми значениями другого режимного параметра в цикле его колебаний, например, тока электропередачи. При этом значения ₁ и ₂ угла , соответствующие моментам t₁ и t₂ при синхронных качаниях (СК), одинаковы, а равно 0, в то время как в АР ₂= (360-₁) и приращению = ₂-₁ соответствует приращение , существенно отличное от 0^o [2, фиг. 2 и 3].

Выявление АР производится при где - абсолютное значение ; _бл - угол блокировки, устанавливающий границу раздела между СК и АР с учетом нестабильности параметров электропередачи [2, фиг. 1] и погрешностей реализации способа.

Главные достоинства способа, обусловливающие высокий уровень его селективности и устойчивости функционирования, проявляются в отсутствии зависимости параметра распознавания от _э и изменения частот _u и _i контролируемых напряжения и тока. При этом разность логично использовать в качестве основного признака возникновения колебательного процесса при вычислении : Вместе с тем, известному способу присущи следующие недостатки: 1. Невозможность установить факт размещения ЭЦК внутри заданной зоны, а также слева или справа от нее, что ограничивает селективность и сужает спектр и эффективность управляющих воздействий.

2. Сильная зависимость от соотношения k и [2, фиг. 3], при которой может изменяться в диапазоне от 75 до 200^o при 0,2<<0,8 , что ухудшает устойчивость функционирования и отстройку от СК и внешнего АР.

Задачей, на решение которой направлено заявленное предложение, является повышение селективности и устойчивости функционирования, а также расширение возможностей по управлению режимом электропередачи. Получаемый при этом технический результат проявляется в уменьшении числа отказов и ложных срабатываний АЛАР, где это изобретение может быть использовано, оптимизации управляющих воздействий, что в совокупности снижает ущерб от возможных аварий в энергосистеме.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе, включающем контроль приращения ₁ фазового угла ₁ между напряжением U₁ в первой точке электропередачи и ее током i и режимного параметра по абсолютной величине, имеющей экстремальные значения при углах между векторами электродвижущих сил по концам электропередачи, равных в асинхронном режиме 0 и 180^o, фиксацию размещения электрического центра качаний и знака взаимного скольжения S₁₂ векторов , согласно которому приращение ₁ вычисляют в интервале времени t между моментами t₁ и t₂ равенства режимного параметра в каждом цикле его колебаний заданному значению, соответствующему в асинхронном режиме углам между векторами , существенно отличным от 0 и 180^o формируют абсолютную величину приращения ₁ и используют для установления факта возникновения асинхронного режима, определяют знак _1/ и фиксируют его как знак S₁₂ при размещении электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой или фиксируют знак S₁₂ как противоположный знаку при другом размещении электрического центра качаний, дополнительно вычисляют приращение ₂ фазового угла ₂ между напряжением U₂ во второй точке электропередачи, более удаленной от точки приложения , чем первая, и током i, формируют абсолютную величину этого приращения и определяют его знак, выбирают наибольшее значение , фиксируют факт возникновения асинхронного режима по превышению установленного уровня, сравнивают ₁ и ₂ по знаку и абсолютной величине, фиксируют размещение электрического центра качаний на участке электропередачи между первой и второй точками при несовпадении упомянутых знаков или вне этого участка (при совпадении), в последнем случае фиксируют размещение электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой, если больше или между местом приложения и второй точкой, если больше .

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения и признаков аналога и прототипа свидетельствуют о его соответствии критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи: 1. Вычисление ₂ , формирование его абсолютного значения и выбор , по уровню которого различают АР и СК, позволяет ослабить влияние соотношения и k на устойчивость функционирования по условию (1) и повысить селективность отстройки от СК и внешнего АР.

2. Фиксация знаков и ₂ необходима для четкого распознавания АР по заданному сечению (знаки не совпадают) и внешних АР (знаки одинаковы), что повышает селективность способа.

3. Сравнение по величине дает возможность фиксировать в АР размещение ЭЦК слева или справа от контролируемой зоны и вырабатывать оптимальные управляющие воздействия в заданном сечении при АР по внешним сечениям с учетом знака ₁₂ .

На фиг. 1 (а, б) представлены соответственно схема и векторная диаграмма электропередачи; на фиг. 2 показаны годографы вектора сопротивления в контролируемой точке при различных размещении ЭЦК и соотношении ЭДС ( _ц и k) и величины для этих режимов; на фиг. 3 и 4 приведены соответственно функциональная схема реализации способа и временные диаграммы, поясняющие ее работу.

Напряжение и ток электропередачи в контролируемой точке представлены на фиг. 1 векторами , а напряжения двух точек, получаемых обычно путем фантомного моделирования - векторами . Кроме того, показаны фазовые углы _i (i = 0, 1, 2) между векторами .

Считая электропередачу (фиг. 1, а) однородной и вводя коэффициенты k = E₁/E₂, = Z₁/Z_э, = k(Z₂/Z₁) и _ц= k/(k+1) , можно получить формулы, показывающие зависимость этих параметров от угла между [1, 2]: Годографы Z_p на фиг. 2 имеют форму окружностей, показанных частично с охватом зоны ₁= 90<<270= ₂ , в которой изменяются приращения ^j₁ , где i = 0, 1 - индекс контролируемой точки, j = 1 ... 4 - номер годографа (режима), причем каждой i-ой точке электропередачи с напряжением соответствует система координат R_i, jX_i с началом в точке i.

При АР по контролируемому сечению, когда ЭЦК расположен между точками 1 и 2 на электропередаче (₁<_ц<₂), имеют место годографы 1 (k > 1) и 2 (k < 1). Годографы 3 ( (_ц>₂ , k > 1) и 4 ( (_ц<₂ , k < 1) отображают АР по внешним сечениям, размещенным соответственно справа и слева от контролируемого. Остальные обозначения на фиг. 2 (Z_m1, Z_m2, Z₁, Z₂) аналогичны обозначениям на фиг. 1.

Функциональная схема (фиг. 3) содержит преобразователи тока 1 и напряжения 2, блоки 3 и 4 моделирования , орган 5 контроля режимного параметра, формирователи 6 и 7 приращений ₁ и ₂ фазных углов ₁ и ₂ соответственно, частотные детекторы 8, 9 и 10, формирователь импульсов по спаду 11, логический элемент 12 типа 2ИЛИ - НЕ, сумматоры 13 и 14, управляемые интеграторы 15 и 16; нульиндикаторы 17 и 18, формирователи абсолютных значений 19 и 20, логический элемент 21 типа ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, максиселектор 22, компараторы 23 и 24, логические элементы 25, 26 и 27 типа 2И, причем у элемента 26 первый вход выполнен инверсным, логический блок 28.

Орган 5 может быть выполнен в виде реле тока, напряжения или полного сопротивления, так как эти режимные параметры имеют экстремальные значения при , равном 0 и 180^o, причем коэффициент возврата органа должен быть равен 1, чтобы его срабатывание и возврат происходили в цикле АР или СК при заданном значении контролируемого параметра, например тока I электропередачи.

Формирователи 6 и 7 идентичны по структуре. Блоки 8, 13 и 15 формирователя 6 аналогичны блокам 10, 14 и 16 формирователя 7. Кроме того, формирователи имеют общие блоки 9,11 и 12.

Схема работает следующим образом. Ток i и напряжение u электропередачи, представляемые в дальнейшем векторами через измерительные трансформаторы поступают на входы преобразователей 1 и 2, где линейно преобразуются в сигналы на их выходах, значения которых должны быть всегда в границах рабочих диапазонов последующих элементов схемы:

где
k_i и k_u - коэффициенты передачи по напряжению и току через соответствующие измерительные трансформаторы и преобразователи.

Сигналы подаются на входы включенных параллельно блоков 3 и 4 моделирования. На их выходах формируются сигналы , пропорциональные напряжениям в других точках электропередачи (см. фиг. 1):

где
- сопротивления моделирования, ₁ и ₂ - коэффициенты передачи блоков 3 и 4 по входам, связанным с выходами преобразователя 1.

Сигнал поступает также на вход органа 5, представляющего собой, например, реле тока (сопротивление по нижнему входу равно бесконечности). Этот орган срабатывает и возвращается в исходное состояние в моменты t₁ и t₂ каждого цикла колебаний соответственно, когда сигнал X₁ = k_iI равен заданному значению X_оп = k_iI_ср.
Сигналы поступают на входы частотных детекторов 9, 8 и 10, выходные сигналы которых X₈, X₉ и X₁₀ пропорциональны частотам входных, а значит и частотам _i,₁ и ₂ величин соответственно:

где
k_f - коэффициент преобразования.

С учетом (14) - (16) сигналы X₁₃ и X₁₄ на выходах сумматоров 13 и 14 равны:

Для удобства построения временных диаграмм (фиг. 4), не искажающего сущность способа, сигналы X₁₃ и X₁₄ представлены усредненными за цикл АР величинами. Они различны по знаку, что соответствует АР по контролируемому сечению, когда годографы Z_p (1 и 2 на фиг. 3) проходят между точками 1 и 2 комплексной плоскости.

В момент t₁ срабатывания органа 5 его выходной сигнал X₅ становится положительным, что эквивалентно логической "1". При этом сигнал X₁₂ на выходе элемента 12 обращается в "0" согласно его логической функции:

Так как выход элемента 12 связан с управляющими входами интеграторов 15 и 16, последние деблокируются и их выходные сигналы X₁₅ и X₁₆ начинают расти согласно выражениям, подобным (2):

где
t > t₁ - текущее время, _1t и _1t - приращения ₁ и ₂ в интервале (t - t₁).

В момент t₂ возврата органа 5 (X₅=0) сигналы X₁₅ и X₁₆ принимают значения k_f1 и k_f2 соответственно, причем приращение угла _i (i=1, 2) можно вычислить с учетом (5) - (9) по следующей формуле:

где
₁ - значение в момент t₁. Здесь положительный знак учитывается при <_ц(>1) , а отрицательный знак при >_ц(<1) .

Сигнал X₁₅ поступает на входы блоков 17 и 19, а сигнал X₁₆ на входы блоков 18 и 20. С помощью нульиндикаторов 17 и 18 оцениваются знаки входных сигналов, а следовательно, и знаки ₁ и ₂ . Их выходные сигналы X₁₇ и X₁₈ положительны (уровень логической "1") при положительных знаках ₁ и ₂ соответственно и равны нулю (уровень логического "0") - при отрицательных. Совпадение или несовпадение знаков X₁₇ и X_{18 1} и ₂ фиксируется элементом 21. Согласно функции ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ его выходной сигнал X₂₁ соответствует "1" (X₂₁ > 0) в первом случае и "0" (X₂₁ = = 0) - во втором.

Абсолютные значения ₁ и ₂ вычисляются с учетом (20) и (21) посредством формирователей 19 и 20:

Далее с помощью максиселектора 22 из сигналов X₁₉ и X₂₀ выбирается наибольший:

В АР в отличие от мало зависит от изменения k в формуле (22) и всегда имеет высокий уровень. Так, для режимов 1 и 2 с соответствующими годографами на фиг. 4 почти вдвое больше , в то время как практически не отличается от . Поэтому селективность выявления АР при использовании вместо в условии (1) можно повысить за счет увеличения _бл . Реализация (1) осуществляется с помощью компаратора 24, срабатывающего (X₂₄ > 0) при X₂₂ > X_оп2 или с учетом (25) = X_оп2/k_f. Причем факт наличия АР фиксируется по этому условию только в течение короткого импульса X₁₁(t_и << t₂-t₁), возникающего на выходе формирователя 11 в момент t₂ возврата органа 5, когда имеет наибольшее значение. Эта фиксация осуществляется с помощью элемента 27 типа 2И. По истечении t_и сигнал X₁₂ становится положительным (логическая "1") и интеграторы 15 и 16 обнуляются для работы в следующем цикле.

В то же время зависимость от в (22) сохраняется. Чем больше удаленность ЭЦК от точки приложения контролируемого напряжения, тем меньше . Это позволяет различать внешние АР справа и слева от контролируемого сечения, например, режимы с годографами 3 и 4 соответственно. В первом случае , а во втором . Сравнение в схеме осуществляет компаратор 24, срабатывающий (X₂₄ > 0) при X₁₉ > X₂₀, что с учетом (23) и (24) адекватно условию .

Из (20) и (21) следует, что знаки совпадают со знаками ₁ и ₂ соответственно, причем в АР по контролируемому сечению эти знаки противоположны, как, например, знаки ¹₁ и ¹₂(²₁ и ²₂) на фиг. 4, а при внешнем АР - одинаковы (знаки ³₁ и ³₂ ). Кроме того, очевидно, что знак ₁ будет таким же, как знак скольжения S₁₂ векторов , эквивалентных ЭДС (точки 1'и 2' на фиг. 2 соответствуют месту их приложения), при размещении ЭЦК между местом приложения и точкой 1 (_ц>₁) , когда годографы проходят между точками 1 и 2' (кривые 1 - 3). Однако в тех случаях, когда годограф проходит между точками 1' и 1 (кривая 4) знак S₁₂ противоположен ₁(_ц<₁) .

Работа остальных блоков схемы (25 - 28) сводится к элементарным логическим операциям:
X₂₇ = X₂₄X₁₁ (26)
X₂₅ = X₂₁X₂₇ (27)

X_28.1 = X₂₅X₁₇ (29)

X_28.3 = X₂₆X₂₃X₁₇ (31)

Сигналы X₂₇, X₂₅, X₂₆, X_28.1 - X_28.6 имеют место на выходах схемы с первого по девятый соответственно. Срабатывание по первому выходу (X₂₇ > 0) свидетельствует о наличии АР. Если это АР по контролируемому сечению, то происходит также срабатывание по второму выходу (X₂₅ > 0), а в случае внешнего АР - по третьему (X₂₆ > 0). Четвертый и пятый выходы предназначены для фиксации АР по заданному сечению с определенным знаком S₁₂(X_28.1 > 0, если S₁₂ > 0, и X_28.2 > 0, если S₁₂ < 0). Для фиксации внешнего АР с определенным знаком S₁₂ предназначены шестой и седьмой выходы (ЭЦК между точкой приложения E₁ и точкой 1 на электропередаче) и восьмой и девятый выходы (ЭЦК между точкой 1 и местом приложения E₂). При этом срабатывание по выходам 6 и 8 происходит при S₁₂ > 0, а по выходам 7 и 9 при S₁₂ < 0.

Использование выходов схемы расширяет возможности по управлению режимом электропередачи после возникновения АР.

Таким образом, предлагаемый способ превосходит известный по селективности и устойчивости функционирования за счет использования вместо , а также по возможностям управления, благодаря раздельной фиксации АР по контролируемому и внешним сечениям с учетом знака S₁₂.

Формула изобретения

Способ выявления асинхронного режима электропередачи, включающий контроль приращения ₁ фазового угла ₁ между напряжением U₁ в первой точке электропередачи и ее током i и режимного параметра по абсолютной величине, имеющей экстремальные значения при углах между векторами электродвижущих сил по концам электропередачи, равных в асинхронном режиме 0 и 180^o, фиксацию размещения электрического центра качаний и знака взаимного скольжения S₁₂ векторов согласно которому приращение ₁ вычисляют в интервале времени t между моментами t₁ и t₂ равенства режимного параметра в каждом цикле колебаний заданному значению, соответствующему в асинхронном режиме углам между векторами существенно отличным от 0 и 180^o, формируют абсолютную величину приращения ₁ и используют для установления факта возникновения асинхронного режима, определяют знак ₁ и фиксируют его как знак S₁₂ при размещении электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой или фиксируют знак S₁₂ как противоположный знаку при другом размещении электрического центра качаний, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют приращение ₂ фазового угла ₂ между напряжением U₂ во второй точке электропередачи, более удаленной от точки приложения чем первая, и током i, формируют абсолютную величину этого приращения и определяют его знак, выбирают наибольшее значение фиксируют факт возникновения асинхронного режима по превышению установленного уровня, сравнивают ₁ и ₂ по знаку и абсолютной величине, фиксируют размещение электрического центра качаний на участке электропередачи между первой и второй точками при несовпадении упомянутых знаков или вне этого участка - при совпадении в последнем случае фиксируют размещение электрического центра качаний между местом приложения и первой точкой, если или между местом приложения и второй точкой, если c

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4