BRPI0722356A2

BRPI0722356A2 - Método e aparelho para determinar ângulo de disparo fora de sincronismo

Info

Publication number: BRPI0722356A2
Application number: BRPI0722356-0A
Authority: BR
Inventors: Branislav Cvorovic; Harmeet Kang
Original assignee: Areva T & D Uk Ltd
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2014-03-18
Also published as: US8369055B2; CA2708705C; CA2708705A1; WO2009074181A1; US20100302695A1; CN101889377A; MX2010005884A; CN101889377B

Description

“MÉTODO E APARELHO PARA DETERMINAR ÂNGULO DE DISPARO FORA DE SINCRONISMO”

DOMÍNIO TÉCNICO

A invenção se refere a um método de determinação de condição fora de sincronismo e um método de determinação de separação de sistema de energia em um ângulo de sistema desejado dentro de sistema de energia elétrico.

ESTADO PA ARTE ANTERIOR

Relés de proteção são usados para detectar falhas e condições anormais em sistemas de energia elétricos. A condição Fora de sincronismo é uma daquelas condições anormais onde o sistema de energia tem que ser dividido para preservar seguramente ilhas individuais. Estas condições anormais podem levar ao sistema de energia elétrico a se tomar instável, o que pode causar um colapso de voltagem ou blecaute.

A fim de permitir que uma ação de remedição seja tomada, é primeiramente necessário estabelecer quando o sistema de energia elétrico se tomou instável. Para esta finalidade, a proteção fora de sincronismo foi tradicionalmente implementada usando ocultadores de impedância para medir o tempo que leva para o local da impedância medida atravessar através dos dois ocultadores. Este método requer um estudo de sistema muito detalhado e pode geralmente detectar somente uma condição depois de passar o ocultador no lado oposto. Este método também não fomece qualquer indicação das alterações de ângulo de sistema, portanto não ajudando na provisão do tempo correto (ângulo) para dividir o sistema. Um outro método conhecido usa a polaridade da parte ativa de impedância de oscilação em conjunção com taxa de mudança de impedância e características de polígono para discriminar entre oscilação recuperável e deslizadores de pólo.

Ainda, um outro método conhecido usa alta taxa de mudança de energia para predizer disparo fora de sincronismo e mudança de polaridade de componente ativo de resistência de seqüência positiva ao entrar e abandonar as características de polígono.

Ainda, um outro método conhecido, tem uma técnica que usa um polígono de partida que tem que ser ajustado. O algoritmo usa uma 5 ‘estimativa de vetor no espaço’ que é baseado na estimativa de velocidade na análise de formato das trajetórias de impedância. Sob condições de oscilação, os vetores de impedância descrevem uma trajetória elíptica. Pela análise desta elipse com seu centro estimado, pode-se também distinguir entre oscilações estáveis e não estáveis. Qualquer alteração no formato de trajetória e 10 velocidade de oscilação é reconhecida, permitindo até 7 Hz de detecção de frequência de deslizamento.

A desvantagem de tais propostas resulta do fato de que todos daqueles métodos requerem estudos de sistema compreensivos para o método de detecção fora de sincronismo ocorrer, requerem que alguns ajustes de 15 parâmetros sejam decididos e ajustados para operar algoritmos corretamente e ainda dentro das restrições daqueles ajustes. Assim, nenhum daqueles métodos é completamente isento de ajuste e não aproveitam a divisão do sistema no ângulo mais otimizado.

Por conseguinte, existe uma necessidade de determinar mais precisamente quando o sistema está indo para fora de sincronismo a fim de se poder dividir o sistema em ilhas no ângulo mais otimizado para evitar colapsos de sistemas e blecautes e também reduzir significantemente as obrigações de interrupção dos disjuntores de circuitos durante a separação.

Um objetivo da invenção é um método de determinação da condição fora de sincronismo que não requer ajustes e que assegura discriminação confiável entre oscilação de energia recuperável e deslizadores de pólo que indica não-oscilação de energia recuperável e a necessidade de separação de sistema. Outro objetivo da invenção é um método que também permite disparo em um ângulo de sistema selecionado pelo usuário, se desejado.

A invenção é universal em sua aplicação e é não dependente do nível de corrente de carga prevalecente e da configuração de rede.

APRESENTAÇÃO DA INVENÇÃO

A essência da invenção é o fato de que a mudança de

polaridade da corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ) é comparada com a mudança em polaridade da resistência de seqüência positiva (AR) é consistentemente específica à condição de sistema estável e especificamente diferente em condição fora de sincronismo. Todas as medições são locais.

polaridade AI coincide com a mudança de polaridade AR, enquanto que durante condição de deslizamento de pólo ο ΔΙ muda de sinal e AR não altera sua polaridade.

seqüência positiva sobreposta (ΔΙ);

- determinar a mudança em polaridade de resistência de seqüência positiva sobreposta (AR);

- comparar a mudança de polaridade da corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ) com a mudança em polaridade da resistência de

seqüência positiva (AR);

- determinar oscilação recuperável quando a mudança de polaridade AI se alterou com a mudança de polaridade AR;

No caso das oscilações de energia recuperáveis, a mudança de

20

15 - determinar deslizamento de pólo, indicando oscilação não recuperável, quando a polaridade ΔΙ se alterou enquanto que a polaridade AR permanece inalterada;

- calcular o instante correto para disparo (Idisparo) que corresponde ao ângulo desejado entre as duas extremidades do sistema de energia instável com base na detecção de deslizamento de pólo.

A invenção permite liberar detecção fora de sincronismo e divisão de sistema no ângulo favorável para salvaguardar equipamento primário.

De acordo com um outro aspecto da invenção, a magnitude da corrente de oscilação para controlar o disparo no ângulo desejado Θ é determinada a partir da fórmula:

Idispar0=Imax sen (Θ/2),

onde:

Θ - o ângulo de divisão de sistema desejado selecionado entre

240° e 270°,

Imax = corrente de oscilação registrada máxima.

BREVE DESCRIÇÃO DA FIGURA

Outras características e vantagens da invenção aparecerão da seguinte descrição tomada como um exemplo não limitativo com referência aos seguintes desenhos, nos quais:

- a figura 1 é uma representação da trajetória do local de impedância da base de duas formas de onda (Corrente de oscilação (eixo y) versus tempo (eixo x)) em um plano de impedância (R [resistência] no eixo x e X [reatância] no eixo y);

- a figura 2 mostra corrente de oscilação versus tempo com três marcadores A, B e C) onde A representa a corrente depois de a oscilação começar, e B representa o ponto quando a corrente de oscilação atinge o valor máximo e C representa a corrente de oscilação mínima; - figura 3 representa a magnitude de corrente de oscilação (mostrada na figura 2) traçada contra a diferença de ângulo entre as voltagens internas nas duas extremidades de um sistema de oscilação sobre a duração de um ciclo de oscilação. O eixo x representa o ângulo e o eixo y representa a

magnitude de corrente;

- figura 4 representa um traçado de corrente versus tempo de um sistema oscilando inicialmente em um modo recuperável (metade esquerda da figura) e então oscilando em um modo não recuperável depois de compensação de falha em uma linha paralela, e superpostos neste traçado

estão Delta I (seqüência positiva) e Delta R (seqüência positiva), também versus tempo;

- a figura 5 mostra lógica de medição e discriminação da

invenção.

DESCRIÇÃO DE UMA FOflMA DE CONCRETIZAÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

A partir da figura 1, pode ser visto que à medida que a oscilação progride, o sinal positivo de AI coincide com o sinal negativo de AR e vice versa. Depois de a corrente de oscilação atingir seu pico (designado com P na figura 1), a polaridade AI mudará de positiva para negativa, 20 independentemente da natureza da oscilação. Neste ponto, a polaridade de AR é verificada.

Com referência à figura 1, a referência 1 representa o ponto onde AR estaria no início da oscilação. Se AR mudar a polaridade de negativa para positiva, está presente uma oscilação recuperável ilustrada pela seta 2 25 representando o local AR para a oscilação recuperável. Se, todavia, a polaridade AR permanecer negativa, está presente uma oscilação não recuperável, ilustrada pela seta 3 representando local AR para uma oscilação não recuperável. Como mostrado na figura 1, a trajetória de corrente de oscilação para oscilação recuperável é geralmente simétrica (a duração da parte ascendente se iguala à parte decadente). Depois de a corrente de pico de oscilação ser atingida, a mudança em polaridade de ΔΙ e AR não será coincidente. A trajetória de oscilação não recuperável na figura 1 representa uma condição de deslizamento de pólo típica. A corrente de oscilação máxima é registrada no ponto quando ΔΙ muda de polaridade e é usada como uma indicação do deslocamento de fase máximo entre duas fontes equivalentes. No ponto de tempo quando a condição de deslizamento de pólo foi detectada, o deslocamento de fase entre duas fontes se iguala a 180 graus. Esta magnitude de pico é armazenada e usada para calcular matematicamente o ângulo exato entre duas fontes. Este ângulo calculado é então usado para determinar o ponto mais antecedente de tempo quando o sistema poderia ser seguramente dividir depois de detecção da condição fora de sincronismo com base nos critérios desta invenção e comando de disparo pode então ser emitido.

A figura 2 mostra comportamento de corrente de oscilação durante condições de deslizamento de pólo desenvolvidas a partir de condição de carga. Somente a primeira porção de característica com trajetória de correntes assimétrica é de interesse e considerada. A corrente de fase está partindo da condição de carga (Ponto A), se aproximando gradualmente ao valor máximo (Ponto B) e acelerando para o valor mínimo (Ponto C).

A figura 3 ilustra a magnitude de corrente de oscilação em diferente ângulo entre duas extremidades, partindo da corrente de carga (Ponto A: voltagens internas de fonte estão a 40 graus) e então se movimentando para a corrente máxima (B: fontes a 180 graus) e de volta para o ponto mínimo (C: fontes a 0 grau). Então, o raio de corrente de oscilação é calculado e o círculo confirma que o local da corrente de oscilação é o círculo A figura 4 mostra as quantidades sobrepostas traçadas ao longo do lado da corrente de oscilação para uma condição de oscilação de energia que se desenvolve em um deslizamento de pólo depois de compensação de uma falha em uma linha de transmissão paralela.

A figura 4 é basicamente um traçado de corrente versus tempo de um sistema inicialmente oscilando em um modo recuperável (metade esquerda da figura) e então oscilando em um modo não recuperável depois de compensação de falha em uma linha paralela. Superpostos neste traçado estão Delta I (seqüência positiva) e Delta R (seqüência positiva), também versus tempo.

A figura 5 representa circuito de lógica de medição e discriminação de um aparelho para monitorar estabilidade e detecção de condição fora de sincronismo no sistema de energia elétrico. O circuito de lógica compreende:

- dispositivos para medir a corrente e voltagem de energia,

- dispositivos para calcular a corrente de seqüência positiva sobreposta e resistência de seqüência positiva sobreposta,

- dispositivos para determinar a mudança em polaridade de corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ),

- dispositivos para determinar a mudança em polaridade de resistência de seqüência positiva sobreposta AR),

- dispositivos para comparar mudança de polaridade da corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ) com a mudança em polaridade da resistência de seqüência positiva (AR),

- dispositivos para determinar oscilação recuperável quando a mudança de polaridade ΔΙ continua a mudar com a mudança de polaridade - dispositivos para determinar deslizamento de pólo, indicando oscilação não recuperável, quando a polaridade ΔΙ continua a mudar seu sinal, mas a polaridade AR permanece inalterada,

- dispositivos para calcular o instante correto para disparo (Idispar0) Que corresponde ao ângulo desejado entre as duas extremidades do sistema de energia instável com base na detecção de deslizamento de pólo,

- dispositivos para indicar a condição para a lógica alarme/disparo OOS de relé,

- dispositivos para iniciar um comando de disparo a fim de separar o sistema quando a condição de deslizamento de pólo é detectada e o ângulo de separação estabelecido,

- dispositivos para iniciar disparo em um ângulo de sistema seguro na determinação da condição de deslizamento de pólo.

O aparelho mencionado acima é um dispositivo de proteção de sistema de energia, geralmente referido como um relé de proteção.

A corrente e as alimentações de voltagem são usadas para calcular a corrente de seqüência positiva sobreposta e resistência de seqüência positiva sobreposta.

Corrente de seqüência positiva, voltagem de seqüência positiva e o ângulo de disparo desejado são as alimentações requeridas para a lógica.

A medida que a oscilação progride, o sinal positivo de AI coincide com sinal negativo de AR e vice-versa. Na corrente de pico, a polaridade AI mudará de positiva para negativa, independentemente da natureza da oscilação, neste ponto a polaridade AR é verificada e se AR mudar de polaridade de negativa para positiva, ela é uma oscilação recuperável. Se, todavia, a polaridade AR permanecer negativa, ela é uma oscilação não recuperável. A corrente de oscilação máxima é registrada no ponto quando AI muda de polaridade e é usada como uma indicação do deslocamento de fase máximo entre duas fontes equivalentes. No ponto de tempo quando a condição de deslizamento de pólo foi detectada, o deslocamento de fase entre duas fontes se iguala a 180 graus. Esta magnitude de pico é armazenada e usada para calcular matematicamente o ângulo exato entre duas fontes. Este 5 ângulo calculado é então usado para determinar o ponto mais antecedente de tempo quando o sistema poderia ser seguramente dividido depois de detecção de condição fora de sincronismo com base nos critérios desta invenção e o comando de disparo pode ser emitido. O sistema de energia deve ser dividido a um ângulo favorável para permitir que sistemas divididos se estabilizem.

Algumas práticas de operação requerem o disparo fora de sincronismo quando o ângulo entre duas fontes (Θ) é pelo menos 240 graus e fechando em direção a 360 graus. Algumas outras práticas, todavia, requerem o disparo em 270 graus. Em qualquer caso, o disparo fora de sincronismo não deve ser permitido quando as voltagens estão fora de fase.

Em uma forma de concretização preferida da invenção a

corrente de oscilação é determinada na forma vetorial por

I= (Vs-Vr)/ZT

onde:

Vs-Ph para voltagem N na extremidade de emissão;

Vr - Ph para voltagem N na extremidade de recepção,

ZT - Impedância de linha total Zs+Zlinha+Zr,

onde: Zs - impedância de fonte na extremidade de emissão,

Zline - impedância de linha,

Zr - impedância de fonte na extremidade de recepção.

Quando a corrente de oscilação é zero, as Vs e Vr estão em

fase.

Quando a corrente de oscilação é máxima, a Vs e Vr estão a

180 graus. Pela monitoração da corrente de oscilação, o comportamento de mudança durante o deslizamento de pólo e tendo a corrente de oscilação máxima registrada, toma-se possível calcular o ponto exato e de disparo no ângulo desejado Θ.

Preferivelmente, a magnitude da corrente para controlar o

disparo é determinada por:

Idisparo Imax Sen (Θ / 2), onde:

Θ - é o ângulo de divisão de sistema desejado.

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Claims

1. Método para determinar ângulo de disparo fora de sincronismo com base na informação acerca do ângulo de voltagem em uma extremidade remota contida em uma corrente de oscilação, caracterizado pelas seguintes etapas: - medir a corrente e voltagem do sistema de energia, - calcular a corrente de seqüência positiva sobreposta atual e resistência de seqüência positiva sobreposta, - determinar a mudança em polaridade de corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ), - determinar a mudança em polaridade de resistência de seqüência positiva sobreposta (AR), - comparar mudança de polaridade da corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ) com a mudança em polaridade da resistência de seqüência positiva (AR), - determinar oscilação recuperável quando a mudança de AI polaridade se alterou com a mudança de polaridade AR, - determinar deslizamento de pólo, indicando oscilação não recuperável, quando a polaridade AI se alterou enquanto a polaridade AR permanece inalterada, - calcular o instante correto para disparo (Idisparo) que corresponde ao ângulo desejado entre as duas extremidades do sistema de energia instável com base na detecção de deslizamento de pólo.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a magnitude da corrente de oscilação para controlar o disparo no ângulo desejado Θ é determinada a partir da formula: Idisparo = Imax sen Θ/2). onde: Θ - o ângulo de divisão de sistema desejado, selecionado entre

3. Aparelho para determinar ângulo de disparo fora de sincronismo com base na informação acerca do ângulo de voltagem em uma extremidade remota contida na corrente de oscilação, caracterizado pelo fato de que compreende: - dispositivos para medir a corrente e voltagem de energia; - dispositivos para calcular a corrente de seqüência positiva sobreposta e resistência de seqüência positiva sobreposta; - dispositivos para determinar a mudança em polaridade de corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ); - dispositivos para determinar a mudança em polaridade de resistência de seqüência positiva sobreposta (AR); - dispositivos para comparar mudança de polaridade da corrente de seqüência positiva sobreposta (ΔΙ) com a mudança em polaridade da resistência de seqüência positiva (AR); - dispositivos para determinar oscilação recuperável quando a mudança de polaridade ΔΙ continua a mudar com a mudança de polaridade AR; - dispositivos para determinar deslizamento de pólo, indicando oscilação não recuperável, quando a polaridade AI continua a mudar seu sinal, mas polaridade AR permanece inalterada; - dispositivos para calcular o instante correto para disparo (Idisparo) que corresponde ao ângulo desejado entre as duas extremidades do sistema de energia instável com base na detecção de deslizamento de pólo; dispositivos para indicar a condição para a lógica de alarme/disparo de relé OOS; - dispositivos para iniciar um comando de disparo a fim de separar o sistema quando a condição de deslizamento de pólo é detectada e ângulo de separação estabelecido; - dispositivos para iniciar disparo em um ângulo de sistema seguro na determinação da condição de deslizamento de pólo.