СПОСОБ ВЫЯВЛЕНИЯ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
METHOD TO DETECT POWER SYSTEM ASYNCHRONOUS CONDITIONS

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к технологии выявления возникновения асинхронного режима в электроэнергетической системе.
Известен способ выявления асинхронного режима работы энергосистемы, включающий определение векторов напряжений на границах контролируемого участка линии электропередачи (Наровлянский В.Г. Современные методы и технические средства контроля и предотвращения асинхронного режима электроэнергетической системы. М.: Энергоатомиздат, 2004, с.61-62).
Недостатком известного способа является необходимость использования предварительной информации о параметрах энергосистемы в период асинхронного режима. При задании значения угла срабатывания в известном способе определяют эквивалентные моделируемые сопротивления в обе стороны от места установки. Задание настройки по углу состоит в подборе таких установок, которые удовлетворяли бы как режимам работы в нормальной схеме, так и всей совокупности режимов ремонтных схем. Для этого производят расчеты на ЭВМ асинхронных режимов в нормальной схеме и определяют диапазон изменения углов. Аналогичные расчеты выполняются для ремонтных схем. Пересечение диапазонов определяет величину значения угла выявления асинхронного режима.
Другим недостатком известного способа является необходимость расчета величины угла между векторами напряжений в двух узлах, ограничивающих контролируемый участок, что связано с необходимостью выполнения тригонометрических вычислений, требующих достаточно больших вычислительных ресурсов микропроцессорного контроллера системы противоаварийной автоматики.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности выявления асинхронного режима энергосистемы.
Техническим результатом является уменьшение количества пропусков выявления асинхронного режима энергосистемы, уменьшение количества излишних и ложных срабатываний автоматических устройств ликвидации асинхронного режима.
Указанная задача достигается тем, что в известном способе выявления асинхронного режима энергосистемы, включающем определение значение векторов напряжений на каждом из концов контролируемого участка линии электропередачи энергосистемы, значения векторов напряжений измеряют не менее чем на двух последовательных интервалах времени, затем определяют величину их векторного произведения на каждом из интервалов времени и сравнивают знак полученного результата векторного произведения на текущем интервале времени со знаком результата векторного произведения на предшествующем интервале времени, в случае выявления факта изменения знака указанной величины вычисляют абсолютную величину суммы значения векторов напряжений и абсолютную величину разности значения векторов напряжений, которые сравнивают между собой, при этом, если величина разности значения векторов напряжений превышает или равна величине суммы значений векторов напряжений, фиксируют факт наличия асинхронного режима энергосистемы.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемый способ неизвестен и не следует явным образом из известного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
Предлагаемый способ выявления асинхронного режима работы энергосистемы может быть реализован на базе промышленного микропроцессорного контроллера противоаварийной автоматики, установленного в системе противоаварийной автоматики на контролируемом участке линии электропередачи.
Таким образом, заявленный способ является доступным, а следовательно, практически применимым.
На чертежах представлены векторные диаграммы контролируемого процесса.
На фиг.1 представлена диаграмма векторного произведения значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка линии электропередачи энергосистемы; на фиг.2 - векторная диаграмма при развороте значений векторов напряжения, определенных на каждом из концов контролируемого участка линии электропередачи энергосистемы относительно друг друга; на фиг.3 - векторная диаграмма при сведении значений векторов напряжения определенных на каждом из концов контролируемого участка линии электропередачи энергосистемы относительно друг друга.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
На контролируемом участке линии электропередачи устанавливают микропроцессорный контроллер противоаварийной автоматики и периодически не менее чем на двух последовательных интервалах времени проводят измерение комплексного значения напряжения на ближнем конце контролируемого участка и комплексного значения напряжения на дальнем конце этого участка.
Интервал времени измерения режимных параметров должен выбираться на основании характерного времени развития короткого замыкания в электроэнергетической системе. На практике достаточно использовать интервалы времени в пределах от 1 до 20 мс.
Рассмотрим определение значений векторов напряжений на каждом из концов контролируемого участка на текущем интервале времени.
Получив комплексные величины напряжений в виде:
1
где U- модуль напряжения на ближнем конце контролируемого участка,
a1
1
U - активная составляющая напряжения U,
r1
1
U - реактивная составляющая напряжения L,
2
U - модуль напряжения на дальнем конце контролируемого участка,
a2
2
U - активная составляющая напряжения U,
r2
2
U - реактивная составляющая напряжения U,
1
α - угол напряжения на ближнем конце контролируемого участка,
2
α - угол напряжения на дальнем конце контролируемого участка.
И переходя в трехмерное пространство векторов , определяют значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем концах контролируемого участка с координатами  и  соответственно.
Векторное произведение значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем концах контролируемого участка определяют следующей величиной:
где  - вектор произведения значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем
концах контролируемого участка,
x
y
z
А, А и А - координаты значения вектора напряжения на ближнем конце контролируемого участка в плоскостях  соответственно,
x
y
z
B, B и В- координаты значения вектора напряжения на дальнем конце контролируемого участка в плоскостях  соответственно,
i
После определения значений векторов напряжений на каждом из концов контролируемого участка, измеренных не менее чем на двух последовательных интервалах времени, рассчитывают величину векторного произведения значения векторов напряжения на текущем (τ) интервале наблюдения.
Поскольку векторы  и  находятся в плоскости , то z - элементы этих векторов нулевые, тогда векторное произведение значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем концах контролируемого участка будет иметь вид:
В результате вычисления произведения получают (см. фиг.1):
Поскольку вектор  направлен вдоль оси , то его длину определяют в виде:
z
где С- длина вектора
Эта длина вектора  численно соответствует площади параллелограмма ОАСВ на диаграмме векторного произведения значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка (см. фиг 1).
z
При провороте значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка друг относительно друга, величина С изменяется от
нуля до максимума при 90°, затем снижается до нуля при 180° и далее меняет знак и увеличивается до максимума в отрицательном направлении до 270°, а затем снова возвращается к нулю при 360°.
Событие пересечения угла 180° происходит при развороте значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка, в противоположные стороны. Событие пересечения угла 0° происходит при направленности значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка, в одну сторону.
Из Фиг.2 и 3 видно, что при развороте значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка, длина вектора суммы данных векторов меньше длины вектора разности данных векторов, при сведении значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка, - наоборот (соответственно).
z
i
z
i-1
i-1
Далее выполняют сравнение знака signum(C(τ)) полученного результата на текущем интервале наблюдения со знаком результата signum(C(τ)) вычислений на предшествующем (τ) интервале наблюдения.
В случае, когда знаки результатов разные, т.е.
z
i
z
i-1
signum(C(τ)) ≠ signum(C(τ)),
выполняют вычисление абсолютной величина суммы значения векторов напряжений  и вычисление абсолютной величины разности значения векторов напряжений . Затем производят сравнение полученных величин по условию:
Факт наличия асинхронного режима соответствует совместному выполнению условий:
Пример
Рассмотрим процесс выявления асинхронного режима на контролируемом участке линии электропередачи при возникновении аварийной ситуации в энергосистеме.
На контролируемом участке линии электропередачи устанавливают микропроцессорный контроллер противоаварийной автоматики и периодически не менее чем на двух последовательных интервалах времени проводят измерение комплексного значения напряжения на ближнем конце контролируемого участка и комплексного значения напряжения на дальнем конце этого участка.
Измерение проводили на двух последовательных интервалах времени, равных 10 мc.
1
Измеренные комплексные величины напряжений на концах контролируемого участка в момент времени τ=0,01c составили:
При переходе в трехмерное пространство векторов  значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем концах контролируемого участка с координатами составляют  и  соответственно.
Векторное произведение значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем концах контролируемого участка определяют следующей величиной:
Результат векторного произведения имеет значение:
z1
C=-7141,7
2
Комплексные величины напряжений на границах защищаемого участка в момент времени τ=0,02 с:
и, переходя в трехмерное пространство векторов , определяем значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем концах контролируемого участка с координатами  и  соответственно.
Векторное произведение значения векторов напряжения на ближнем и на дальнем концах контролируемого участка определяют следующей величиной:
Результат векторного произведения имеет значение:
z2
C=17844,1
В результате сравнения знаков полученных векторных произведений имеем:
-7141,7≠17844,1
Полученное неравенство свидетельствует о развороте значений векторов напряжений, определенных на каждом из концов контролируемого участка, в противоположные стороны.
В этом случае необходимо вычислить абсолютную величину суммы значения векторов напряжений , абсолютную величину разности значения векторов напряжений  и произвести их сравнение:
Выполнение условий неравенства знаков векторных произведений (-7141,7≠17844,1) и превышения величины разности значения векторов напряжений над величиной суммы значений векторов напряжений () свидетельствует о
наличии асинхронного режима в энергосистеме.
Предлагаемый способ выявления асинхронного режима энергосистемы позволяет повысить надежность выявления асинхронного режима работы энергосистемы. При этом исключаются необходимость предварительных расчетов режимов энергосистемы, проблемы, связанные с цикличностью изменения углов векторов, снижаются требования к вычислительным ресурсам микропроцессорного контроллера противоаварийной автоматики. Повышение надежности выявления асинхронного режима энергосистемы обеспечивает уменьшение числа отказов, излишних и ложных срабатываний автоматики ликвидации асинхронного режима.
Предлагаемый способ выявления асинхронного режима энергосистемы может быть использован в пусковом органе противоаварийной автоматики, в частности автоматики ликвидации асинхронного режима энергосистем России и зарубежных стран. Его использование позволит повысить надежность и устойчивость функционирования автоматических устройств ликвидации асинхронного режима, что, несомненно, приведет к экономическому эффекту (выгоде) в работе промышленных и энергетических предприятий.