RU2159981C2 - Method for automatic protection against asynchronous running - Google Patents

Abstract

FIELD: emergency automatic control of power systems. SUBSTANCE: method involves determination of setting angle in any emergency situation. To this end, acceleration dδ/dt² and moment of its drop to zero are additionally measured, angle δ₁ is recorded, and setting angle is determined as difference π-δ₁; if acceleration is other than zero, OFF- signal is passed when angle equals π/2. EFFECT: improved measurement accuracy. 3 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к противоаварийной автоматике энергосистем, а именно к способам определения в темпе реального времени динамической устойчивости при параллельной работе эквивалентного генератора (станции) с энергосистемой и предотвращения асинхронного режима. The present invention relates to emergency automation of power systems, and in particular to methods for determining the dynamic stability in real time at the parallel operation of an equivalent generator (station) with the power system and preventing asynchronous operation.

При передаче мощности по высоковольтным линиям от электростанции в энергосистему или при обмене мощностью между отдельными частями энергосистемы во время аварии одна из линий электропередачи может бить отключена, в результате чего нарушается баланс между электрической мощностью, отдаваемой по линиям электропередачи, и механической мощностью на валу турбин электростанции. Следствием нарушения баланса является возрастание угла δ между эквивалентной ЭДС станции и эквивалентной ЭДС электрической системы, что может вызвать потерю устойчивости, возникновение асинхронного режима. When power is transferred via high-voltage lines from the power plant to the power system or when power is exchanged between separate parts of the power system during an accident, one of the power lines may be disconnected, as a result of which the balance between the electric power supplied by the power lines and the mechanical power on the shaft of the turbines of the power station is violated . A consequence of the imbalance is an increase in the angle δ between the equivalent EMF of the station and the equivalent EMF of the electrical system, which can cause a loss of stability, the occurrence of an asynchronous mode.

В случае нарушения устойчивости автоматические устройства противоаварийной автоматики предотвращают асинхронный режим путем отключення линии связи между энергосистемами. In the event of a stability violation, automatic emergency control devices prevent asynchronous operation by disconnecting the communication line between the power systems.

Существуют способы предотвращения асинхронного режима путем замера угла δ, сравнения его значения с уставкой δ_уст и, если угол превышает уставху, подачи сигнала на отключение линии электропередачи, что предотвращает асинхронный ход /1, 2/.There are ways to prevent the asynchronous mode by measuring the angle δ, comparing its value with the setting δ _mouth and, if the angle exceeds the setting, giving a signal to turn off the power line, which prevents asynchronous running / 1, 2 /.

Недостатком данного способа является то, что уставка по углу δ_уст, в общем случае, зависит от аварийной ситуации и не всегда будет являться границей между устойчивым и неустойчивым состоянием системы. В этом случае устройство, реализующее способ, может произвести излишнее отключение линии в устойчивом режиме или не отключить линию, когда режим неустойчив.The disadvantage of this method is that the angle setting δ _mouth , in the General case, depends on the emergency situation and will not always be the boundary between the stable and unstable state of the system. In this case, the device that implements the method may perform unnecessarily disconnecting the line in stable mode or not disconnecting the line when the mode is unstable.

Уставка δ_уст выбирается исходя из определенной расчетной аварии и остается неизменной при любых аварийных ситуациях.The setting of δ _mouth is selected based on a specific design basis accident and remains unchanged in any emergency situations.

В действительности граница квазиустойчивого состояния зависит от начальных условий аварийного режима (мощности P₀, предаварийного значения угла δ₀, значений эквивалентных ЭДС E₁, E₂ и сопротивления системы), величины возмущения и постояной времени генераторов станции. Поэтому величина уставки является переменной величиной.In fact, the boundary of the quasi-stable state depends on the initial conditions of the emergency mode (power P ₀ , the pre-emergency value of the angle δ ₀ , the values of the equivalent EMF E ₁ , E ₂ and the system resistance), the magnitude of the disturbance, and the constant time of the station generators. Therefore, the setpoint is a variable.

Целью настоящего изобретения является определение уставки по углу при любом характере аварийной ситуации и повышение точности ее определения. The aim of the present invention is to determine the angle settings for any nature of the emergency and increase the accuracy of its determination.

Поставленная цель достигается тем, что дополнительно замеряют ускорение угла эквивалентной ЭДС станции d²δ/dt² и в момент, когда ускорение достигает нулевого значения, фиксируют значение угла δ₁ , а предельный угол отключения определяют как разность δ_уст = π-δ₁, причем, если ускорение d²δ/dt² не достигает нулевого значения при изменении угла в пределах δ₀-π/2, подают сигнал на отключение, когда угол δ = π/2.
Рассмотрим работу предлагаемого способа. На фиг. 1 показана схема электрической системы в нормальном режиме, а на фиг. 2 показана схема системы в аварийном режиме. Для упрощения понимания способа введем некоторые допущения, которые никак не влияют на работу способа. Примем, что мощности генератора Г-1 и Г-2 равны; мощность генератора Г-3 равна бесконечности; внутренние сопротивления генераторов Г-1 и Г-2 равны нулю.This goal is achieved by the fact that additionally measure the acceleration of the angle of the equivalent EMF station d ² δ / dt ² and at the time when the acceleration reaches zero, fix the value of the angle δ ₁ , and the limiting angle of the shutdown is determined as the difference δ _set = π-δ ₁ , moreover, if the acceleration d ² δ / dt ² does not reach zero when the angle changes within δ ₀ -π / 2, a shutdown signal is sent when the angle δ = π / 2.
Consider the work of the proposed method. In FIG. 1 shows a diagram of an electrical system in normal mode, and FIG. 2 shows a system diagram in emergency mode. To simplify the understanding of the method, we introduce some assumptions that do not affect the operation of the method. We assume that the power of the generator G-1 and G-2 are equal; the power of the G-3 generator is equal to infinity; the internal resistances of the G-1 and G-2 generators are zero.

На фиг. 3 показана угловая характеристика передачи мощности по линии Л-2. В нормальном режиме по линии Л-2 передается мощность P₀ и мощность на валу турбины эквивалентного генератора также равна P₀. В результате аварийного отключения линии Л-1 мощность на валу турбины эквивалентного генератора будет P₁ = 2P₀, а электрическая мощность в первый момент останется равной P₀. В результате этого появляется небаланс мощностей P₁ - P₀, под действием которого начнет увеличиваться угол δ с ускорением d²δ/dt²≠ 0. По мере увеличения угла будет увеличиваться передаваемая электрическая мощность и при угле δ₁ наступит баланс мощностей P₁= P_эл. Если P₁-P_эл=0, то и d²δ/dt²= 0.
Обладая избытком кинетической энергии, ротор эквивалентного генератора продолжает двигаться, увеличивая угол δ. При этом электрическая мощность будет больше, чем механическая мощность на валу турбины и ротор будет тормозиться. Если ротор затормозится и δ не достигнет угла δ_уст = π-δ₁, то асинхронный режим не наступит, система устойчива. Если угол δ достигнет и станет больше предельного угла отключения δ_уст = π-δ₁, то P_эл будет меньше P₁, ротор будет ускоряться и наступит асинхронный режим. Таким образом уставка по углу, определяемая как δ_уст = π-δ₁, является границей квазиустойчивого состояния системы. Значение угла δ₁ определяется в момент равенства нулю ускорения угла δ. В случае, если ускорение угла d²δ/dt² сохраняет положительный знак при изменении угла δ в пределах δ₀- π/2, то это значит, что мощность турбины P₁ больше максимальной электрической мощности на всем диапазоне изменения угла δ до δ₀<π. Следовательно, не будет торможения ротора, что свидетельствует об отсутствии границы квазиустойчивого состояния, о неустойчивом режиме работы системы. В этом режиме, если d²δ/dt²≥ 0, то при угле δ = π/2 производят отключение линии, предотвращая асинхронный режим. Данный способ может быть реализован с помощью известных микропроцессорных устройств предотвращения асинхронного режима.In FIG. 3 shows the angular characteristic of power transmission along the L-2 line. In normal mode, power P ₀ is transmitted through line L-2 and the power on the turbine shaft of the equivalent generator is also equal to P ₀ . As a result of an emergency shutdown of the L-1 line, the power on the turbine shaft of the equivalent generator will be P ₁ = 2P ₀ , and the electric power at the first moment will remain equal to P ₀ . As a result of this, a power imbalance P ₁ - P ₀ appears, under which the angle δ begins to increase with acceleration d ² δ / dt ² ≠ 0. As the angle increases, the transmitted electric power will increase and at an angle δ _{1, the} power balance P ₁ = P _email If P ₁ -P _el = 0, then d ² δ / dt ² = 0.
Having an excess of kinetic energy, the rotor of the equivalent generator continues to move, increasing the angle δ. In this case, the electric power will be greater than the mechanical power on the turbine shaft and the rotor will brake. If the rotor is braked and δ does not reach the angle δ _mouth = π-δ ₁ , then the asynchronous mode will not occur, the system is stable. If the angle δ reaches and becomes greater than the limiting shutdown angle δ _set = π-δ ₁ , then P _el will be less than P ₁ , the rotor will accelerate and the asynchronous mode will occur. Thus, the angle setting, defined as δ _set = π-δ ₁ , is the boundary of the quasi-stable state of the system. The value of the angle δ ₁ is determined at the moment the acceleration of the angle δ is equal to zero. If the acceleration of the angle d ² δ / dt ² retains a positive sign when the angle δ varies within δ ₀ - π / 2, then this means that the power of the turbine P _{1 is} greater than the maximum electric power over the entire range of the angle δ to δ ₀ <π. Consequently, there will be no braking of the rotor, which indicates the absence of a boundary of a quasi-stable state, of an unstable mode of operation of the system. In this mode, if d ² δ / dt ² ≥ 0, then at an angle δ = π / 2, the line is switched off, preventing the asynchronous mode. This method can be implemented using known microprocessor devices to prevent asynchronous operation.

Claims (1)

Способ автоматического предотвращения асинхронного режима в энергосистеме путем измерения угла δ между эдс эквивалентного генератора и эдс энергосистемы, сравнения угла δ с уставкой и, если указанный угол достигает или превышает значение уставки, подачи сигнала на отключение линии электропередачи, отличающийся тем, что дополнительно замеряют ускорение и в момент времени, когда указанное ускорение

достигает нулевого значения, фиксируют значение угла δ₁, а уставку определяют как разность δ_уст = π-δ₁, причем, если указанное ускорение не достигнет нулевого значения при изменении угла δ в пределах от исходного предаварийного состояния δ₀ до π/2, подают сигнал на отключение в момент, когда угол δ = π/2A method for automatically preventing the asynchronous mode in the power system by measuring the angle δ between the emf of the equivalent generator and the emf of the power system, comparing the angle δ with the set point and, if the specified angle reaches or exceeds the set point, sending a signal to shut off the power line, characterized in that it additionally measures the acceleration and at the time when the specified acceleration

reaches a zero value, fix the value of the angle δ ₁ , and the setpoint is determined as the difference δ _set = π-δ ₁ , and if the specified acceleration does not reach zero when the angle δ varies from the initial pre-emergency state δ ₀ to π / 2, trip signal at the moment when the angle δ = π / 2

Images