КОМПОНОВКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ГЕНЕРАТОРОВ
LAYOUTS OF ELECTRIC GENERATORS

Настоящее изобретение относится к компоновкам электрических генераторов, а более конкретно - к компоновкам распределенных электрических генераторов, в которых ряд электрических генераторов все соединены в соответствующей электрической распределительной сети для обеспечения электроэнергии (электрической мощности) в электрической распределительной сети.
Для получения эффективного и лучшего использования множества источников выработки электроэнергии все более желательным является использование солнечной энергии и энергии ветра в качестве первичных источников выработки электроэнергии. По своей сущности такие источники выработки электроэнергии являются небольшими и более дисперсными (рассредоточенными), чем большие генераторы стандартных электростанций, соответствующие предшествующему уровню техники. Небольшие генераторы имеют тенденцию к соединению с низковольтной электрораспределительной системой. Более высоковольтные системы передачи электроэнергии получают электрическую мощность от стандартных электростанций более высокой мощности. Низковольтные и высоковольтные системы соединяют посредством трансформаторов.
На фиг.1 приведена иллюстрация типовой компоновки распределенных электрических генераторов, соответствующей предшествующему уровню техники. В таких обстоятельствах генератор 11 в высоковольтной электростанции имеет автоматический выключатель 12 высоковольтного генератора, который соединяет генератор 11 с высоковольтной сетью или системой 13 распределения электроэнергии. Низковольтная система 14 распределения электроэнергии соединена с высоковольтной системой 13 распределения электроэнергии посредством одного или более электрических трансформаторов 15. Каждый электрический трансформатор 15, возможно, оборудован высоковольтным автоматическим выключателем 16 и низковольтным автоматическим выключателем 17. Распределенный генератор 18 соединен с низковольтной системой распределения электроэнергии посредством автоматического выключателя 19 генератора. Трансформатор 15 обеспечивает возможность соединения низковольтного генератора с высоковольтной системой 13 распределения электроэнергии и соединения высоковольтного генератора 11 с низковольтной системой 14 распределения электроэнергии.
Очевидно, что одна потенциальная ситуация относительно распределенной сети или системы, как определено на фиг.1, является так называемым «секционированием». На фиг.2 приведена схематическая иллюстрация такого секционирования. Для сравнения, подобными ссылочными номерами на фиг.2 указаны элементы, используемые на фиг.1. «Секционирование» имеет место, когда распределенный генератор становится отсоединенным от остальной электрической системы распределения электроэнергии, с которой он нормально (обычно) соединен. Пример «секционирования» имеет место, если высоковольтный автоматический выключатель 16 электрического трансформатора 15, соединяющего низковольтную электрическую систему 14 распределения электроэнергии с высоковольтной электрической системой 13 распределения электроэнергии, размыкается, либо в ответ на повреждение 21 или другой отказ. Распределенный генератор 18 в таких обстоятельствах может еще продолжать устойчиво работать и просто питать локальную нагрузку, называемую «запертой нагрузкой». Изолированная область, создаваемая размыканием автоматического выключателя 16, является так называемой «секцией источника электроэнергии», которая, как показано, может автоматически поддерживаться в зависимости от приблизительного баланса между локальной нагрузкой и выработкой электроэнергии, обеспечиваемой генератором 18.
Секции источника электроэнергии или секционирование могут представлять ряд рисков и проблем относительно функционирования распределенной системы или сети. Например, имеется опасность поражения электрическим током, в котором ремонтный персонал может полагать, что части распределенной системы не находятся под напряжением при непрерывном питании от еще соединенного генератора 18. Также очевидно, что электроэнергия может быть обеспечена при напряжениях или частотах, которые противоречат ожидаемым или нормативным пределам, как определенным для всей сети распределения электроэнергии. Также очевидно, что незаземленное распределение будет продолжать держать под напряжением части электрической распределительной сети, что может представлять опасность для человека и может быть противозаконным при некоторых режимах. Из особого интереса в отношении продолжающегося технического обслуживания следует, что распределенный генератор 18 продолжает держать под током сеть электроснабжения, так что имеется значительный риск не совпадающего по фазе повторного включения соответствующего генератора 18 электрической мощности, как только автоматический выключатель замыкается, и секция источника электроэнергии возвращается ко всей сети распределения электроэнергии. Например, что касается фиг.2, как показано, повреждение 21 может иметь место в высоковольтной цепи между высоковольтной системой 13 распределения электроэнергии и электрическим трансформатором 15. Защитное устройство, контролирующее автоматический выключатель 16, будет детектировать ток повреждения и разомкнет автоматический выключатель 16 для прерывания тока повреждения. Возможно, автоматический выключатель 16 снабжен автоматическим механизмом повторного включения (не показанным), который детектирует прерывание тока повреждения и ждет в течение предварительно заданного периода времени разрешения деионизации тока повреждения. После истечения периода времени автоматический механизм повторного включения повторно включит автоматический выключатель 16 в попытке восстановления электропитания к электрическому трансформатору 15. Однако во время периода, когда автоматический выключатель 16 разомкнут, имеется риск того, что напряжение, частота и фаза распределенного генератора 18 сдвинется от напряжения, частоты и фазы высоковольтной системы 13 распределения электроэнергии. По этой причине повторное включение будет иметь место в не совпадающем по фазе состоянии с разностями в напряжениях между высоковольтной системой 13 распределения электроэнергии и распределенным генератором 18, вызывая большие электрические токи. Следствия таких больших электрических токов могут быть катастрофическими с результирующими разрушениями коммутационной аппаратуры и повреждением самих генераторов 18.
С высоковольтными системами распределения электроэнергии известно применение «контрольно-синхронизирующих» защитных контрольно-измерительных устройств или другой аппаратуры с соответствующими автоматическими выключателями. Такая защита измеряет напряжение на каждой стороне выключенного выключателя, то есть автоматического выключателя, и обеспечивает возможность выключателю включаться, либо если напряжение на каждой стороне имеет одинаковую величину и является синхронизированным, либо если одна или обе стороны выключателя являются обесточенными. Однако контрольно-синхронизирующую защиту редко используют в низковольтных системах распределения электроэнергии, так как это, как правило, не экономично и часто непрактично для обеспечения такой синхронизирующей защиты с каждым элементом коммутационной аппаратуры.
На фиг.3 приведена иллюстрация альтернативного способа обеспечения защиты секционирования посредством так называемой технологии текущего контроля «отключения магистралей». В примере, иллюстрируемом на фиг.3, защита 31 секционирования измеряет напряжение на зажимах генератора, возможно, используя трансформатор 32 напряжения и, возможно, ток на выходе генератора через посредство генераторов тока (не показанных). Если защита 31 секционирования детектирует секционирование, то она осуществляет смягчающее действие, которое, возможно, может предусматривать включение автоматического выключателя 19 генератора для генератора 18 через размыкающий механизм 33. Компоновка, показанная на фиг.3, является популярной формой защиты секционирования и известна как защита «скорости изменения частоты» (ROCOF). Этот принцип работы допускает, чтобы немедленно после образования секции источника электроэнергии осуществлялось рассогласование генерирования мощности и нагрузки до тех пор, пока регулятор генератора не согласует генерирование до нагрузки. Это рассогласование вызывает немедленное изменение частоты, которое детектирует защита 31.
К сожалению, защита скорости изменения частоты не может проводить различие между локальными изменениями в частоте вследствие секционирования и нарушениями частоты всей системы. Очевидно, что может быть внезапное падение в частоте после потери основного генератора 11 электроэнергии или выключения высоких нагрузок или других объектов, как показано на фиг.фиг.1, 2 и 3. На фиг.4 приведена иллюстрация возможных последовательностей потери основного генератора 11. В таких обстоятельствах высоковольтная система 13 распределения электроэнергии потеряет выход из генератора 11. Эта потеря может быть в качестве результата размыкания (выключения) автоматического выключателя 12 вследствие повреждения или другого отказа. Потеря аннулирует выход генератора 11 к высоковольтной системе 13 распределения электроэнергии. Электроэнергетическая система внезапно изменится и в результате приведет к переходному состоянию частоты электрической системы. Это переходное состояние будет передаваться через электрический трансформатор в низковольтную систему 14 распределения электроэнергии. Это переходное состояние частоты может быть достаточно критическим, так что защита 31 для распределенного генератора 18 разомкнет автоматический выключатель 19 для изолирования распределенного генератора 18. Благодаря такой изоляции распределенного генератора 18 очевидно, что электрический выход этого генератора 18 также теряется, ухудшая повреждение всей системы и угрожая безопасности системы. Даже если электроэнергетическая система восстанавливается из поврежденного состояния, неприятное отключение распределенного генератора 18 будет нежелательным, поскольку это может вызвать финансовые потери. Например, если распределенный генератор 18 является частью комбинированной системы генерирования тепла и электроэнергии, то очевидно, что эта комбинированная система генерирования тепла и электроэнергии может недопустимо нарушать подачу тепла к технологическим процессам, даже при коротких перерывах в подаче, приводя в результате к финансовым потерям вследствие нарушения технологических производственных режимов.
Одним способом улучшения общих технических характеристик защиты 31 скорости изменения частоты является организация сравнения локального изменения частоты на выходе распределенного генератора 18 с подобным измерением в одном или более местоположениях на высоковольтной системе распределения электроэнергии. Таким образом, выключение и изоляция распределенного генератора 18 будет иметь место только, если сравнение между локальным изменением частоты и изменением частоты в высоковольтной системе распределения электроэнергии указывает на секционирование электроэнергии. Этот процесс назван «сравнением скорости изменения частоты» (COROCOF) и иллюстрируется на фиг.5. Как и прежде, скорость изменения частоты измеряют посредством релейного контрольно-измерительного устройства 51 в местоположении в высоковольтной системе 13. Если контрольно-измерительное устройство 51 измеряет повреждение системы, то есть вероятное выключение контрольно-измерительного устройства 31 локального генератора, то контрольно-измерительное устройство 51 приведет в действие передатчик 52. Этот передатчик 52 передаст сигнал 53 блокирования к радиоприемнику 54, связанный с изменением системы 55 скорости изменения частоты, которая, в свою очередь, соединена с контрольно-измерительным устройством 31, связанным с распределенным генератором 18. Система 55 заблокирует работу контрольно-измерительного устройства 31 и, таким образом, предотвратит выключение автоматического выключателя 19 через отключающее устройство 33. Таким образом, если система 55 блокирует работу, то очевидно, что автоматический выключатель 19 не выключится вследствие определения нарушения частоты системы, например как результат выключения основного генератора 11.
Сравнение защиты скорости изменения частоты, как правило, является эффективным. Однако очевидно, что возникнет потребность в нескольких релейных контрольно-измерительных устройствах 31 для соответствующих распределенных генераторов 18 в практической распределительной сети вместе с передающими источниками и связанными средствами для измерения частоты электрической системы в разных местах в электрической распределительной системе. Каждый из передающих источников будет способным передавать сигнал блокирования к радиоприемнику 54 и связанному компаратору 55 для блокирования работы контрольно-измерительного устройства 31, гарантируя, чтобы сигнал 33 выключения для выключения автоматического выключателя 19 не передавался, и, таким образом, изоляцию генератора 18. В таких обстоятельствах система распознавания или компаратор 55 должны быть оборудованы для приема нескольких сигналов 53 блокирования от соответствующих передающих источников 51 сразу или раздельно.
На фиг.6 иллюстрируется состояние системы распределения электроэнергии после секционирования распределенного генератора 18. Это секционирование может быть результатом выключения высоковольтного автоматического выключателя 16 электрического трансформатора 15, соединяющего низковольтную систему 13 с высоковольтной системой 14 в ответ на повреждение 21 или другой отказ. Низковольтная электрическая система 14 страдает от переходного состояния частоты. Однако высоковольтная электрическая система 13 не страдает от переходного состояния частоты и по этой причине не посылает сигнала блокирования. В таких обстоятельствах контрольно-измерительное устройство 31 скорости изменения частоты, которое контролирует автоматический выключатель 19 для генератора 18, не принимает сигнала блокирования. В таком случае контрольно-измерительное устройство 31 выключит автоматический выключатель 19 для изолирования генератора 18 или обеспечения более изощренной реакции через несколько иное регулирующее или смягчающее действие. Особым преимуществом обеспечения системы сравнения скорости изменения частоты является то, что когда система откажет, сигнал блокирования не детектируется, конфигурация будет исправлять неисправности для эффективной защитной системы обычной скорости изменения частоты. Общая защита еще сохраняется, хотя, как индицируется, с некоторыми ложными выключениями и изоляцией распределенного генератора 18. Тем не менее, для подтверждения функционирования, как правило, передатчик предназначен для периодической передачи испытательных сигналов блокирования. В таких обстоятельствах защитная система обеспечивает две дополнительные функции. Во-первых, защитная система будет поднимать тревогу, если она отказывается принимать ожидаемый периодический испытательный сигнал блокирования. Кроме того, если периодические испытательные сигналы блокирования не принимаются, то защитная система 55, как правило, организуется для установки по умолчанию заданной установки и характеристик, которые обеспечивают приемлемый компромисс между быстрой пусковой реакцией на секционирование электроэнергии и обеспечением некоторого иммунитета для широких переходных состояний частоты системы.
Во время ненарушенных состояний системы очевидно, что защитная система будет игнорировать периодические сигналы блокирования. Однако имеется риск того, что периодический испытательный сигнал блокирования совпадет с работой распределенного генератора в состоянии секционирования электроэнергии. В таких обстоятельствах контрольно-измерительное устройство 31 будет предотвращаться от работы. Возможность такого ложного срабатывания может быть уменьшена путем кодирования сигналов 53 блокирования для гарантирования того, чтобы контрольно-измерительное устройство 51 работало независимо от конкретной характеристики системы 13 распределения электроэнергии. В таких обстоятельствах защитная система 55 будет блокировать реле 31 контрольно-измерительного устройства только в том случае, если модуляция сигнала 53 блокирования соответствует форме волны выхода из распределенного генератора 18, и таким образом показывает, что электрический генератор 18 остается соединенным с высоковольтной электрической системой 13.
Хотя компараторы сравнительной скорости изменения частоты, используемые для защитных систем, являются эффективными, очевидно, что будет требование установки передатчиков 51 блокирования для передачи систем блокирования. Такие передатчики 51 потребуют специального лицензирования и в любом случае добавят к расходам на обеспечение защиты. Как показано ранее, обеспечение контрольных синхронизирующих защитных систем для низковольтных систем распределения электроэнергии является неэкономичным и по этой причине необходимость обеспечения специальных передатчиков изменения частоты, использующих другой трафик связи, которые, хотя и более дешевые, но требуют операторов таких дополнительных систем связи для приема обеспечения системы блокирования, но не вызывая чрезмерных помех с другим трафиком для этих особых систем передачи данных. Дополнительной альтернативой было бы обеспечение сигналов блокирования, которые могут передаваться наземными цепями связи, но, в общем, такие способы будут более дорогими, чем радиочастотные системы передачи данных. Желательно найти более практичный способ реализации защитных систем сравнения скорости изменения частоты относительно компоновок электрических генераторов, содержащих сети распределенных генераторов.
Аспекты настоящего изобретения обеспечивают компоновку электрических генераторов, содержащую распределительную сеть, имеющую первый генератор и второй генератор, первый генератор предназначен для обеспечения электроэнергии к передающему источнику, второй генератор соединен с распределительной сетью посредством коммутатора для обеспечения возможности изоляции второго генератора, коммутатор взаимодействует с компаратором электрической характеристики для сравнения фазы и/или частоты напряжения, обеспечиваемого вторым генератором с паразитной модуляцией сигнала передатчика из передатчика вследствие изменений в фазе и/или частоте напряжения, обеспечиваемого первым генератором к передатчику, компаратор предназначен для функционирования коммутатора для изолирования или соединения второго генератора с распределительной сетью в зависимости от изменения в фазе и/или частоте напряжения, обеспечиваемого вторым генератором, и паразитной модуляции передаваемого сигнала.
В соответствии с аспектами настоящего изобретения альтернативно обеспечивается способ управления распределительной сетью электрических генераторов, содержащей первый генератор и второй генератор, причем первый генератор обеспечивает электроэнергию для передающего источника, второй генератор соединен с сетью посредством коммутатора, связанного с компаратором электрической характеристики, при этом способ использует компаратор для сравнения фазы и/или частоты напряжения, обеспечиваемого вторым генератором, и паразитной модуляции передаваемого сигнала из передатчика вследствие изменений в фазе и/или частоты напряжения, обеспечиваемого первым генератором к передатчику, способ использует схожесть и/или несоответствие между соответствующими фазой и/или частотой напряжения второго генератора и паразитной модуляцией передаваемого сигнала для управления коммутатором.
Как правило, первый генератор является высоковольтным генератором по сравнению со вторым генератором.
Как правило, коммутатор является автоматическим выключателем к низковольтной системе распределительной сети относительно высоковольтной системы, соединенной с первым генератором, причем низковольтная система и высоковольтная система соединены через трансформатор. В общем, трансформатор имеет автоматический выключатель к высоковольтной системе и автоматический выключатель к низковольтной системе.
Как правило, передатчик связан с первым генератором через трансформатор.
Как правило, компаратор является компаратором скорости изменения частоты. Альтернативно, компаратор является компаратором сдвига вектора напряжения для напряжения.
В общем, имеется множество первых генераторов. Как правило, имеется множество вторых генераторов. Как правило, распределительная сеть содержит высоковольтную электроэнергетическую систему и низковольтную электроэнергетическую систему.
Как правило, имеется множество передатчиков. В общем, компаратор включает в себя средство для различения между передатчиками. Компаратор, возможно, включает в себя средство для идентификации запрещенных передатчиков, которые могут быть связаны со вторым генератором.
Как правило, второй генератор может обеспечивать электроэнергию к секции источника электроэнергии, ограниченной частью распределительной сети, а коммутатор предназначен для изолирования второго генератора от секции источника электроэнергии, когда фаза и/или частота напряжения второго генератора отличается от фазы и/или частоты напряжения первого генератора, как определено компаратором.
Теперь настоящее изобретение будет описано на характерном примере со ссылкой на сопроводительные чертежи, где
Фиг.7 - схематическая иллюстрация компоновки электрических генераторов, соответствующей аспектам настоящего изобретения, во время нормальной работы;
Фиг.8 - схематическая иллюстрация компоновки, показанной на фиг.7, во время эпизода секционирования электроэнергии; и
Фиг.9 - иллюстрация компоновки электрических генераторов электроэнергии, в которой компаратор размещен (предназначен) для различения между передатчиками.
Очевидно, что способ сравнения скорости изменения частоты (COROCOF) для оперативного управления компоновками электрических генераторов зависит от измерений форм волны напряжения на выходе распределенного генератора 18 в сравнении с измерением форм волны напряжения в одном или более местоположений в распределительной сети. Эти распределенные местоположения будут, как правило, в высоковольтной системе распределения электроэнергии, связанной с этой сетью. Способ сравнения скорости изменения частоты (COROCOF) обеспечивает возможность определения того, потерял ли генератор синхронизм с остальной распределительной сетью и по этой причине стал секцией источника электроэнергии. В таких обстоятельствах сравнение достигают посредством измерения форм волны в одном или более местоположений, и эти измерения должны быть переданы как сигналы к распределенному генератору, снабженному защитой, для сравнения сигналов передатчика с формой волны напряжения на выходе соответствующего распределенного генератора. Проблема возникает в отношении передачи сигналов из распределенных местоположений для сравнения. В соответствии с аспектами настоящего изобретения аннулируются проблемы в отношении обеспечения специализированных передатчиков.
Аспекты настоящего изобретения используют «передатчики благоприятной возможности» для обеспечения сигналов сравнения для использования относительно определения секционирования электроэнергии посредством распределенного генератора. Эти передатчики благоприятной возможности являются существующими радиовещательными передатчиками, которые могут использоваться для обеспечения опорного сигнала фазы и частоты для определения секционирования электроэнергии. Существующие радиовещательные передатчики используют в силу паразитной модуляции передатчиков благодаря соответствующим генераторам электроэнергии. Для целей этого описания эти генераторы электроэнергии для передатчиков будут считаться первыми генераторами.
Очевидно, что передатчики передают информацию посредством модуляции несущей низкочастотным сигналом, содержащим информацию для передачи. Обычными формами модуляции являются амплитудная модуляция (AM), где низкочастотный сигнал изменяет амплитуду несущей, и частотная модуляция (FM), где низкая частота изменяет частоту несущей. Совершенный радиопередатчик будет генерировать только один тип модуляции. Однако передатчики, используемые в практических случаях применения, не являются идеальными или совершенными и, таким образом, генерируют другие формы модуляции. Эти другие формы модуляции называют «паразитной модуляцией». Паразитная модуляция, в общем, является вредной и нежелательной, например паразитная модуляция может вызывать помехи для связи. В таких обстоятельствах большинство передатчиков сконструировано с возможностью стремления к минимизации паразитной модуляции, хотя она не может быть полностью исключена.
Аспекты настоящего изобретения используют существующую паразитную модуляцию передаваемых сигналов, как показано, вызываемую первыми генераторами. Некоторая паразитная модуляция будет модуляцией несущей, благодаря изменениям в электропитании к передатчику от первого генератора. Этот компонент может быть назван «паразитной модуляцией электропитания», используемой в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Если передатчик имеет источник электропитания переменного тока, то паразитная модуляция электропитания будет содержать гармоники частоты переменного тока. Очевидно, что паразитная модуляция электропитания будет паразитной модуляцией однофазного электропитания или паразитной модуляцией трехфазного электропитания, в зависимости от того имеет ли передатчик однофазное или трехфазное электропитание от первого генератора.
Благодаря использованию частоты паразитной модуляции электропитания фиксированное кратное число частоты источника электропитания переменного тока к данному передатчику, очевидно, может быть получено как поддающаяся измерению частота соответствующего первого генератора. В таких обстоятельствах паразитная модуляция электропитания может быть использована как сигнал сравнения для защитного различения и управления в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
Известно обеспечение контрольно-измерительных устройств скорости изменения частоты (фиг.3-6), которые измеряют частоту выходного напряжения распределенного генератора 18. Для целей этого описания распределенным генератором 18 будет считаться второй генератор. Когда контрольно-измерительное устройство скорости изменения частоты, которым оборудован второй генератор, измеряет скорость изменения частоты, которая превышает уровень защиты, то контрольно-измерительное устройство сравнит частоту и скорость изменения частоты выходного напряжения из второго генератора с подобными характеристиками паразитной модуляции электропитания. Сравнение даст возможность для паразитной модуляции электропитания быть фиксированным кратным числом частоты мощности переменного тока из первого генератора к данному передатчику и, таким образом, также фиксированной кратной частотой на выходе второго генератора. Сравнение, в общем, будет в показателях «на единицу», что означает способ, широко используемый в электротехнике. В показателях на единицу количество или изменение в количестве выражается как доля основного количества. Например, изменение частоты 1 Гц в системе 50 Гц является изменением 1/50=0,02.
Аспекты настоящего изобретения могут рассматриваться как система для избирательной защиты паразитной модуляции электропитания. На фиг.7 иллюстрируется компоновка электрических генераторов во время системного обширного частотного нарушения. Подобные ссылочные номера использованы относительно элементов компоновки электрических генераторов, совместимой с предшествующими компоновками, приведенными на фиг.фиг.1-6. Как показано на фиг.7, трансформатор 71 соединяет низковольтную систему 72 электропитания с высоковольтной системой 13 электропитания распределительной сети, описанной выше. Трансформатор 71, возможно, оборудован автоматическими выключателями, но они не существенны для защитной системы, соответствующей аспектам настоящего изобретения, и по этой причине не показаны или описаны. Высоковольтная система 72 обеспечивает электропитание радиовещательного передатчика 73, который не только передает требуемый сигнал, но также передает паразитную модуляцию 74 электропитания. Электроэнергия, обеспечиваемая для передатчика 73, поступает от первого генератора 11, связанного с высоковольтной системой 30 посредством трансформатора 71.
Второй распределенный генератор 18 имеет релейное контрольно-измерительное устройство скорости изменения частоты для обеспечения защиты секционирования, как описано выше. Защитная система, предусмотренная для второго распределенного генератора 18, также включает в себя (SIMOD) модуль избирательной защиты паразитной модуляции электропитания, соответствующий аспектам настоящего изобретения. Этот модуль 75 измеряет форму волны напряжения на выходе второго генератора 18 и сравнивает ее паразитной модуляцией 74 электропитания, принимаемой из передатчика 73 через приемник 76.
Если имеет место системное обширное частотное нарушение, например, вследствие потери первого высоковольтного генератора 12 электроэнергии, то будут использованы следующие факторы:
a) частота (на единицу), как частоты второго генератора 18, так и паразитной модуляции электропитания, как определяется посредством модуля 75, будет одинакова,
b) скорость изменения частоты (на единицу) напряжения частоты второго генератора 18 и паразитной модуляции электропитания, как определяется посредством модуля 75, будет одинакова,
c) фазовый угол между выходным напряжением второго генератора и паразитной модуляцией электропитания, как определяется посредством модуля 75, не изменится.
Как показано, модуль 75 будет действовать как селектор, чтобы делать сравнения и вывод, что несмотря на переходное состояние частоты, измеренное на основе формы волны напряжения на выходе второго генератора 18, второй генератор остается соединенным с остальной системой. В таких обстоятельствах модули 75 на основе распознования заблокирует работу контрольно-измерительного устройства 31 на основе обеспечения отключающего устройства 33 для выключения автоматического выключателя 19 для изолирования второго генератора 18. Второй генератор 18 будет продолжать соединяться с распределительной сетью и обеспечивать электроэнергию к низковольтной системе 14 энергоснабжения, а также к высоковольтной системе 13 энергоснабжения через трансформатор 15.
На фиг.8 иллюстрируется компоновка электрических генераторов, соответствующая аспектам настоящего изобретения, во время инцидента секционирования электроэнергии. Как прежде, для обеспечения согласованности подобные ссылочные номера использовали в отношении функциональных элементов, используемых на соответствующих фиг.1-7. На фиг.8 секция источника электроэнергии определяется благодаря компоновке электрических генераторов и способа, соответствующего настоящему изобретению. Когда высоковольтный автоматический выключатель 16 электрического трансформатора 15, соединяющий низковольтную систему 14 с высоковольтной системой 13, размыкается (выключается) в ответ на повреждение или другой отказ, создается секция источника электроэнергии, как описано выше. В соответствии с аспектами настоящего изобретения второй распределенный генератор 18 может продолжать устойчиво работать. Генератор 18, как описано выше, как правило, будет питать локальную нагрузку (запертую нагрузку) для поддержания так называемого секционирования мощности. Во время инцидента секционирования электроэнергии второй распределенный генератор 18 будет обеспечивать следующие характеристики:
a) частота на единицу выходного напряжения второго генератора 18 будет отличаться для паразитной модуляции 74 электропитания, как определяется посредством модуля 75,
b) скорость на единицу изменения частоты выходного напряжения второго генератора 18 будет отличаться от скорости изменения частоты паразитной модуляции 74 электропитания, как определяется посредством модуля 75,
c) фазовый угол между выходным напряжением второго генератора 18 и паразитной модуляцией 74 электропитания внезапно изменится и после этого изменяется со временем.
В вышеуказанных обстоятельствах SIMOD модуль 75 сделает вышеупомянутое сравнение и придет к заключению, что переходное состояние, измеренное в форме волны напряжения на выходе второго или распределенного генератора 18, было вследствие того, что второй генератор является частью секции источника электроэнергии. В таких обстоятельствах модуль 75 разблокирует работу релейного контрольно-измерительного устройства 31 скорости изменения частоты, связанного со вторым или распределенным генератором 18. В таких обстоятельствах релейное контрольно-измерительное устройство обеспечит сигнал 33 отключения к коммутатору 19 автоматического выключателя для размыкания коммутатора 19. В таких обстоятельствах второй генератор 18 будет изолирован от низковольтной системы 14.
Так же, как и во всех системах связи, имеется потенциальная возможность отказа приема приемником 76 удовлетворительного сигнала паразитной модуляции электропитания из передатчика 73. Такой отказ может быть вследствие повреждения одного или более передатчиков благоприятной возможности из-за повреждения, ремонта, или другого отказа, или электрических помех. В таких случаях компоновки электрических генераторов и способы, соответствующие аспектам настоящего изобретения, будут предназначены для смягчения последствий такого отказа приема достаточно удовлетворительных сигналов 74 паразитной модуляции электропитания из одного или более местоположений в распределительной сети в качестве ссылок на выход напряжения из второго генератора. Такое смягчение приведет в результате к защитной системе, сравнимой с защитной системой изменения частоты, соответствующей предшествующему уровню техники. В системах, соответствующих предшествующему уровню техники, будет очевидно, что, если система сравнения повреждена, то защитная система будет приспособлена устанавливаться по умолчанию на защитный режим простого изменения скорости частоты, так что общая защита не ухудшится. Однако защитная система в таких обстоятельствах поднимет тревогу, если она дала сбой в приеме удовлетворяющих требованиям системы сигналов 74 паразитной модуляции электропитания в течение длительного или продолжительного периода времени. Очевидно, компоновка электрических генераторов и способ в соответствии с аспектами настоящего изобретения могут быть скомпонованы для осуществления дополнительного смягчающего действия, например установки по умолчанию разных защитных установок или характеристик, выбранных быть доступным компромиссом между быстрым действием в ответ на секционирование электроэнергии и защищенностью от системных обширных переходных состояний частоты.
Как показано выше, особым преимуществом аспектов настоящего изобретения является использование существующих передатчиков в распределительной сети. Что касается частотно-модулированных передатчиков, то будет очевидно, что передатчики являются перспективными для генерирования паразитной модуляции 74 электропитания, которая является амплитудно-модулированной. Однако также очевидно, что разные варианты осуществления могут использовать разные формы модуляции, таким образом, например один вариант осуществления может использовать передатчики амплитудной модуляции, которые генерируют паразитную модуляцию электропитания, которая является частотно-модулированной. Кроме того, множество передатчиков, использующих разные формы модуляции, могут быть использованы так, чтобы гибкость в отношении использования передатчиков благоприятной возможности могла встраиваться в компоновки электрических генераторов и способ для гарантии адекватной устойчивости в работе.
Должно быть очевидным, что должны быть сделаны четкие различия между отдельными передатчиками и передающими энергообъектами. Передатчик является электронным устройством, которое генерирует радиочастотную энергию для передачи по воздуху, возможно, устанавливаемое на передающей мачте или вышке. Для экономии средств несколько передатчиков будут обычно связаны с одной передающей мачтой или вышкой, а несколько мачт или вышек могут занимать один передающий энергообъект. В таких обстоятельствах аспекты настоящего изобретения используют передающий источник или энергообъект, которые, обычно, будут иметь одно электропитание от первого генератора, обслуживающего несколько передатчиков, и по этой причине эти несколько передатчиков будут функционировать от одного общего электропитания, от первого генератора. На основе аспектов настоящего изобретения этот передающий энергообъект, как указано, будет считаться передающим источником, паразитная модуляция электропитания будет совместима (логична) для каждого из передаваемых сигналов и этого передающего источника даже в том случае, если может быть несколько отдельных и различимых передаваемых сигналов, передаваемых из одного передающего источника. Например, может быть шесть передающих энергообъектов 91-96, причем каждый обеспечивает соответствующую частоту и модулируемые передаваемые сигналы, которые могут обеспечивать источник паразитной модуляции электропитания в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Очевидно, что каждый передатчик на одном энергообъекте или передающем источнике 91-96 будет, обычно, работать от одного сетевого электропитания, которое для целей описания обеспечивается первым генератором. В таких обстоятельствах каждый передатчик передающего источника не обеспечит множества независимых источников паразитной модуляции электропитания для сравнения посредством SIMOD модуля 75 в соответствии с аспектами настоящего изобретения. При потере сетевой электроэнергии к одному из передающих энергообъектов 91-96 будет потеряна паразитная модуляция электропитания от всех передатчиков этого энергообъекта, но другие передатчики в других энергообъектах 91-96 могут продолжать работать. В таких обстоятельствах в соответствии с аспектами настоящего изобретения SIMOD модуль будет конфигурирован так, чтобы он мог принимать сигналы от такого множества передающих источников или энергообъектов, а также отдельных передатчиков, как это практично, для того чтобы при отказе передатчика в одном передающем источнике или энергообъектов другие передатчики того источника или энергообъектов продолжали обеспечивать паразитную модуляцию электропитания для использования модулем 75, или если отказывает весь передающий источник или энергообъекты, то были доступны другие передающие источники или энергообъекты. В таких обстоятельствах компоновка электрических генераторов и способ не будут уязвимыми от отказа отдельных передатчиков или всех передатчиков в конкретном передающем энергообъекте или источнике.
Прием передач от всех передатчиков в одном передающем источнике или энергообъекте был бы, в общем, полезным на основе измерения паразитной модуляции электропитания вследствие электроснабжения в этом передающем источнике. Паразитная модуляция электропитания вследствие электропитания переменного тока будет нормально общей для всех передатчиков и сигналов в передающем источнике. Кроме того, как показано, передаваемый сигнал будет, в общем, несущей, а особые несущие могут быть более полезными относительно определения паразитной модуляции электропитания, чем другие. В таких обстоятельствах, как показано, все эти передаваемые сигналы, которые являются самыми эффективными, могут использоваться SIMOD модулем 75 в соответствии с аспектами настоящего изобретения. В таких обстоятельствах приемник 76 в соответствии с аспектами настоящего изобретения, используемыми в отношении SIMOD модуля 75, может иметь автонастройку, которая выбирает более сильные передаваемые сигналы, особенно те, которые имеют паразитную модуляцию электропитания, которая более близко соответствует форме волны напряжения на выходе из второго или распределенного генератора 18 для сравнения.
Хотя использование различения (распознавания) паразитной модуляции электропитания обеспечивает в соответствии с аспектами настоящего изобретения повышенную эффективность, очевидно, что внимание должно привлекаться к ситуациям, которые могут исказить или нарушить работу компоновки электрических генераторов и способа, соответствующего аспектам настоящего изобретения. Такие ситуации включают в себя случай, где передающий источник питается автономной системой выработки электроэнергии, а не первым генератором в соответствии с аспектами настоящего изобретения, и ситуации, где сама секция источника электроэнергии включает в себя передатчик или передающий источник.
Что касается передающего источника, питаемого автономным источником генерирования электроэнергии, то очевидно, что передатчики в таких обстоятельствах будут еще обеспечивать генерирование передаваемых радиосигналов несмотря на нарушение электропитания от первого генератора. Фаза и частота автономной системы генерирования электроэнергии будет отличаться от этих параметров первого генератора и второго генератора в соответствующих электрических системах 13, 14 распределительной сети. В таких обстоятельствах результат таких различий означает, различение паразитной модуляции электропитания, обеспечиваемое благодаря сигналам передатчиков, будет смещаться в отношении высоковольтной и низковольтной электрических систем 13, 14. В таких обстоятельствах паразитная модуляция электропитания, получаемая от автономной системы генерирования электроэнергии, буде бесполезной для целей различения в соответствии с аспектами настоящего изобретения. В таких обстоятельствах аспекты настоящего изобретения аннулируют такие риски в отношении различения посредством следующего:
a) SIMOD модуль 75 будет делать только сравнение фазы, частоты и скорости изменения частоты, когда контрольно-измерительное устройство 31 детектирует переходное состояние частоты в напряжении на выходе второго или распределенного генератора 18. Такой метод освободит модуль 75, работающий с ошибкой в ответ на переходные состояния в одном или более сигналах паразитной модуляции электропитания вследствие нарушений в сетевом электропитании переменного тока, обеспечиваемом посредством первого генератора к одному или более передающих источников,
b) SIMOD модуль 75 детектирует паразитную модуляцию из одного или более передающих источников, изменяет и утрачивает синхронизм с формой волны выхода из второго генератора 18, затем модуль 75 проигнорирует данную паразитную модуляцию электропитания из этого передаваемого сигнала и вместо этого настраивается на другой передающий источник. SIMOD модуль в таких обстоятельствах также предпочтительно поднимет тревогу, которая уведомляет, что конкретный передатчик или передающий источник генерирует паразитную модуляцию электропитания, которая больше не находится в синхронизме с формой волны выхода второго генератора 18,
с) SIMOD модуль может настроиться назад на паразитную модуляцию электропитания, которая потеряла синхронизм, если паразитная модуляция электропитания возвращается в синхронизм с напряжением второго генератора 18. Однако SIMOD модуль должен ждать до тех пор, пока паразитная модуляция электропитания не станет целесообразно устойчивой после этого для защитного распознавания. В таких обстоятельствах вновь установленная паразитная модуляция электропитания из каждого передающего источника может быть эффективно подвергнута «карантину» до тех пор, пока не установится уверенность относительно этого передаваемого сигнала из передающего источника. В таких обстоятельствах SIMOD модуль генерирует сигнал, который сообщает о том, который передатчик или передающие источники генерируют паразитную модуляцию электропитания, которая является стабильной и вернулась в синхронизм с формой волны напряжения выхода второго или распределенного генератора 18.
Дополнительной потенциальной опасностью относительно использования распознавания паразитной модуляции является то, как компоновка электрических генераторов и способ зависят от передаваемого сигнала. Этот передаваемый сигнал может исходить из передающего источника, который является частью потенциальной секции источника электроэнергии. Очевидно, что в любой распределительной сети секции источников электроэнергии могут создаваться посредством адекватного размыкания коммутаторов или автоматических выключателей в ряде конфигураций, и по этой причине возможно, что передающий источник может быть включен в секцию источника электроэнергии. Очевидно, если передающий источник находится в секции источника электроэнергии, то его паразитная модуляция электропитания обеспечит ложный результат, показывающий, что второй генератор еще соединен с более широкой распределительной сетью, когда этого соединения нет.
На фиг.9 иллюстрируется ситуация, где передающий источник может входить в состав секции источника электроэнергии, и подход в отношении компоновки электрических генераторов и способа для предотвращения таких ситуаций дает ложные результаты в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Так же, как относительно предшествующих чертежей, приведенных на фиг.фиг.1-8, подобные ссылочные номера использованы для обеспечения сравнения и совместимости. В компоновке, иллюстрируемой на фиг.9, второй генератор 18 тесно связан с передатчиком 93. Передающий источник 93 получает электроэнергию от второго генератора 18, а также потенциально от первого генератора 11 через связь, обеспечиваемую автоматическими выключателями 16, 17 и трансформатором 15. В таких обстоятельствах при размыкании высоковольтного автоматического выключателя создается секция источника электроэнергии, содержащая второй генератор 18 и включающая в себя передающий источник 93. Контрольно-измерительное устройство 31 скорости изменения частоты, связанное с генератором 18, будет измерять переходные состояния в выходном напряжении распределенного или второго генератора 18. Однако SIMOD модуль 75 будет наблюдать, чтобы переходные состояния в выходном напряжении второго генератора 18 согласовывались с подобными переходными состояниями в паразитной модуляции 101 электропитания, передаваемой из передающего источника 93. Источником электропитания для передающего источника 93 является не первый генератор, а второй генератор 18. Очевидно, это будет некорректно относительно различения секций источников электроэнергии в соответствии с аспектами настоящего изобретения. На самом деле, вследствие паразитной модуляции 101 электропитания из передающего источника 93, являющейся результатом теперешнего электропитания, подаваемого только вторым генератором, модулем 75 будет различаться, что генератор 18 еще является частью всей распределительной сети.
Для предотвращения проблем относительно передающих источников в соответствии с аспектами настоящего изобретения, являющихся соединенными в секции источника электроэнергии, модуль 75 будет функционировать в соответствии со следующим:
a) Паразитная мощность электропитания, обеспечиваемая SIMOD модулем 75, должна всегда быть основана на дискриминации, соответствующей паразитной модуляции электропитания, принимаемой от нескольких разных передающих источников. В таких обстоятельствах, хотя один или более из передающих источников могут быть включены в секцию источника электроэнергии путем адекватного выбора и комиссии из нескольких разных передающих источников, вероятность того, что все передающие источники будут включены в секцию источника электроэнергии, уменьшается.
b) В компоновках электрических генераторов в соответствии с аспектами настоящего изобретения некоторые передающие источники будут определены как «запрещенные передающие» источники. Такими «запрещенными передающими» источниками будут те, которые могут образовывать часть секции источника электроэнергии со вторым генератором так, чтобы секция источника электроэнергии была не защищена против повторного включения, не совпадающего по фазе. Запрещенные передатчики будут определены для каждого второго генератора 18 и будут зависеть от потенциальных конфигураций систем 13, 14 распределения электроэнергии на основе создания секций источников электроэнергии во всей распределительной сети. В таких обстоятельствах список запрещенных передатчиков или тех передатчиков, с которыми надо полностью или частично обращаться с осторожностью, будет храниться в SIMOD модуле 75. В таких обстоятельствах, если компоновка электрических генераторов зависима только от этих запрещенных передатчиков, то компоновка будет установлена по умолчанию на базовую простую защитную систему контрольно-измерительного устройства скорости изменения частоты, как описано выше, относительно контрольно-измерительного устройства 31, или модуль 75 будет запрограммирован на автонастройку для обеспечения подтверждения от других передающий источников как подтверждения достоверности паразитной модуляции электропитания, обеспечиваемой посредством запрещенного передатчика. Очевидно, что большинство передатчиков и особенно передатчиков, связанных с частотной модуляцией, может предавать цифровой сигнальный идентификационный (опознавательный) код и, возможно, дифференциальный корректирующий код глобальной системы позиционирования так, чтобы модуль 75 был способным идентифицировать и различать (выбирать) между запрещенными передатчиками в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Также очевидно, что список запрещенных передатчиков может обновляться вручную или автоматически в соответствии с изменениями в системах 13, 14 распределения электроэнергии в распределительной сети. Такое обновление запрещенных передатчиков может зависеть от различных изменений и конфигураций распределительной сети на основе потенциальных секций источников электроэнергии как результата усовершенствования или модификации распределительной сети на основе коммутаторов, которые могут составлять секции источников электроэнергии в распределительной сети.
Особым преимуществом, относящимся к аспектам настоящего изобретения, как показано выше, является то, что компоновка электрических генераторов и способ используют существующие передающие источники, а не требуют специальных систем связи. Такой подход увеличит работоспособность и использование. Хотя выше описано различение паразитной модуляции электропитания в качестве особой применимости относительно контрольно-измерительных устройств скорости изменения частоты в соответствии с аспектами настоящего изобретения, очевидно, что могут быть использованы другие виды контрольно-измерительных устройств, применяемых для управления коммутаторами для соединения или секционирования (изолирования) вторых генераторов. Такие другие контрольно-измерительные устройства включают в себя защитные контрольно-измерительные устройства сдвига вектора напряжения, которые также используются с соответствующими защитными системами секций источников электроэнергии.
Аспекты настоящего изобретения могут быть использованы относительно паразитной модуляции амплитудно-модулированного электропитания от радиовещательных частотно-модулированных передатчиков. Однако любой передатчик может быть использован при условии, что сигнал, передаваемый из передатчика, модулируется формой волны напряжения электропитания к передатчику. Модуляция электропитания к передатчику может быть любым видом модуляции с соответственно разработанным радиоприемником модуля 75 паразитной модуляции электропитания. Примерами возможных типов передатчиков являются мобильные телефонные базовые передающие станции, радионавигационные маяки, передатчики РЛС, радиоэталоны времени, радиовещательные станции амплитудной модуляции, станции цифрового радиовещания (DAB) и базовые станции частных мобильных радиосистем. Некоторые передатчики не могут быть пригодными, например телевизионные передатчики. Телевизионные передатчики, в общем, имеют полевые синхроимпульсы, сознательно установленные равными задекларированной промышленной частоте зоны устойчивого вещания передатчика, хотя не заблокированными для этой частоты. В таких обстоятельствах делаются попытки подавления паразитной модуляции электропитания, используемой в соответствии с настоящим изобретением. Эти полевые синхроимпульсы могут вызывать паразитную модуляцию с частотой, близкой к сложному выходу второго генератора 18, отрицая эффекты аспектов настоящего изобретения. Такая паразитная модуляция может быть ошибочно принята SIMOD модулем 75 за паразитную модуляцию электропитания в соответствии с аспектами настоящего изобретения.
Аспекты настоящего изобретения могут быть использованы для так называемого радиофазирования. Радиофазированием является технология, посредством которой может быть идентифицирована конкретная фаза трехфазного электропитания. Существующие способы радиофазирования модулируют радиосигнал из формы волны переменного тока одной из фаз трехфазного электропитания. Этот радиосигнал сравнивают с формой волны напряжения определяемой фазы и измеряют фазовый угол между этими двумя фазами. Радиофазирование нормально использует частную мобильную радиосистему, но такой подход блокирует радиоканал во время радиофазных тестирований и, таким образом, может считаться не выгодным и экстравагантным, когда ограничена способность связи.
Вместо этого радиофазирование может использовать однофазную паразитную модуляцию электропитания. Фазовое соотношение однофазной паразитной модуляции электропитания, передаваемое передатчиком или передатчиками, может сравниваться с проводом под напряжением известной фазы перед радиофазным тестированием и после радиофазного тестирования. В таких обстоятельствах, очевидно, что можно избегать необходимости узнавания, какой фазой питается передатчик, испускающий однофазную паразитную модуляцию электропитания. Такой подход также предохранит оператора, передающего питание к передатчику от одной фазы к другой и таким образом осуществляющего измерения радиофазирования.
Трехфазная паразитная модуляция была бы непригодной для радиофазирования, поскольку частоты были бы в шесть раз больше частот электропитания переменного тока. Поскольку это кратное трем число, это приведет к неопределенности в попытке идентификации фазового соотношения в трехфазной системе.
Аспекты настоящего изобретения могут также быть использованы для получения фазы, частоты и скорости изменения частоты и изменения в напряжении электроэнергетической системы, питающей передатчик. По этой причине аспекты настоящего изобретения могут быть использованы для получения информации о напряжении электроэнергетической системы, а также о том, питается ли передатчик переменным током или постоянным током. Например, измерения паразитной модуляции, испускаемой передатчиком или передатчиками на транспортном средстве, могут использоваться для текущего контроля электрического сигнала, указывающего на это транспортное средство, из неподвижного местоположения или другого транспортного средства. Такой подход может быть полезным для сопровождения и надзора.
Таким образом, как описано, настоящее изобретение сравнивает формы волны напряжения второго генератора и паразитную модуляцию передаваемого сигнала и, в частности, сравнивает фазу и/или частоту напряжения, обеспечиваемого вторым генератором, и паразитную модуляцию сигнала передатчика вследствие изменений в фазе и/или частоте напряжения, обеспечиваемого первым генератором к передатчику.
Расстояние между передатчиком и защитной системой для второго генератора вводит отставание по фазе, соответствующее скорости электромагнитного излучения и частоте электрической системы, с которой, обычно, соединены защитная система для второго генератора и передатчик. Это отставание по фазе, если значительно, может быть введено в качестве защитной настройки в защитную систему для второго генератора.