DD141962A5 - METHOD AND CIRCUIT ARRANGEMENT FOR CONTROLLING THE AUTOMATIC LOAD LIMITING OF ELECTRICAL ENERGY SYSTEMS - Google Patents
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Description
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Verfahren und Schaltanordnung zur Steuerung der automatischen Belastungsbeschränkung elektrischer EnergiesystemeMethod and switching arrangement for controlling the automatic load limitation of electrical energy systems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltanordnung zur Steuerung der automatischen Belastungsbeschränkung elektrischer Energiesystemeo Die Erfindung ermöglicht es, daß bei Eintreten von Leistungsmangel in einem Gebiet des Energiesystems auch die Belastungsbeschränkung in dem betroffenen Gebiet oder in dessen unmittelbarer Umgebung erfolgt.The invention relates to a method and a switching arrangement for controlling the automatic load limitation of electrical energy systems o The invention makes it possible that occurs at the onset of lack of power in a region of the energy system and the load restriction in the affected area or in its immediate vicinity.
Die automatische Belastungsbeschränkgung ist ein gewalttätiger Eingriff, durch welchen beim Wahrnehmen eines starken Leistungsmangels ein Verbrauch bestimmter GrößeThe automatic load restriction is a violent intervention, by which, when perceiving a strong lack of power consumption of a certain size
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von dem Energiesystem abgeschaltet wird. Derartige Belastungsbeschränkungen werden zwecks Vermeidung größerer Zusammenbrüche in jedem modernen Energiesystem, in jeder internationalen Energiesystem-Vereinigung angewendet.is shut off from the power system. Such load restrictions are applied in each modern energy system, in every international energy system association, to avoid major breakdowns.
Die automatische Belastungsbeschränkung wird im allgemeinen dann eingeleitet, wenn die Netzfrequenz unter einen bestimmten Wert abfällt, weil die Frequenz des Energiesystems im Falle eines Leistungsdifizits absinkt» Da das Infunktionstreten der automatischen Belastungsbeschränkung mit beträchtlichen materiellen Verlusten verbunden ist, und da ferner die Instabilität des Energiesystems in erster Linie durck das Abschalten der in der Umgebung beziehungsweise in der Nähe des Leistungsdefizits (zum Beispiel Ausfall eines Kraftwerkes) befindlichen Verbraucher beseitigt werden kann, ist es zweckmäßig, die Belastung in. eben diesem Gebiet zu beschränken»The automatic load restriction is generally initiated when the grid frequency drops below a certain level because the frequency of the power system drops in the event of a performance deficiency »Since the inflow of the automatic load restriction is associated with considerable material losses, and further because the instability of the energy system in primarily because the shutdown of consumers located in the vicinity or in the vicinity of the power deficit (for example, a power plant failure) can be eliminated, it is expedient to limit the load in this area. "
Durch die auf der Grundlage des Frequenzabfalls eingeleitete automatische Belastungsbeschränkung kann diese Bedingung nicht erfüllt werden, da der Frequenzabfall in dem gesamten System auftritt und die Belastungsbeschränkung nicht in der Lage ist, innerhalb des Systems zwischen dem die Quelle des Fehlers darstellenden Gebiet, den infolge des Umlegens der Belastung in kritischer Belastungs- und Stabilitätssituation befindlichen Gebieten und den nicht betroffenen Gebieten einen Unterschied zu machen» In vielen Fällen ist es in der Praxis vorgekommen, daß die Funktion der frequenzabhängigen Belastungsbeschränkung zusätzliche Betriebsstörungen in dem Energiesystem hervorrief, weil aus den nicht betroffenen Gebieten infolge der gebietsproportionalen Belastungsbeschränkung bedeutende Aushilfsleistungen in den Systemteil mit der Fehlerquelle abflössen. Diese Aushilfsleistung verursachte durch die Überlastung der verbindenden Netzteile beziehungsweise das Überschreiten der Stabilitätsgrenzleistung weitere Gleichgewichtsstörungen.The automatic load limitation based on the frequency decay can not satisfy this condition because the frequency drop occurs throughout the system and the load constraint is unable to occur within the system between the area representing the source of the fault and that due to the flip In many cases it has been the case in practice that the function of the frequency-dependent load restriction caused additional malfunctions in the energy system because of non-affected areas as a result the area-proportional load restriction, significant auxiliary services flow into the system part with the source of the error. Due to the overloading of the connecting power supplies or the exceeding of the stability limit power, this temporary service caused further balance disturbances.
pm *\ -„ pm * \ - "
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Die Belastungsbeschränkung wird nach der Wahrnehmung des Frequenzabfalls darm eingeleitet, wenn die Frequenz über eine bestimmte Zeit hinweg andauernd geringer ist als der eingestellte Schwellenwert«, Diese Verzögerung ist für sich allein nicht ausreichend, die beschriebenen Schwierigkeiten zu beheben.The load restriction is initiated after the perception of the drop in frequency, if the frequency is continuously lower than the set threshold over a certain period of time. "This delay alone is not sufficient to remedy the difficulties described.
Ziel der Erfindung;Aim of the invention; rr
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Schaltanordnung auszuarbeiten, die. geeignet sind, die automatische Belastungsbeschränkung elektrischer Energiesysteme so zu steuern, daß die Beschränkung dasjenige Gebiet betrifft, in dem der Leistungsmangel auftritt«The object of the invention is to develop a method and a switching arrangement, the. are capable of controlling the automatic load limitation of electrical energy systems in such a way that the restriction affects the area in which the lack of power occurs «
Die Erfindung beruht auf der Analyse der sich in dem Energiesystem bei Leistungsdefizit ausbildenden Spannungsverhältnisse OThe invention is based on the analysis of the voltage ratios O forming in the energy system in the event of a power deficit
Bei andauerndem Leistungsdefizit strömt aus allen Teilen des Energiesystems Energie in Richtung des Gebietes mit dem Quellenmangel. Auch der Spannungsabfall der aus großen Entfernungen fließenden Energie wird verhältnismäßig groß, insbesondere dann, wenn der zusätzliche Energietransport die Nennleistung einzelner Fernleitungsabschnitte übersteigt.With a continuing power shortage, energy flows from all parts of the energy system to the source-deficient area. Also, the voltage drop of the energy flowing from long distances becomes relatively large, especially when the additional energy transport exceeds the rated power of individual transmission line sections.
Der in dem kritischen Gebiet eintretende Spannungsabfall wird vor dem durch den Transport von Blindleistung hervorgerufenen Spannungsabfall weiter vergrößert, als Folgewirkung sei erwähnt, daß die Wirksamkeit der phasenverbessernden Kondensatorstationen des Gebietes bei sinkender Spannung quadratisch dazu absinktβ Der Spannungsabfall in dem kritischen Gebiet kann daher bei Quellenausfall in derThe voltage drop occurring in the critical area is further increased before the voltage drop caused by the transport of reactive power, as a consequence, the efficiency of the phase improving capacitor stations of the area falls quadratically with decreasing voltage β. The voltage drop in the critical area can therefore be due to source failure in the
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Größenordnung von 10-20 % liegen,,Order of magnitude of 10-20 % ,
Erfindungsgemäß wird die Einführung der Leistungsbeschränkung nicht nur von dem Abfall der Netzfrequenz abhängig gemacht, sondern der Schwellenwert des Eingreifens unter gleichzeitiger Berücksichtigung von Frequenzen und Spannnung so gewählt, daß zu ansteigendem Spannungsabfall eine ansteigende Schwellenfrequenz gehört.According to the invention, the introduction of the power restriction is not only made dependent on the drop in the line frequency, but the threshold value of the intervention with simultaneous consideration of frequencies and voltage is chosen so that to rising voltage drop belongs to a rising threshold frequency.
Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Erkenntnis wird, wenn die zur Leistungsbeschränkung gehördenden Frequenz- und Spannungskriterien bestehen, die Leistungsbeschränkung nur nach einer bestimmten Verzöge.rungszeit eingeführt, wenn innerhalb dieser Zeit die erwähnten Kriterien unverändert bestehen, und die Größe dieser Verzögerungszeit wird proportional zu dem Spannungsabfall geringer gewählt, d.h. zu einem größeren Spannungsabfall gehört eine kürzere Verzögerungszeit.According to a further inventive realization, if the frequency and voltage criteria associated with the power restriction exist, the power restriction is introduced only after a certain delay time if the mentioned criteria persist unchanged within that time, and the magnitude of this delay time decreases in proportion to the voltage drop chosen, ie a larger voltage drop requires a shorter delay time.
Die erfindungsgemäße Schaltanordnung enthält deshalb in den einzelnen Gebieten des elektrischen Energiesystems wenigstens je einen Spannungswandler, eine sich daran anschließende, den Frequenzabfall überwachende Schalteinheit mit spannungsabhängigem Schwellenwert, ein mit der Schalteinheit verbundenes Verzögerungselement sowie eine Steuerschaltung.The switching arrangement according to the invention therefore contains in the individual areas of the electrical energy system at least one voltage transformer each, a subsequent, the frequency drop monitoring switching unit with voltage-dependent threshold value, connected to the switching unit delay element and a control circuit.
Die den Prequenzabfall überwachende Schalteinheit mit spannungsabhängigem Schwellenwert weist eine Spannungs-Frequenz-Kennlinie auf, bei der zu sinkender Spannung eine steigende Schwellenfrequenz gehörte Die Steuerschaltung gewährleistet, daß die Schaltanordnung das die Belastungsbeschränkung auslösende Steuersignal nur dann gibt? wenn innerhalb der Verzögerungszeit des Verzögerungselementes die den Prequenzabfall überwachende Schalteinheit mit spannungsabhängigem Schwellenwert andauernd in angesprochenem Zustand war»The switching unit with voltage-dependent threshold value monitoring the decrease in frequency has a voltage-frequency characteristic in which the voltage to be dropped has an increasing threshold frequency. The control circuit ensures that the switching arrangement only gives the control signal triggering the load limitation. if, within the delay time of the delay element, the switching unit with voltage-dependent threshold value monitoring the decrease in the number of cycles was constantly in the addressed state »
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltanordnung ist die Verzögerungszeit des Verzögerungselementes spannungsabhängig und dies gemäß einer Spannungs-Verzögerungs-Kennlinie, bei der zu sinkender Spannung eine sinkende Verzögerungszeit gehört,,In a preferred embodiment of the switching arrangement according to the invention, the delay time of the delay element is voltage-dependent and this according to a voltage-delay characteristic in which the voltage to be dropped includes a decreasing delay time,
Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird ermöglicht, daß Belastungsbeschränkungen nur im Falle von tatsächlich bestehendem Leistungsdeflzit vorkommen und die Abschaltungen in dem Gebiet des Leistungsdefizits oder in den unmittelbar benachbarten Gebieten vorgenommen werden»The solution according to the invention makes it possible to impose load restrictions only in the case of actual performance deficits and to make the shutdowns in the area of the power deficit or in the immediately adjacent areas »
Die Erfindung wird im folgenden an Hand'eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe der Zeichnungen näher erläuterteThe invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment with the aid of the drawings
Pig, I: zeigt das vereinfachte BlockschaltbildPig, I: shows the simplified block diagram
der erfindungsgemäßen Schaltanordnung, inthe switching arrangement according to the invention, in
Pig. 2: ist die Spannungs-Schwellenfrequenz-Kennlinie der in Pig· 1 gezeigten, den Frequenzabfall überwachenden Schalteinheit mit spannungsabhängiger Schwellenfrequenz dargestellt, undPig. FIG. 2 shows the voltage-threshold frequency characteristic of the frequency-drop monitoring switching unit with voltage-dependent threshold frequency shown in FIG
Figo 3: veranschaulicht die Spannungsabhängigkeit der Verzögerungszeit des Verzögerungselementes.Fig. 3: illustrates the voltage dependence of the delay time of the delay element.
In Pig« 1 ist ein Teil eines in einem Gebiet des elektrischen Energiesystems befindlichen elektrischen Netzes 5, zum Beispiel ein Teil einer Fernleitung, gezeigt, an den sich ein Spannungswandler 4 anschließt. Der Ausgang des Spannungswandlers 4 ist mit einem zwischengeschalteten Spannungswandler 1 verbunden, der an seinem Ausgang eine von demPig «1 shows a part of an electrical network 5 located in a region of the electrical energy system, for example a part of a transmission line, to which a voltage converter 4 adjoins. The output of the voltage converter 4 is connected to an intermediate voltage converter 1, which at its output one of the
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elektrischen Hetz 5 getrennte, jedoch dessen Spannung proportionale Ausgangsspannung erzeugt. Die Frequenz des Ausgangssignals des zwischengeschalteten Spannungswandlers 1 stimmt mit der Frequ'enz des elektrischen Netzes 5 überein«electrical Hetz 5 separate, but generates the voltage proportional output voltage. The frequency of the output signal of the intermediate voltage converter 1 coincides with the frequency of the electrical network 5
Der zwischengeschaltete Spannungswandler 1 ist einesteils mit dem Signaleingang der den Frequenzabfall überwachenden Schalteinheit 2 mit spannungsabhängigem Schwellenwert, zum anderen mit dem Spannungssignal-Eingang 31 des Verzögerungselementes 3 verbunden. Der Schaltsignal-Ausgang der den Frequenzabfall überwachenden Schalteinheit 2 mit spannungsabhängigem Schwellenwert schließt sich an den Eingang der Steuerschaltung 6 an, deren Ausgänge mit dem Anregungseingang 32 und den Abstelleingängen 33 des Verzögerungselementes 3 verbunden sind0 The intermediate voltage converter 1 is connected in part to the signal input of the frequency drop monitoring switching unit 2 with voltage-dependent threshold, on the other hand to the voltage signal input 31 of the delay element 3. The switching signal output of the frequency drop-monitoring switching unit 2 with voltage-threshold joins to the input of the control circuit 6, the outputs of which are connected to the excitation input 32 and the Abstelleingängen 33 of the delay element 3 0
In Figo 2 ist die Spannungs-Frequenzschwellenwert-Kennlinie der den Frequenzabfall überwachenden Schalteinheit 2 mit spannungsabhängigem Schwellenwert für drei als Beispiel gewählte Fälle dargestellte Aus dem Diagramm ist ersichtlich, daß bei 100 %iger Spannung die Schaltschwellenfrequenz in allen drei Fällen 49 Hz beträgt. Wird der Schaltschwellenwert erreicht, so erscheint am Ausgang der Schalteinheit 2 ein Schaltsignal, welches anzeigt, daß die vorgeschriebenen Bedingungen der Leistungsbeschränkung eingetreten sindo Aus Kurve a von Fig0 2 sieht man, daß die zu dem Schaltschwellenwert gehörende Frequenz mit dem Absinken der Netzspannung steil ansteigt, und bei 20 %igem Spannungsabfall der Schaltschwellenwert 49,6 Hz beträgt» . Dies bedeutet, daß bei einem Netzspannungsabfall von 20 % ein Frequenzabfall von 0,4 Hz unter den Nennwert von 50 Hz bereits ausreichend ist, die Schalteinheit 2 anzusprechen. Die Kurve b ist weniger steil, hier gehört zu einem Spannungsabfall von 20 % ein Frequenzabfall von 0,65 Hz. Bei der Kurve ist die Änderungssteilheit des Frequenzschwellen-In Fig. 2, the voltage-frequency threshold characteristic of the frequency-dependency monitoring switching unit 2 with voltage-dependent threshold for three exemplary cases is shown. From the graph, it can be seen that at 100% voltage, the switching threshold frequency is 49 Hz in all three cases. If the switching threshold value is reached, a switching signal indicating that the prescribed conditions the output restriction occurred o From curve a of Figure 0 2 it is seen that the belonging to the switching threshold frequency with the decrease of the mains voltage sharply appears at the output of the switching unit 2 rises, and at 20% voltage drop, the switching threshold is 49.6 Hz ». This means that with a mains voltage drop of 20 %, a frequency drop of 0.4 Hz below the rated value of 50 Hz is already sufficient to address the switching unit 2. The curve b is less steep, here a drop in voltage of 20 % includes a frequency drop of 0.65 Hz. In the curve, the change slope of the frequency threshold
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wertes noch geringer» Aus Fig„ 2 ist ferner ersichtlich, daß die zu über der Nennspannung liegenden Spannungswerten gehörenden Ansprechschwellenfrequenzen unter 49 Hz liegen·It is even more evident from FIG. 2 that the response threshold frequencies belonging to the voltage values above the nominal voltage are below 49 Hz.
Die Spannungs-Frequenz-Kennlinie kann natürlich auch von den genannten Werten abweichend gewählt werden, die Diagramme dienen lediglich dazu, den Charakter der Spannungsabhängigkeit des Frequenzschwellenwertes zu veranschaulicheno Die konkreten Werte können in Kenntnis der konkreten Verhältnisse, der speziellen Parameter des elektrischen Energiesystems, zum Beispiel die Anzahl der Kraftwerke und ihre Verteilung auf die Gebiete, Charakter der Belastung, Leistung der abschaltbaren Verbraucher usw. bestimmt werden,.Of course, the voltage-frequency characteristic curve can also be chosen differently from the stated values; the diagrams merely serve to illustrate the character of the voltage-dependence of the frequency threshold value o The concrete values can be in the knowledge of the concrete conditions, the special parameters of the electrical energy system, for Example, the number of power plants and their distribution to the areas, character of the load, power of the disconnectable loads, etc. can be determined.
Wenn die Kennlinie der den Frequenzabfall überwachenden Schalteinheit 2 in einem bestimmten Gebiet einmal eingestellt ist, so erscheint an ihrem Ausgang ein Schaltsignal, wenn Spannung und Frequenz des Netzes die eingestellte Kennlinie überschreiten· In diesem Augenblick steuert die Steuerschaltung 6 den Anregungseingang 32 des Verzögerungselementes 3 an, und am Ausgang 34 des Verzögerungselementes 3 erscheint nach dem Ablauf der eingestellten Verzögerungszeit ein Steuersignal, welches die in Fige 1 nicht dargestellte leistungsbeschränkende Schaltung in Funktion setzt. Wenn sich die Parameter des elektrischen Netzes 5 innerhalb der Verzögerungszeit ändern und die Bedingung der Beschränkung nicht mehr besteht, so tritt am Ausgang der den Frequenzabfall überwachenden Schalteinheit 2 mit spannungsabhängigem Schwellenwert eine Zustandsänderung ein; die Steuerschaltung 6 nimmt diese Zustandsänderung wahr und' steuert den Abstelleingang 33 des Verzögerungselementes 3o Dieses gelangt durch die Steuerung des Abstelleinganges 33 in seinen Grundzustand zurück, und am Ausgang 34 erscheint kein Steuersignal. Die Bedingung des Entstehens des die Be- If the characteristic curve of the frequency decay monitoring switching unit 2 is set once in a particular area, so appears at its output a switching signal when the voltage and frequency of the network exceed the set characteristic · At this moment, the control circuit 6 controls the excitation input 32 of the delay element 3 at , and at the output 34 of the delay element 3 appears after the expiry of the set delay time, a control signal which sets the power limiting circuit not shown in Fig e 1 in function. If the parameters of the electrical network 5 change within the delay time and the condition of the restriction no longer exists, then a change of state occurs at the output of the voltage drop-dependent switching unit 2 with voltage-dependent threshold value; the control circuit 6 takes this change of state and 'controls the Abstelleingang 33 of the delay element 3o This passes through the control of Abstelleeinganges 33 in its ground state, and at the output 34 no control signal appears. The condition of the emergence of the
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lastungsbeschränkung steuernden Signals wird daher am Ausgang 34 von dem (über die Verzögerungszeit hinweg) anhaltenden Überschreiten der in Pig· 2 dargestellten Kennlinie gebildet.The load-limiting control signal is therefore formed at the output 34 by the continuous (over the delay time) exceeding the characteristic shown in Pig · 2.
Mit der erläuterten Lösung werden die Bedingungen für den Einsatz der Leistungsbeschränkung in Einklang mit den Anforderungen der Praxis gewährleistet, und die Wirksamkeit der Leistungsbeschränkung kann noch erhöht werden, wenn man die Verzögerungszeit des Verzögerungselementes 3 in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Spannungswert des elektrischen Netzes 5 wählt» Es ist !leicht einzusehen, daß nach der Wahrnehmung eines bedeutenden Spannungsabfalls und des dazu gehörenden Frequenzabfalls die Leistungsbeschränkung verhältnismäßig schnell eingeschaltet werden muß. Bei Vorliegen der Nennspannung oder bei Spannungsanstieg ist jedoch ein Leistungsdefizit in dem Gebiet nicht wahrscheinlich, und eine Leistungsbeschränkung sollte nur dann vorgenommen werden, wenn der Frequenzabfall über verhältnismäßig lange Zeit hinweg bestehen bleibt,, Ist nämlich der Frequenzabfall durch das Leistungsdefizit eines anderen Gebietes hervorgerufen worden, so muß die Belastung zuerst von der Schutzautomatik dieses Gebietes beschränkt werden; erst, nachdem dies geschehen ist, ist es zweckmäßig, die Leistung auch in dem in Rede stehenden Gebiet zu beschreiben· -With the solution explained, the conditions for the use of the power restriction are ensured in accordance with the requirements of the practice, and the effectiveness of the power restriction can be further increased by selecting the delay time of the delay element 3 in dependence on the instantaneous voltage value of the electric network 5 » It is easy to see that after experiencing a significant voltage drop and the associated drop in frequency, the power restriction must be turned on relatively quickly. However, in the presence of the rated voltage or voltage rise, a power deficit in the area is not likely, and a power restriction should only be made if the frequency drop persists for a relatively long time, namely if the frequency drop has been caused by the power deficit of another area , the load must first be limited by the automatic protection of this area; only after this has been done is it appropriate to describe the performance in the area in question.
Die zwei in Fig. 3 dargestellten Kurven sind zwei Beispiele für die Verzögerungs-Spannungs-Kennlinie des Verzögerungselementes 3ο Das Verzögerungselement 3 erhält die Information über die augenblickliche Spannung des elektrischen Netzes 5 durch den Spannungssignal-Eingang 31«The two curves shown in FIG. 3 are two examples of the delay-voltage characteristic of the delay element 3 o The delay element 3 receives the information about the instantaneous voltage of the electrical network 5 through the voltage signal input 31
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