Устройство управления электроснабжением энергорайона с источниками распределенной генерации при коротком замыкании на участке резервируемой линии

Полезная модель относится к автоматике электрических сетей и может быть использована для обеспечения надежного электроснабжения потребителей промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации.
Известен блок автоматического включения резерва электропитания устройств [RU №111364, H02J 9/06, Н02В 1/00, 14.09.2011], который содержит вводы фидеров электроснабжения, к каждому из них подключены внутренние устройства защиты от импульсных и коммутационных помех и перенапряжений, которые связаны с устройствами контроля качества электроэнергии для каждого ввода электроснабжения и устройством коммутации вводов, со схемой логики управления коммутацией вводов электроснабжения, которая, в свою очередь, управляет работой устройства коммутации вводов электроснабжения, схемой индикации состояния блока, которая подключена к устройству передачи диагностической информации в системы диспетчерского контроля.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, поскольку известное устройство предназначено только для организации электропитания устройств низковольтных потребителей электроэнергии от однофазных источников переменного тока.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство автоматического включения резервного электропитания потребителей [RU 2447565, C1, H02J 9/06, 10.04.2012], содержащее вводные выключатели основного и резервного источников питания, секционный выключатель, трансформаторы напряжения на шинах основного и резервного источников, трансформаторы токов на вводах основного и резервного источников, аналого-цифровые преобразователи тока и напряжения, блоки определения минимального тока ввода каждой секции, быстродействующее пусковое устройство, выход которого подключен через блок управления к вводным и секционному выключателям, причем, быстродействующее пусковое устройство дополнительно снабжено блоком формирования линейных напряжений основного и резервного источника и блоком определения направления мощности в фазах ввода основного и резервного источника, три входа блока формирования линейных напряжений основного источника соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей напряжения на шинах основного источника, и четвертый вход соединен с соответствующим выходом блока формирования линейных напряжений резервного источника, а выходы связаны с тремя соответствующими входами блока определения направления мощности в фазах основного источника и входом блока формирования линейных напряжений резервного источника, три входа блока формирования линейных напряжений резервного источника соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей напряжения на шинах резервного источника, а выходы связаны с тремя соответствующими входами блока определения направления мощности в фазах резервного источника, три входа блока определения направления мощности в фазах основного источника соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей тока основного источника, а три выхода соединены с соответствующими входами трех логических элементов «И» основного источника, и три остальных выхода соединены с тремя соответствующими входами логических элементов «И» резервного источника, три входа блока определения направления мощности в фазах резервного источника соединены с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей тока резервного источника, а три выхода соединены с соответствующими входами трех логических элементов «И» резервного источника, и три остальных выхода соединены с тремя соответствующими входами логических элементов «И» основного источника, выходы трех логических элементов «И» основного источника соединены с тремя входами первого логического элемента «ИЛИ» основного источника, а выходы соединены с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ» основного источника, выходы трех логических элементов «И», резервного источника соединены с тремя входами первого логического элемента «ИЛИ» резервного источника, а выходы соединены с соответствующим входом второго логического элемента «ИЛИ» резервного источника, вход блока определения минимального тока ввода основного источника связан с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей тока основного источника, а один выход соединен с входом четвертого логического элемента «И» основного источника, и второй выход соединен с соответствующим входом четвертого логического элемента «И» резервного источника, вход блока определения минимального тока ввода резервного источника связан с соответствующими выходами аналого-цифровых преобразователей тока резервного источника, а один выход соединен с входом четвертого логического элемента «И» резервного источника, и второй выход соединен с соответствующим входом четвертого логического элемента «И» основного источника, второй вход второго логического элемента «ИЛИ» основного источника соединен с соответствующим выходом четвертого логического элемента «И» основного источника, а выход соединен с соответствующим входом пятого логического элемента «И» основного источника, второй вход второго логического элемента «ИЛИ» резервного источника соединен с соответствующим выходом четвертого логического элемента «И» резервного источника, а выход соединен с соответствующим входом пятого логического элемента «И» резервного источника, на второй вход пятого логического элемента «И» основного и резервного источника подают блокирующие сигналы от релейной защиты, а выход соединен с входами блока управления.
Недостатком устройства является относительно узкие функциональные возможности, поскольку, хотя оно и предназначено для осуществления автоматического включения резервного электропитания потребителей, но не позволяет осуществлять управление электроснабжением энергорайона с источниками распределенной генерации при коротком замыкании на участке резервируемой линии. Это сужает арсенал технических средств, которые позволяют осуществлять управление электроснабжением энергорайона.
Задачей, которая решается в полезной модели, является создание устройства, обладающего более широкими функциональными возможностями и расширяющего арсенал технических средств, которые могут быть использованы для управления электроснабжением промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации при возможных коротких замыканиях на участках резервируемых линий, и обеспечивающего надежный сетевой автоматический ввод резерва промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации, обеспечивающего его срабатывание при коротком замыкании на участке резервируемой линии.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей и расширении, на этой основе, арсенала технических средств, которые могут быть использованы для управления электроснабжением промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации при возможных коротких замыканиях на участках резервируемых линий, и повышении надежности бесперебойного электроснабжения промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации при возможных коротких замыканиях на участке резервируемой линии.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что, в устройство, содержащее пусковой орган по напряжению, пусковой орган по частоте, а также элемент ИЛИ и первый и второй элементы И, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами элемента ИЛИ, согласно полезной модели, введены блок определения уставок пусковых органов, выполненный с возможностью подачи на его группу сигнальных входов сигналов напряжений в узлах и токов в ветвях энергорайона и на его вход телесигнализации сигналов о положении секционирующих выключателей резервируемой линии, и блок памяти оптимальных вариантов автоматического ввода резерва, выход которого соединен со входом блока определения уставок пусковых органов, при этом, первый и второй выходы блока определения уставок пусковых органов соединены с первыми входами, соответственно, первого и второго элементов И, третий и четвертый выходы блока определения уставок пусковых органов соединены, соответственно, с первым входом пускового органа по напряжению и с первым входом пускового органа по частоте, выполненных с возможностью подачи на их вторые входы сигнала от датчика напряжения резервируемой линии, а выходы пускового органа по напряжению и пускового органа по частоте соединены со вторыми входами, соответственно, первого и второго элементов И.
На чертеже представлены:
на фиг. 1 - электрическая структурная схема устройства управления электроснабжением энергорайона с источниками распределенной генерации при коротком замыкании на участке резервируемой линии совместно с примером расчетной схемы автоматического включения резерва при электроснабжении энергорайона с источниками распределенной генерации.
на фиг. 2 - иллюстрация схемно-режимных условий срабатывания АВР при аварийном снижении напряжения;
1
2
на фиг. 3-8 - примеры переходных процессов для всех зон аварийных режимов, представленных на фиг. 2. (фигурам соответствуют следующие параметры: фиг. 3 - область Al, d=60%, р=30%; фиг. 4 - область А2, d=60%, р=50%; фиг. 5 - область C1, d=0, p=100%; фиг. 6 - область С2, d=20%, р=70%; фиг. 7 - область С3, точка С3, d=60%, р=70%; фиг. 8 -область С3, точка С3, d=0%, р=30%);
На фиг. 1 обозначены:
1 - блок определения уставок пусковых органов;
2 - датчик напряжения резервируемой линии;
3 - пусковой орган по напряжению:
4 - пусковой орган по частоте;
1
2
5 - первый 5 и второй 5 элементы И;
6 - элемент ИЛИ,
7 - блок памяти оптимальных вариантов автоматического ввода резерва;
8 - блок автоматического ввода резерва (АВР);
9 - асинхронные двигатели (АД);
10 - генерирующие установки (ГУ);
11 - резистор (R);
12 - выключатель В1;
13 - выключатель В2;
14 - выключатель В3;
15-16 - шины «бесконечной мощности» (ШБМ).
1
2
Устройство управления электроснабжением энергорайона с источниками распределенной генерации при коротком замыкании на участке резервируемой линии содержит пусковой орган 3 по напряжению, пусковой орган 4 по частоте, а также элемент ИЛИ 6 и первый 5 и второй 5 элементы И, выходы которых соединены, соответственно, с первым и вторым входами элемента ИЛИ 6.
Устройство управления электроснабжением энергорайона с источниками распределенной генерации при коротком замыкании на участке резервируемой линии также содержит блок 1 определения уставок пусковых органов, выполненного с возможностью подачи на его группу сигнальных входов сигналов напряжений в узлах и токов в ветвях энергорайона и на его вход телесигнализации сигналов о положении секционирующих выключателей резервируемой линии, и блок 7 памяти оптимальных вариантов автоматического ввода резерва, выход которого соединен со входом блока 1 определения уставок пусковых органов.
1
2
1
2
В устройстве первый и второй выходы блока 1 определения уставок пусковых органов соединены с первыми входами, соответственно, первого 5 и второго 5 элементов И, третий и четвертый выходы блока 1 определения уставок пусковых органов соединены, соответственно, с первым входом пускового органа 3 по напряжению и с первым входом пускового органа 4 по частоте, выполненных с возможностью подачи на их вторые входы сигнала от датчика 2 напряжения резервируемой линии, а выходы пускового органа 3 по напряжению и пускового органа 4 по частоте соединены со вторыми входами, соответственно, первого 5 и второго 5 элементов И.
1
2
Кроме того, в устройстве выходы первого 5 и второго 5 элементов И через элемент ИЛИ 6 подключены к управляющему входу выключателя, обеспечивающему срабатывание сетевого АВР.
Приведем примеры совместного и раздельного применения пусковых органов по напряжению и частоте в различных схемно-режимных условиях работы промышленного энергорайона (см. фиг. 2):
- в области А1 - обеспечивается нормальное срабатывание АВР - используется только пусковой орган по напряжению;
- в области А2 - фиксируется увеличение времени срабатывания АВР - используется только пусковой орган по напряжению, но с контролем допустимой длительности снижения напряжения (уставка по времени);
- в области С1 - фиксируется незначительное снижение напряжения и частоты, которые выше критических значений - используются совместно пусковые органы по напряжению и частоте (одна группа уставок по напряжению и частоте);
- в области С2 - фиксируется незначительное снижение напряжения, которое ограничено допустимой продолжительностью форсировки возбуждения ГУ, и значительное снижение частоты - используются совместно пусковые органы по напряжению и частоте (другая группа уставок по напряжению и частоте);
- в области С3 - фиксируется глубокое снижение напряжения - используется пусковой орган по напряжению с контролем положения секционирующих включателей на резервируемой линии, обеспечивая срабатывание АВР без выдержки времени.
Устройство управления электроснабжением энергорайона с источниками распределенной генерации при коротком замыкании на участке резервируемой линии работает следующим образом.
Предварительно выполняются расчеты или имитационное моделирование для определения вариантов функционирования АВР в различных (нормальных и аварийных) режимах работы энергорайона с источниками распределенной генерации и резервируемой линией. Результаты предварительных расчетов или имитационного моделирования заносятся в блок 7 памяти для последующего выбора оптимального варианта функционирования АВР в конкретном аварийном режиме работы энергорайона с источниками распределенной генерации и резервируемой линии.
1
2
Для мониторинга текущего режима функционирования энергорайона и резервируемой линии в блок 1 подается информация о токах в ветвях и напряжениях в узлах энергорайона. Дополнительно на его вход поступают данные о положениях коммутационных аппаратов системы электроснабжения энергорайона и резервируемой линии, определяющие состояние («отключено»/«в работе») электрооборудования (источников распределенной генерации, линий электропередачи, трансформаторов, электроприемников потребителей и др.). В каждый момент времени на основе входной информации блок 1 определяет текущий режим работы энергорайона. Исходя из текущего режима работы энергорайона блок 1 использует информацию, хранящуюся в блоке 7 памяти для аналогичной (или близкой к таковой) схемно-режимной ситуации, и для которой рассчитаны или получены в результате предварительных расчетов или имитационного моделирования оптимальные варианты АВР, что позволяет определить наилучшие текущие уставки, которые из блока 1 поступают на первые входы пусковых органов по напряжению 3 и по частоте 4. На вторые входы пусковых органов 3, 4 от цепей измерения напряжения энергорайона через датчик 2 напряжения поступает информация, необходимая для их функционирования. В пусковом органе по частоте 4 на основе, например, мгновенных значений напряжения определяется частота энергорайона, требуемая для функционирования АВР. При превышении текущими значениями напряжения и частоты уставочных значений пусковых органов на их выходах формируются управляющие сигналы, которые поступают на вторые входы элементов И 5 и 5.
1
2
1
2
Аналогично при повреждении и отключении участка резервируемой линии (возникновении аварийной ситуации), информация об отключении секционирующего выключателя (выключателей) поступает на вход телесигнализации блока 1 и после определения оптимальных уставок для соответствующей схемно-режимной ситуации задействуются выходные управляющие сигналы пусковых органов 3, 4 АВР. При этом на первые входы элементов И 5 и 5 от блока 1 поступают сигналы, предназначенные для реализации совместного или раздельного функционирования пусковых органов 3, 4 по напряжению и по частоте, а элемент ИЛИ 6 выполняет передачу управляющих сигналов от элементов И 5 и 5 на выключатель, обеспечивающий срабатывание сетевого АВР.
Таким образом, по данным предварительных расчетов или имитационного моделирования, а также анализа текущего режима функционирования энергорайона производится управление электроснабжением промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации, в том числе в аварийных ситуациях при коротком замыкании на участке резервируемой линии, что обеспечивает достижение требуемого технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей и расширении, на этой основе, арсенала технических средств, которые могут быть использованы для управления электроснабжением промышленного энергорайона с источниками распределенной генерации при возможных коротких замыканиях на участках резервируемых линий, и повышении надежности бесперебойного электроснабжения промышленного энергорайона.