FI113592B - Menetelmä kompensointikuristimen säätämiseksi sähkönjakeluverkossa - Google Patents

Description

113592

Menetelmä kompensointikuristimen säätämiseksi sähkönjakeluverkossa

Keksinnön tausta

Keksinnön kohteena on menetelmä kompensointikuristimen säätä-5 miseksi sähkönjakeluverkossa, jossa on säädettävä kompensointikuristin verkkoon kytketyn muuntajan, kuten tehomuuntajan tai erillisen maadoitus-muuntajan, tähtipisteen ja maan välissä, jolloin kompensointikuristimen induktanssi muodostaa osan sähkönjakeluverkon kokonaisnollainduktanssista.

Kompensointikuristimia käytetään sähkönjakelu- ja siirtoverkoissa 10 parantamaan edellytyksiä maasulkujen sammumiselle itsestään. Jotta itsesammumistodennäköisyys olisi suurimmillaan, on maasulkukohdan virta eli ns. jäännösvirta saatava mahdollisimman pieneksi.

Jäännösvirta on pienimmillään, kun verkko on ns. resonanssissa eli verkon nollainduktanssin muodostama reaktanssi on itseisarvoltaan sama kuin 15 verkon kokonaismaakapasitanssin muodostama reaktanssi. Ongelmana on säätää kuristin sellaiseen asentoon, jossa verkko on resonanssissa.

Perinteinen tapa säätää verkko resonanssiin on säätää kuristin sellaiseen asentoon, jossa verkon terveen tilan nollajännite eli ns. luonnollinen nollajännite on suurimmillaan. Terveen tilan nollajännite aiheutuu verkon , ... 20 vaihemaa-kapasitanssien epäsymmetriasta.

Perinteisellä säätötavalla ei pystytä reagoimaan nopeasti / / kytkentätilan muutoksiin, koska säätöperiaate sinänsä on hitaampi. Koska • I » : lisäksi joudutaan käymään läpi useita kuristimen asentoja, joista osassa verkko * .* on tuntuvasti epävireessä, niin perinteiset säätötoimenpiteet saattavat vain : '·· 25 heikentää valokaarimaasulkujen itsesammumisedellytyksiä.

v ; Perinteinen säätötapa edellyttää verkon maakapasitanssien epäsymmetrisyyttä, koska säätö perustuu luonnollisen nollajännitteen ·<· maksimikohdan hakemiseen. Hyvin vuorotellessa avojohtoverkoissa ja maakaapeliverkoissa luonnollinen epäsymmetria voi jäädä liian pieneksi, jotta • \ 30 nollajännitteen maksimikohta löytyisi tarkasti.

” Perinteisesti ongelma on ratkaistu kytkemällä yhteen vaiheeseen ..· ylimääräinen kondensaattori, jolla saadaan terveen tilan nollajännite nousemaan. Uudemmassa ratkaisussa syötetään tähtipisteeseen virtaa, jolla .,.: saadaan aikaan säädön kannalta riittävä terveen tilan nollajännite. Molemmissa 35 ratkaisuissa tarvitaan ylimääräisiä komponentteja.

2 113592

Perinteisen säätötavan etuna on yksinkertaisuus. Säätäjän ei tarvitse periaatteessa laskea mitään. Säädetään vain askel jompaan kumpaan suuntaan. Jos nollajännite nousee, säädetään toinen askel samaan suuntaan. Näin jatketaan, kunnes nollajännite ensimmäisen kerran laskee. Kun näin käy, 5 todetaan maksimikohdan ohittuneen ja säädetään askel taaksepäin ja jätetään kuristin siihen asentoon.

Keksinnön yhteenveto 10 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin menetelmä, jon ka avulla kompensointikuristimen säätö voidaan suorittaa aikaisempaa nopeammin ja luotettavammin. Tähän päästään keksinnön mukaisen menetelmän avulla, jolle on tunnusomaista, että se käsittää vaiheet, joissa määritetään verkon kytkentämuutokseen tai häiriötilanteeseen liitty-15 vän nollajännitetransientin avulla verkon kokonaismaakapasitanssi, kun tunnetaan verkon kokonaisnollainduktanssi, määritetään se verkon kokonaisnollainduktanssin arvo, jonka muodostaman reaktanssin itseisarvo on sama kuin verkon kokonaismaakapasi-tanssin muodostaman reaktanssin itseisarvo nimellistaajuudella, ja 20 säädetään kompensointikuristimen induktanssi sellaiseksi, että ver kon kokonaisnollainduktanssi saadaan edellä lasketun suuruiseksi.

Keksinnön edulliset suoritusmuodot ilmenevät epäitsenäisistä : \: patenttivaatimuksista.

/ Kuvioiden lyhyt selostus ·’ 25 Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin piir- J " roksiin, joissa v ; kuvio 1 esittää periaatekuvan kompensointikuristimella sammute tusta sähkönjakeluverkosta; ;:· kuvio 2a esittää esimerkin nollajännitteen vaimenevasta värähte- 30 lystä kytkentämuutoksen yhteydessä; ] . kuvio 2b esittää kuvion 2a mukaisen vaimenevan värähtelyn taa- , ’: juuden ajan funktiona ja » kuvio 3 esittää verkon kokonaismaakapasitanssin, verkon koko-naisnollainduktanssin ja verkon kokonaismaavastuksen välisen periaatekyt-;*· 35 kennän.

3 113592

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Kuviossa 1 on esitetty periaatekuva kompensointikuristimella K sammutetusta sähkönjakeluverkosta. Kompensointikuristin K on kytketty johtoa 5 syöttävän muuntajan M tähtipisteen ja maan väliin. Kaaviokuvassa on esitetty myös kompensointikuristimen toimintaperiaate eli verkon nollainduktanssin L muodostama reaktanssi, josta säädettävän kompensointikuristimen K reaktanssi muodostaa osan, on itseisarvoltaan yhtä suuri kuin verkon kokonaismaakapasitanssin C muodostama reaktanssi, jolloin maasulkukohdan 10 kautta kulkeva maasulkuvirta on teoriassa nolla.

Kuviossa 2a on esitetty verkon kytkentämuutoksen erään esimerkinomaisen sähköaseman mitattuun nollajännitteeseen eli kuviossa 1 kuristimen K yli vaikuttavaan jännitteeseen aiheuttama vaimeneva värähtely, jonka taajuus on fr. Kuviossa 2b on esitetty mainittu taajuus fr ajan funktiona. 15 Kuten kuviosta 2b ilmenee, taajuus fr on noussut yli 58 Hz.iin, joten jonkin johdon poiskytkentä on muuttanut verkon ylikompensoiduksi.

Aina, kun verkossa tapahtuu kytkennänmuutos, esiintyy myös kuviossa 2a kuvatun kaltainen tilapäinen nollajännitteen muutos. Nollajännitteen U0 muutos johtuu siitä, että kytkentämuutoksiin liittyy myös johtojen 20 maakapasitanssien varautumisia ja/tai purkautumisia. Syntyy ohimeneviä värähtelyjä maakapasitanssien ja verkon induktanssien muodostamissa värähtelypiireissä. Seurauksena on tilapäinen epäsymmetria vaihejännitteissä, • · :· mikä näkyy nollajännitteen muutoksena.

I l': Ilmiö jättää jälkeensä kuvion 2a kaltaisen eksponentiaalisesti :**: 25 vaimenevan U0:n, jonka taajuus riippuu verkon viritysasteesta. Tämä >\f eksponentiaalisesti vaimeneva nollajännitetransientti summautuu verkon » :*. terveen tilan nollajännitteeseen, joka johtuu maakapasitanssien epäsymmetriasta ja on taajuudeltaan sama kuin verkkotaajuus fn (Euroopassa 50 Hz).

;; 30 Edeltävän mukaisesti keksintö perustuu verkon viritysasteen ;·* määrittämiseen vaimenevan U0:n avulla. Viritysaste voidaan laskea eri tavoilla.

: ·.: Yksi tapa on ratkaista suoraan verkon kokonaismaakapasitanssi C vaimenevan : ’ ‘': nollajännitetransientin avulla, kun tunnetaan verkon kokonaisnollainduktanssi.

Verkon kokonaismaakapasitanssi C, verkon 35 kokonaisnollainduktanssi L ja verkon kokonaismaavastus R voidaan ajatella kytkeytyneiksi rinnakkain, kuten kuviossa 3 on esitetty. Kokonaismaavastuksen 4 113592 R, kokonaisnollainduktanssin L ja kokonaismaakapasitanssin C kautta kulkeville virroille voidaan kirjoittaa seuraava yhtälö:

Ir+ Il + le = 0 Kun otetaan huomioon, että 5 Ir = U0/R, lL= -(1/L) U0 dt+ lL0 ja lc = C * diydt saadaan seuraava differentiaaliyhtälö:

Uo/R - (1/L) * I U0 dt + lL0 + C * diydt = 0 10 Ylläolevan differentiaaliyhtälön avulla voidaan ratkaista verkon kokonaismaakapasitanssi C esimerkiksi tunnettua pienimmän neliösumman menetelmää käyttäen, kun tunnetaan vaimeneva nollajännitetransientti U0(t) ajan t funktiona ja verkon kokonaismaakapasitanssi L. Edullisin tapa on kuitenkin mitata vaimenevan U0-transientin taajuus. Kyseinen taajuus on verkon 15 kokonaisnollainduktanssin ja kokonaismaakapasitanssin muodostaman värähtelypiirin resonanssitaajuus fr.

Kun tunnetaan verkon kokonaisnollainduktanssi L, voidaan laskea verkon kokonaismaakapasitanssi C: 20 C = 1 / (L* (2*7t*fr)2) : Kun nyt tunnetaan kokonaismaakapasitanssi C ja resonanssitaajuus fr, voidaan laskea, mikä verkon kokonaisnollainduktanssin on oltava, jotta verkko olisi täysin vireessä. Verkko on täysin vireessä, kun resonanssitaajuus 25 on sama kuin verkon nimellistaajuus fn. Olkoon Lr se verkon kokonaisnollainduktanssin arvo. jolla verkko on vireessä. Voidaan kirjoittaa » < · ',.. yhtälö, josta ratkeaa Lr • · > * · C = 1/ (L*(2*Tt*fr)2) = (Lr*(2*u *fn)2) = > ::· 30 Lr = L*(f/fn)2 . : Jotta voitaisiin säätää verkko vireeseen, täytyy tuntea kuristimen

induktanssi ja verkon muu nollainduktanssi. Kuristimen induktanssin selville : ’ saamiseen on useita keinoja. Yksi tapa on mitata kuristimen virta I ja jännite U

35 vaimenevan nollajännitetransientin aikana. Näiden mittausten avulla on nyt : ” * mahdollista laskea kuristimen induktanssi Lk: 5 113592

Lk = U / (2*π*ίΓΊ ), missä fr on mitattu vaimenevan U0:n taajuus, ja U ja I ovat samalla hetkellä mitatut kuristimen jännitteen ja virran rms-arvot.

Toinen tapa kuristimen induktanssin mittaamiseksi on mitata 5 kuristimen asento esim. potentiometrillä. Säätäjällä on oltava muistissaan funktio, joka kertoo säätöasennon ja induktanssin välisen riippuvuuden. Funktio voi olla lineaarinen tai epälineaarinen. Se voidaan tallentaa säätäjän muistiin taulukkomuodossa tai matemaattisena kaavana.

Mikäli kuristimen ohjaukseen käytettävä toimilaite on tarkka, ei tarvita 10 kuristimen induktanssin mittausta. Säätäjällä on tällöin oltava muistissaan induktanssin sen hetkinen arvo, jolloin voidaan laskea, millainen toimilaitteen ohjaussekvenssi tarvitaan kuristimen induktanssin muuttamiseksi halutun suuruiseksi.

Verkon muu nollainduktanssi muodostuu tehomuuntajan 15 nollainduktanssista tai erillistä maadoitusmuuntajaa käytettäessä sen nollainduktanssista. Nämä nollainduktanssit voidaan ajatella kytkeytyneeksi sarjaan kuristimen induktanssin kanssa. Vaiheen ja maan välille kytkettyjen jännitemuuntajien aiheuttama nollainduktanssi sensijaan on kytkeytynyt kuristimen rinnalle. Jännitemuuntajien aiheuttama nollainduktanssi on kuitenkin 20 yleensä niin paljon suurempi kuin kuristimen induktanssi, että se voidaan jättää huomiotta.

: Muuntajan tai erillisen maadoitusmuuntajan nollainduktanssi voidaan kysyä valmistajalta tai mitata. Se otetaan kokonaisnollainduktanssia : laskettaessa huomioon laskemalla se yhteen kuristimen induktanssin kanssa.

25 Kuristimen säätäjä voi myös itse mitata kuristimen induktanssin osuuden \ ·, * kokonaisnollainduktanssista säätämällä kuristin vaimenevan U0:n aikana toiseen » * * ’.,. asentoon, jolloin resonanssitaajuus muuttuu. Mittaamalla resonanssitaajuudet fr1 ·' ja kuristimen asennoilla Lk1 ja Lk2 voidaan ratkaista verkon muu nollainduktanssi AL seuraavasti: li' 30 ;> C = 1 / ((Lk1 + AL )* (2*7t*fr1 )2) = 1 / ((L^ + AL )* (2*n% f) •!; =>AL = (L** (yfr1)2-Lk1) / (1 -(yy2) » • ► 35 Jotta verkon muu nollainduktanssi tulisi mitattua mahdollisimman tarkasti, pitää kuristimen asentoa muuttaa tuntuvasti. Koska muuntajan 6 113592 nollainduktanssi ei muutu, riittää sen mittaaminen kerran. Mitattu arvo tallennetaan säätäjän muistiin.

Kun verkon muu nollainduktanssi tunnetaan, ohjataan säädettävä kuristin sellaiseen asentoon, että kokonaisnollainduktanssilla verkko on 5 vireessä. Jos verkon maakapasitanssit ovat hyvin epäsymmetriset, niin resonanssitilassa luonnollinen nollajännite saattaa olla haitallisen korkea. Tällaisessa tapauksessa säädetään lopuksi kuristinta alikompensoituun suuntaan niin paljon, että säätäjälle aseteltu suurin sallittu jatkuvan tilan nollajännite alittuu.

10 Keksinnön mukainen ratkaisu kykenee myös suoraan päättelemään kuristimen säätöalueen ylittymisen, mikäli verkko on muuttunut voimakkaasti ylikompensoiduksi pitkien johtojen irtikytkennän seurauksena. Mikäli ylikompensoinnin aste on säätöalueen äärirajallakin niin suuri, että valokaaren itsesammumistodennäköisyys on vastaavassa maasta erotetussa verkossa 15 suurempi, niin säätäjä kytkee kuristimen pois yrittämättä säätää sitä.

Säätäjässä on aseteltava parametri, jolla ilmoitetaan, kuinka monta kertaa suurempi kompensoidun verkon jäännösmaasulkuvirta saa olla suhteessa vastaavan maasta erotetun verkon maasulkuvirtaan, jotta kuristinta pidetään päällä. Jos siis kuristimen säätöalueen äärirajalla kyseinen 20 jäännösvirtaraja ylittyy, niin kuristin kytketään pois. Mainitun parametrin asettelualue on 1 ... 2. Tämä asettelualue riittää kattamaan DIN- ja : .· VDE-standardeissa määriteltyjen maasulkuvirtojen itsesammumisrajojen ; ’ .: suhteen kompensoidussa ja maasta erotetussa verkossa. (VDE 0228, Teil 2) • · • ;·; Mikäli kuristimen rinnalla käytetään vastusta maasulkuvirran • ·» · 25 pätökomponentin kasvattamiseksi, kannattaa se kytkeä päälle nollajännitereleen havahtuessa ja taas pois päältä suojareleen toimittua. Tällä • c · [... tavalla voidaan nollajännitteen vaimenemisaikavakiota pidentää, jolloin saadaan ' * enemmän aikaa taajuudenmittaukseen .

Keksinnönmukainen kuristimen säätäjä mahdollistaa kuristimen '·* 30 säädön nopeammin vireeseen, kuin on mahdollista perinteisellä luonnollisen ,.: nollajännitteen maksimikohdan hakemisella. Keksinnönmukainen säätäjä laskee . : suoraan kulloisenkin viritysasteen ja uuden ohjearvon kuristimen asennolle. Ei ·’[ ole tarpeen käydä läpi lukuisia kuristimen asentoja ja hakea kokeilemalla • ‘ resonanssikohtaa.

35 Mikäli on käytössä riittävän nopea kuristimen ohjauslaite, saadaan ;": verkko säädettyä resonanssiin heti Teletoiminnan tai muun verkon 7 113592 kytkentämuutoksen jälkeen. Tästä on hyötyä esim. tilanteessa, jossa ukkosmyrskyn aiheuttamien reletoimintojen seurauksena verkon kytkentätila muuttuu nopeasti. On jopa mahdollista säätää verkko vireeseen aikajälleenkytkennän jännitteettömäksi ajaksi. Keksinnönmukaisella ratkaisulla 5 saadaan kuristin pidettyä vireessä lähes koko ajan, jolloin valokaarimaasulkujen itsesammumistodennäköisyys on suurimmillaan ja osa Teletoiminnoista voidaan välttää.

Perinteisellä säätötavalla ei pystytä reagoimaan nopeasti kytkentätilan muutoksiin, koska säätöperiaate sinänsä on hitaampi. Koska 10 lisäksi joudutaan käymään läpi useita kuristimen asentoja, joista osassa verkko on tuntuvasti epävireessä, niin perinteiset säätötoimenpiteet saattavat lyhytaikaisesti heikentää valokaarimaasulkujen itsesammumisedellytyksiä.

Keksinnönmukainen ratkaisu kykenee myös suoraan päättelemään kuristimen säätöalueen ylittymisen, mikäli verkko on muuttunut voimakkaasti 15 ylikompensoiduksi pitkien johtojen irtikytkennän seurauksena. Mikäli ylikompensoinnin aste on säätöalueen äärirajallakin niin suuri, että valokaaren itsesammumistodennäköisyys on vastaavassa maasta erotetussa verkossa suurempi, niin säätäjä kytkee kuristimen pois yrittämättä säätää sitä.

Perinteinen säätötapa edellyttää verkon maakaIXpasitanssien 20 epäsymmetrisyyttä, koska säätö perustuu luonnollisen nollajännitteen maksimikohdan hakemiseen. Hyvin vuorotelluissa avojohtoverkoissa ja :,;.: maakaapeliverkoissa luonnollinen epäsymmetria voi jäädä liian pieneksi, jotta : \: nollajännitteen maksimikohta löytyisi tarkasti.

• Perinteisesti ongelma on ratkaistu kytkemällä yhteen vaiheeseen v; 25 ylimääräinen kondensaattori, jolla saadaan terveen tilan nollajännite nousemaan. Uudemmassa ratkaisussa syötetään tähtipisteeseen virtaa, jolla » · · ' saadaan aikaan säädön kannalta riittävä terveen tilan nollajännite. Molemmissa ratkaisuissa tarvitaan ylimääräisiä komponentteja.

Keksinnönmukainen säätötapa perustuu verkon kytkentöihin ja «: 30 ohimeneviin häiriöihin liittyvien nollajännitetransienttien mittaamiseen eikä edellytä ollenkaan luonnollista nollajännitettä. Tullaan siis toimeen ilman . ; perinteisen ratkaisun vaatimia lisälaitteita.

Kuristimen säätäjän mittaamia nollajännitetransientteja voidaan käyttää hyväksi myös verkon monitoroinnissa. Avojohtoverkoissa esiintyy 35 runsaasti ohimeneviä maasulkuja. Näiden poistumisen jälkeen esiintyvän : vaimenevan nollajännitteen taajuuden perusteella voidaan laskea verkon 8 113592 viritysaste v ja vaimenemisaikavakion avulla valmennussuhde d. Luonnollisen nollajännitteen avulla voidaan laskea myös verkon epäsymmetria-aste k, joka on vektorisuure.

Verkon viritysasteen muutos samalla kuristimen asennolla merkitsee 5 aina verkon kokonaismaakapasitanssin muutosta. Ellei tahallisia kytkentätilan muutoksia ole tehty, saattaa viritysasteen muutos merkitä esimerkiksi pitkän johdon irtoamista verkosta kokonaan tai osittain johdinkatkeaman seurauksena.

Verkon vaimennusasteen nousu voi merkitä esimerkiksi eristinvikaa.

Epäsymmetria-asteen muutos taas voi merkitä suuri-impedanssista 10 maasulkua.

Kaikkien mainittujen parametrien arvojen muutokset saattavat siis merkitä vikaa, ellei ole tiedossa sattuneita suojareletoimintoja tai tehtyjä ohjauksia verkossa. On edullista, että kompensointikuristimen säätäjä määrittää em. parametrien arvot jokaisesta tallennetusta nollajännitetransientista ja 15 ilmoittaa ne ja/tai niiden ennalta määrättyä määrää suuremmat muutokset käyttöhenkilölle.

Verkon viritysaste v määritellään seuraavasti: v = (lL-lc) / lc 20

Ottamalla huomioon, että lL = U0 / ( 2*π*ίη*ί ) ja lc = U0 * (2*π*ίη*0), saadaan viritysasteelle kaava: v = 1 / ( L*C* (2*n*fn )2) -1, missä L on verkon kokonaisnollainduktanssi ja C kokonais-: maakapasitanssi sekä fn verkon nimellistaajuus.

Ml · 25 Aiemmin esitetyn kaavan mukaan C = 1/ ( L* ( 2*π*ίΓ )2) missä fr on :·. vaimenevan U0:n taajuus. Sijoittamalla tämä v:n lausekkeeseen saadaan: v = (fr/fn)2-1 l I · ; 30 Vaimenevan nollajännitteen aikavakio τ saadaan määritettyä seuraavasti. Lasketaan vaimenevan nollajännitteen amplitudi U0 ajan funktiona , · esimerkiksi Fourier-muunnoksella. Se on muodoltaan eksponentiaalinen: : U0(t) = U00*exp (-t/τ) => ·; 35 -t = τ*Ιη(υο (t) / U00) 9 113592

Oletetaan, että pystyvektori X = ( 0 ... u0p ( N )) sisältää N kappaletta Uo-amplitudiestimaatteja jaettuina ensimmäisellä amplitudiestimaatilla U00, joista on vielä otettu luonnollinen logaritmi seuraavasti:

5 Uop(k) = ln(U0(k)/UJ

Olkoon Y = ( 0, t(2) ... t(N) ) vastaavat ajanhetket sisältävä pystyvektori.

Tällöin voidaan kirjoittaa seuraava yhtälöryhmä, josta aikavakio τ 10 ratkeaa pienimmän neliösumman menetelmällä.

Y= - τ *X

—>x = -(YT*Y) / (YT*X) 15

Aikavakiosta x voidaan edelleen laskea verkon vaimennusaste. Verkon vaimennusaste d määritellään:

d =IR/IC

20

Ottamalla huomioon, että lR = U0 / R , saadaan lauseke • % vaimennusasteelle: d = 1 / ( 2*u*fn*C*R ), missä R on järjestelmän kokonaisnollaresistanssi. Toisaalta järjestelmän vaimennusta voidaan kuvata : myös vaimennusvakiolla 5: 25 δ = 1/ (2*R*C)

Eksponentiaalisesti vaimenevan nollajännitteen

* t I

’ .. φ vaimenemisaikavakio τ ja vaimennusvakio δ suhtautuvat toisiinsa seuraavasti:

δ = 1 / τ => x = 2*R*C

30 Verkon vaimennusaste saadaan siten laskettua kaavasta: d = 1/(7t*fn*x) . Mikäli käytetään pienimmän neliösumman menetelmää aiemmin esitetyllä tavalla vaimenevan nollajännitteen analysoinnissa, saadaan laskettua suoraan vaimennusaste d ratkaistavan parametrin x1 avulla: 35 : d = 1 / ( 2*7t*fn*C*R ) = -^/( 2*π* fn) 10 113592

Jos verkossa esiintyy jatkuvan tilan nollajännitettä, voidaan laskea ns. epäsymmetria-aste J< seuraavasti. Ns. suhteellinen jatkuvan tilan nollajännite Uen saadaan tunnetusta kaavasta: 5 Uen = ϋο / UrS = k / V ( v + d2 ), missä IJRS on kompleksinen pääjänniteosoitin. Kun U«n sekä v ja d tunnetaan, saadaan epäsymmetria-aste laskettua kaavasta: i^IVViv+d2) 10

Keksinnönmukainen säätöperiaate edellyttää kuristimen induktanssin tuntemista, mistä aiheutuu tarve joko mitata kuristimen induktanssi tai sen asento. Ellei tämä ole mahdollista, täytyy kuristimen ohjauksen olla tarkka. Tässä vaatimukset ovat suuremmat kuin perinteisessä säädössä, joka ei 15 edellytä kuristimen induktanssin tuntemista.

Esitetty kuristimen säätötapa edellyttää myös parempaa signaalinkäsittelykapasiteettia ja suurempaa muistikapasiteettia kuin perinteinen säätötapa. Vaadittu laskenta- ja muistikapasiteetti on kuitenkin pieni verrattuna nykytekniikan mahdollisuuksiin.

20 Vaihtoehtona edellä esitetyille säätötavoille voidaan eräissä tapauksissa soveltaa menettelyä, jossa kuristin säädetään vireeseen V ,: vaimenevan nollajännitteen aikana. Jos nimittäin verkon jatkuvan tilan : . · nollajännite on pieni suhteessa vaimenevaan nollajännitetransienttiin ja • ; nollajännitetransientin vaimenemisaikavakio on pitkä, niin on mahdollista säätää

» · f I

25 kuristin vireeseen transientin aikana. Tällöin lasketaan ensin vaimenevan

* I

: -, ’ nollajännitteen taajuus muutaman jakson ajalta ja lasketaan aiemmin esitetyllä i * · V.t tavalla uusi ohjearvo kuristimen asennolle. Sitten ohjataan kuristin kyseiseen I ( · asentoon ja mitataan taajuus uudelleen. Mikäli taajuus on jo hyvin lähellä 50 Hz:iä, ei enää tehdä uusia ohjaustoimenpiteitä. Jos taajuus vielä poikkeaa 50 30 Hz:stä, niin lasketaan uusi ohjearvo kuristimen asennolle, mutta muutetaan kuristimen asentoa vain puolet lasketusta, jotta ei ohjausepätarkkuuden vuoksi . : mentäisi yli resonanssipisteen.

Näin tehdään tarvittaessa useita peräkkäisiä asteittain pieneneviä ohjausliikkeitä ja mitataan taajuus aina välillä. Jos nollajännitteen aikavakio on .: 35 riittävän pitkä ja säätäjän toimilaite riittävän nopea, on mahdollista saada kuristin » vireeseen ennen häiriön vaimenemista.

11 113592

Avojohtoverkossa jatkuvan tilan nollajännite on tavallisesti niin suuri, että kuristimen säätäminen vireeseen vaimenevan nollajännitteen aikana edellä esitetyllä tavalla ei onnistu. Syynä on se, että jatkuvan tilan nollajännite superponoituu vaimenevaan nollajännitteeseen tehden tarkan taajuuden 5 mittauksen mahdottomaksi. Tällaisessa tilanteessa on parempi ensin tallentaa koko nollajännitetransientti sen alusta siihen saakka, kunnes se on vaimentunut ja muuttunut pelkäksi jatkuvan tilan nollajännitteeksi.

Tallennetulle nollajännitekäyrälle u0 (1) ... u0 ( N ) suoritetaan sitten rekursiivinen diskreetti Fouriermuunnos ja lasketaan kompleksinen 10 nollajänniteosoitin Uq: X(k) = X(k-1) + (2/ Ns )*( u0 (k) - u0 (k-Ns) )*cos (- (k)*2*Tt/ Ns) Y(k) = Y(k-1) + (2/ Ns )*( u0 (k) - u0 (k-Ns) )*sin (- (k)*2*π / Ns) 15 Lb (k) = X(k) + i*Y(k)

Ylläolevissa kaavoissa k on tallennetun u0 -käyrän pistettä osoittava indeksi ja Ns on tallennetun u0:n näytteiden määrä yhtä verkkotaajuuden jaksoa kohti eli Ns = fs / fn, missä fs on säätäjän näytteenottotaajuus ja fn on nimellinen 20 verkkotaajuus.

Jos nollajännitetransientti on ehtinyt vaimentua pois, niin viimeinen nollajänniteosoitin Uq (N) edustaa jatkuvan tilan nollajännitettä. Tällä perusteella voidaan muodostaa uusi nollajännitekäyrä, josta jatkuvan tilan nollajännite on j poistettu: * · · · 25

Uo' (k) = Uo (k) - Uo (N) • s · ' · · ' ' Kompleksisesta osoitinvektorista ϋ,’ (k) saadaan muodostettua eksponentiaalisesti vaimeneva sinikäyrä u0' ( I ) ... u0 ( N ), jonka taajuus on I > · 30 haettu verkon resonanssitaajuus: ; : u0' (k) = UD'(k) * cos (2*7t*k / Ns + a (k)), » » ! ' missä U0'(k) on kompleksisen osoitinvektorin alkion Uo' (k) itseisarvo 35 ja a (k) on sen argumentti eli vaihekulma.

12 113592

Saadusta käyrästä u0’ (I)... u0' ( N ) lasketaan sitten jollain tunnetulla taajuuden estimointimenetelmällä verkon resonanssitaajuus ja uusi ohjearvo kompensointikuristimen asennolle.

Sähköaseman kenttäväylän avulla voidaan kuristimen säädössä 5 hyödyntää eri johtojen suojareleiden mittauksia. Yksi mahdollisuus on laskea kuristimen kanssa sarjaan kytkeytyvä järjestelmän muu nollainduktanssi, jotta verkko voidaan ohjata tarkemmin vireeseen. Laskenta perustuu siihen, että kukin rele laskee suojaamansa johdon maakapasitanssin vaimenevan nollajännitteen ja nollavirran sekä taajuuden avulla seuraavasti. Lasketaan 10 tunnetulla diskreetillä Fourier-muunnoksella nollavirran ja jännitteen amplitudit lQ ja U0 ja jollain taajuudenmittausalgoritmilla vaimenevan nollajännitteen taajuus fr. Näistä saadaan laskettua johdon maakapasitanssi Cj:

Cj = l0 / (2*7r*f*U„) 15

Koska nollavirta l0 ja nollajännite U0 pienenevät jatkuvasti ja jotta mittausvirheiden vaikutus minimoituisi, lasketaan vaimenevan nollajännitteen aikana monta Cj-estimaattia. Lopulliseksi maakapasitanssiarvoksi otetaan näiden keskiarvo.

20 Releet lähettävät kuristimen säätäjälle mittaamansa maakapasitanssiarvot Cj . Säätäjä laskee ne yhteen ja tästä saadun ’·/',· kokonaismaakapasitanssin C sekä vaimenevan nollajännitteen taajuuden fr : , · avulla laskee kokonaisnollainduktanssin L: » « 25 L = 1 / (C* (2*π*ίΓ)2) * I * , . Säätäjä laskee seuraavaksi kokonaisnollainduktanssin L ja ’ ‘ muistissaan olevan kuristimen induktanssin Lk avulla järjestelmän muun nollainduktanssin AL: ; 30

J AL = L-U

i * * [ Tämä menetelmä AL:n määrittämiseen on vaihtoehtoinen aiemmin * esitetylle tavalle, jossa ohjataan kuristin kesken vaimenevaa nollajännitettä . · 35 toiseen asentoon, ja mitataan kokonaisnollainduktanssit molemmissa kuristimen : asennoissa.

13 113592

Toinen tapa hyödyntää sähköaseman kenttäväylää on se, että releet lähettävät säätäjälle tiedon käynnistämistään jälleenkytkentäsekvensseistä ja mittaamistaan irtikytkettyjen johtojen maakapasitansseista, jolloin kuristin voidaan säätää vireeseen jälleenkytkennän jännitteettömäksi ajaksi ja uudelleen 5 vireeseen samalla kuin johto kytketään uudelleen verkkoon.

Voidaan myös menetellä siten, että kuristinta ei säädetä ollenkaan jälleenkytkentäsekvenssien aikana, vaan säätö tehdään vasta viimeisen kytkentätoimenpiteen jälkeen. Tällöinkin on eduksi, jos saadaan väylän kautta tieto releiden tekemistä jälleenkytkennöistä. Mikäli väylää ei ole käytössä, 10 kannattaa kuristimen säädölle asetella riittävän pitkä viive, jotta jälleenkytkentäsekvenssit ehtivät mennä ohi ennen säätötoimenpidettä.

Mikäli luonnollinen nollajännite on pieni ja säätäjän toimilaite on nopea, niin kuristimen säätäminen vireeseen vaimenevan nollajännitteen aikana on edullisin vaihtoehto. Tällöin ei tarvita niin tarkkaa tietoa kuristimen 15 asennosta, vaan haetaan resonanssikohta taajuudenmittauksella.

Jos jatkuvan tilan nollajännite on suuri suhteessa vaimenevaan nollajännitteeseen, on pakko tallentaa nollajännitetransientti sen vaimenemiseen saakka, jotta taajuus saadaan luotettavasti mitattua.

Mikäli kenttäväylä on käytössä ja säätäjän toimilaite on nopea, 20 kannattaa releiden välittämiä tietoja hyödyntää verkon pitämiseksi jatkuvasti mahdollisimman tarkkaan vireessä, mikäli toimilaitteen nopeus sen sallii. Mikäli toimilaite on hidas, kannattaa säätäjä lukita jälleenkytkentöjen ajaksi, j Keksinnön mukaisessa menetelmässä tarvitaan nollajännitteen : mittaamista, jotta kuristin saadaan viritettyä. Mikäli mahdollista, myös kuristimen 25 virta ja jännite olisi mitattava, koska tarkkuutta saadaan siten parannettua.

Yhden pääjännitteen mittaus on myös tarpeen, mikäli halutaan monitoroida t · •:. t verkkoa epäsymmetria-asteen mittauksilla.

30 * # » »

Claims (14)

14 113592

1. Menetelmä kompensointikuristimen säätämiseksi sähkönjakelu-verkossa, jossa on säädettävä kompensointikuristin (K) verkkoon kytketyn muuntajan (M), kuten tehomuuntajan tai erillisen maadoitusmuuntajan, tähti- 5 pisteen ja maan välissä, jolloin kompensointikuristimen (K) induktanssi (Lk) muodostaa osan sähkönjakeluverkon kokonaisnollainduktanssista (L), tunnettu siitä, että menetelmä käsittää vaiheet, joissa määritetään verkon kytkentämuutokseen tai häiriötilanteeseen liittyvän nollajännitetransientin avulla verkon kokonaismaakapasitanssi (C), kun 10 tunnetaan verkon kokonaisnollainduktanssi (L), määritetään se verkon kokonaisnollainduktanssin arvo (Lr), jonka muodostaman reaktanssin itseisarvo on sama kuin verkon kokonaismaakapa-sitanssin muodostaman reaktanssin itseisarvo nimellistaajuudella (fn) ja säädetään kompensointikuristimen induktanssi (Lk) sellaiseksi, että 15 verkon kokonaisnollainduktanssi saadaan edellä lasketun suuruiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä määritetään verkon kytkentämuutokseen tai häiriötilanteeseen liittyvän nollajännitetransientin taajuus (fr), jonka avulla määritetään verkon kokonaismaakapasitanssi (C).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompensointikuristimen induktanssin (Lk) säätö käsittää kompensointiku- , : ristimen induktanssin lähtöarvon määrittämisen perustuen kuristimen jännit- : \ teen (U) ja virran (I) mittaamiseen. * ♦

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että kompensointikuristimen induktanssin (Lk) säätö käsittää kompensointiku-:t>” ristimen induktanssin lähtöarvon määrittämisen perustuen kuristimen säätö- *·* * asennon mittaamiseen, esimerkiksi potentiometrillä, ja tätä säätöasentoa vastaavan induktanssiarvon määrittämiseen induktanssin ja säätöasennon ; · * välistä riippuvuutta kuvaavan matemaattisen funktion tai taulukon avulla.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, [ : että kompensointikuristimen induktanssin (Lk) säätö käsittää kyseisen induk tanssin senhetkisen arvon noutamisen muistista, jossa sitä pidetään tallen-;·* nettuna, tähän alkuarvoon ja haluttuun uuteen arvoon perustuvan ohjaussek- venssin laskemisen ja tämän ohjaussekvenssin syöttämisen kuristimen säätö- · i 35 asennon ohjaukseen käytettävälle toimilaitteelle. 15 113592

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompensointikuristimen induktanssin (Lk) säätö käsittää verkon kokonaisnollainduktanssin (L) määrittämisen summaamalla kompensointikuristimen induktanssiin (Lk) verkon muu nollainduktanssi (AL).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että verkon muun nollainduktanssin (AL) arvo määritetään noutamalla se muistista, jossa se on tallennettuna.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että verkon muu nollainduktanssi (AL) määritetään perustuen nollajännitetran- 10 sieniin aikana kahdella eri kompensointikuristimen induktanssiarvolla (Lk1, Lk2) mitattuihin resonanssitaajuuksiin (fr1, f^) ja saatu arvo tallennetaan muistiin.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 2-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuristin säädetään vireeseen peräkkäisten säätötoimenpiteiden avulla nollajännitetransientin aikana säätämällä transientin taajuus ver- 15 kon nimellistaajuuden (fn) suuruiseksi.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 2-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmä edelleen käsittää vaiheet, joissa verrataan kompensointikuristimen säädettävälle induktanssille laskettua säätöohjearvoa (Lk) kompensointikuristimen induktanssin säätöaluee-20 seen ja mikäli tämä säätöalue ylittyy ennalta määrätyllä määrällä, kytketään kompensointikuristin irti verkosta.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 2-8 mukainen menetelmä, tun- ·,: nettu siitä, että tallennetaan nollajännitetransientti laitteen muistiin, elimi- ; noidaan siitä jatkuvan tilan nollajännite ja määritetään näin saadun nollajänni- 25 tetransientin taajuus, jolloin saadaan tarkempi estimaatti vaimenevan nollajän-:·/ nitetransientin taajuudelle ja saadaan säädettyä kuristin tarkemmin vireeseen.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 tai 9-11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että johtojen suojareleet lähettävät kenttäväylää hyväksikäyttäen nollajännitetransientin aikana mittaamansa eri johtojen maakapasi- 30 tanssiarvot kompensointikuristimen säätäjälle, joka määrittää näistä arvoista < » · : verkon kokonaismaakapasitanssin (C) ja verkon muun nollainduktanssin (AL).

·. : 13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen menetelmä, tun- ··[ nettu siitä, että johtojen suojareleet lähettävät tiedon käynnistämistään jäl- " leenkytkentäsekvensseistä kompensointikuristimen säätäjälle, joka säätäjän 35 toimilaitteen nopeuden salliessa säätää verkon vireeseen jälleenkytkennän ‘': jännitteettömäksi ajaksi ja uudelleen vireeseen kytkettäessä johto jälleen verk- 113592 16 koon tai odottaa jälleenkytkentäsekvenssien loppuun ennenkuin suorittaa kuristimen säätötoimenpiteitä.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompensointikuristimen säätäjä suorittaa lisäksi verkon mo-5 nitorointia määrittäen nollajännitetransientin avulla verkon viritysasteen (v), verkon vaimennusasteen (d) ja verkon epäsymmetria-asteen (k) ja ilmoittaa näiden parametrien arvot ja/tai niiden ennalta määrättyä määrää suuremmat muutokset käyttöhenkilölle jokaisen nollajännitetransientin jälkeen. 10 15 1 * » · i # · * »· 113592 17