HU177525B

HU177525B - Arrangement for controlling the automatic load-limit of electric energy systems

Info

Publication number: HU177525B
Application number: HU78VI1178A
Authority: HU
Inventors: Tibor Bendes; Ferenc Weingart; Ferenc Radvanszki
Original assignee: Villamos Ipari Kutato Intezet
Priority date: 1978-02-20
Filing date: 1978-02-20
Publication date: 1981-10-28
Also published as: DE2906460A1; RO76028A; SE7901408L; DD141962A5; YU39879A

Abstract

The load-disconnecting system measures the power network's frequency and produces a control signal when a frequency deficit indicating a lack of power in the network occurs and persists for a given time. The network's voltage is measured and a limit indicating a lack of power is produced from the network's frequency/voltage characteristics. The given time of persistence(delay) is chosen depending on the network's instantaneous voltage such that a lower voltage results in a shorter delay.

Description

Szabadalmas:patentee:

Villamosenergiaipari Kutató Intézet, BudapestResearch Institute for Electricity, Budapest

Kapcsolási elrendezés villamos energiarendszerek automatikus terheléskorlátozásának vezérléséreSwitching arrangement for controlling the automatic load limitation of power systems

A találmány tárgya kapcsolási elrendezés villamos energiarendszerek automatikus terheléskorlátozásának vezérlésére, amely lehetővé teszi, hogy az energiarendszer adott körzetében bekövetkező teljesítményhiány esetén a terheléskorlátozás is az érintett körzetben vagy annak közvet- 5 len közelében következzék be.The present invention relates to a switching arrangement for controlling the automatic load limitation of power systems, which allows the load limitation to be carried out in the area concerned or in the immediate vicinity thereof in the event of a power shortage in a given area of the energy system.

Az automatikus terheléskorlátozás olyan erőszakos beavatkozás, amely súlyos teljesítményhiány észlelésekor meghatározott nagyságú fogyasztást az energiarendszerről lekapcsol. Az ilyen terheléskorlátozást a nagy összeomló- 10 sok elkerülése céljából minden fejlett energiarendszer és nemzetközi energiarendszer-egyesülés alkalmazza.Automatic Load Limitation is a violent intervention that cuts off a certain amount of power from the power system when a severe power shortage is detected. Such a load limitation is applied by all advanced energy systems and international energy system mergers to avoid major collapses.

Az automatikus terheléskorlátozást a hálózati frekvencia meghatározott mértékű csökkenésekor szokták indítani, mert az energiarendszer frekvenciája teljesítménydeficit 15 esetén csökken. Tekintettel arra, hogy az automatikus terheléskorlátozás működésbe lépése jelentős anyagi veszteségekkel jár, továbbá hogy az energiarendszer instabilitását elsősorban a teljesítménydeficit (pl. erőmű kiesés) körzetében lévő vagy ahhoz közeli fogyasztók lekapcsolása 20 tudja megszüntetni, a terhelést is ebben a körzetben célszerű korlátozni.The automatic load limitation is started when the network frequency is reduced to a certain extent, because the frequency of the power system decreases in the case of a power deficit of 15. Considering that the activation of the automatic load limitation causes significant material losses, and that the instability of the energy system can be eliminated primarily by the disconnection of consumers in or near the power defect (eg power plant outage), the load should also be limited in this area.

A frekvenciacsökkenés alapján indított automatikus terheléskorlátozás ezt a feltételt nem tudja biztosítani. A frekvenciacsökkenés ugyanis a rendszer egészében je- 25 lentkezik, és a terheléskorlátozás a rendszeren belül nem tud különbséget tenni a hiány forrását jelentő körzet, az átterhelődések miatt kritikus terhelési és stabilitási helyzetben lévő körzetek, valamint az ép körzetek között. Számos gyakorlati eset bizonyítja, hogy a frekvenciafüggő au- 30 tomatikus terheléskorlátozás működése járulékos üzemzavart idézett elő az energiarendszerben, mert az egyes ép rendszerkörzetekből a területileg arányos terheléskorlátozás következtében jelentős kisegítő teljesítmény áramlott a forráshiányos rendszerrész felé. Ez a kisegítő teljesítmény az összekötő hálózati elemek túlterhelésén, illetve a stabilitási határteljesitmény túllépésén keresztül további egyensúlyzavart idézett elő. A tcrheléskorlátozást a frekvenciacsökkenés észlelését követően akkor kapcsolják be. amikora frekvencia meghatározott ideig tartósan kisebb a beállított küszöbértéknél. A késleltetés alkalmazása önmagában nem képes a fenti nehézségeket megszüntetni.An automatic load limitation triggered by frequency reduction cannot provide this condition. In fact, the frequency reduction occurs throughout the system, and the load limitation within the system cannot distinguish between the source of the deficit, the districts in critical load and stability situations due to congestion, and the intact areas. Several practical cases have demonstrated that the operation of the frequency-dependent au- tomatic load limitation has caused an additional malfunction in the energy system, as significant auxiliary power flowed from the intact system regions due to the area-proportional load limitation towards the source-deficient system part. This auxiliary power resulted in an additional imbalance through overloading the connecting network elements and exceeding the stability limit performance. The load limitation is activated after detection of the frequency decrease. when the frequency is permanently lower than the set threshold. Applying the delay alone is not capable of overcoming the above difficulties.

A találmány feladata olyan kapcsolási elrendezés kidolgozása, amellyel villamos energiarendszerek automatikus terheléskorlátozása úgy vezérelhető, hogy a korlátozás azt a körzetet érintse, ahol a teljesítményhiány jelentkezik.It is an object of the present invention to provide a circuit arrangement by which automatic load limitation of electrical systems can be controlled so that the restriction touches the area where power failure occurs.

A találmány a villamos energiarendszerben teljesítménydeficit során kialakuló feszültségviszonyok elemzésén alapul.The invention is based on the analysis of voltage conditions in the power system in the event of a power deficit.

Tartós teljesitménydeficit esetén az energiarendszer minden részéből a forráshiány körzete felé energia áramlik. A nagy távolságból áramló energia feszültségesése is viszonylag jelentős lesz, különösen akkor, amikor a járulékos energiatovábbítás egyes távvezetékszakaszok névleges teljesítményszintjét túllépi. A kritikus körzetben jelentkező feszültségesés nagyságát továbbnöveli a meddő teljesítmény szállítása által okozott feszüitségcsökkenés is, valamint továbbgyűrűző hatásként említhetjük, hogy a körzet fázisjavító kondenzátortelepei alacsonyabb feszültség mellett négyzetesen csökkenő hatékonysággal működnek. A kritikus körzetben ezért a feszültségcsökkenés mértéke forráshiány esetén 10—20% nagyságrendben mozoghat.In the case of a long-lasting performance defect, energy flows from all parts of the energy system towards the source of the lack of resources. The voltage drop of the long-range energy will also be relatively significant, especially when the extra power transmission exceeds the rated power level of each of the power line sections. The magnitude of the voltage drop in the critical region is further increased by the stress reduction caused by the delivery of the reactive power, and as a spillover effect, the phase correction capacitors of the area operate at a lower voltage with a decreasing efficiency. Therefore, in the critical region, the degree of stress reduction may be in the order of 10-20% in the case of a lack of resources.

A találmány szerint a teljesítménykorlátozás bevezetését nemcsak a hálózati frekvencia csökkenésétől tesszük függővé, hanem a beavatkozási küszöbszintet a frekvencia és 5 a feszültség egyidejű figyelembevételével úgy állapítjuk meg, hogy növekvő feszültségeséshez növekvő küszöbfrekvencia tartozzék.According to the present invention, the introduction of a power limitation is not only dependent on a decrease in the network frequency, but a threshold of intervention is taken into account at the same time as the frequency and the voltage 5 so as to include an increasing threshold frequency for increasing voltage drop.

A találmány egy másik felismerése szerint a teljesítménykorlátozáshoz tartozó frekvencia- és feszültségkrité- 10 riumok fennállása után a teljesítménykorlátozást csak meghatározott késleltetési idő elteltével vezetjük be, ha ezen idő alatt a kritériumok változatlanul fennállnak, és a késleltetési idő nagyságát a feszültségcsökkenéssel arányosan csökkentjük, azaz nagyobb feszültségeséshez rövidebb 15 késleltetés tartozik.According to another aspect of the present invention, after the power and frequency criteria for power limitation, the power limitation is only introduced after a certain delay time if the criteria remain unchanged during this time, and the amount of delay time is reduced proportionally to the voltage drop, i.e. to a higher voltage drop. 15 shorter delays.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés ezért a villamos energiarendszer egyes körzeteiben elhelyezett feszültségváltót, ehhez kapcsolt feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egységet, ehhez 20 csatlakoztatott késleltető elemet, valamint vezérlő áramkört tartalmaz.The circuit arrangement according to the invention therefore comprises a voltage transducer located in certain areas of the electrical power system, a voltage-dependent threshold reduction switching unit connected thereto, a connected delay element 20, and a control circuit.

A feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység olyan feszültség- frekvencia karakterisztikával rendelkezik, ahol csökkenő feszültséghez 25 növekvő küszöbfrekvencia tartozik. A vezérlő áramkör biztosítja, hogy a kapcsolási elrendezés a terheléskorlátozást megindító vezérlőjelet csak akkor adja ki, ha a késleltető elem késleltetési idején belül a feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység 30 folyamatosan átbillent állapotban van.The voltage-dependent threshold-level frequency-reduction switching unit has a voltage-frequency characteristic with 25 rising threshold frequencies for decreasing voltage. The control circuit ensures that the switching arrangement outputs the control signal that triggers the load limitation only if the voltage-dependent threshold frequency reduction detector 30 within the delay time of the delay element is continuously switched over.

A találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy előnyös kiviteli alakjánál a késleltető elem késleltetési ideje feszültségfüggő és ennek olyan feszültség-késleltetési idő karakterisztikája van, ahol csökkenő feszültséghez csökkenő 35 késleltetési idő tartozik.In a preferred embodiment of the switching arrangement according to the invention, the delay time of the delay element is voltage-dependent and has a voltage-delay time characteristic with a decreasing delay time 35 for decreasing voltage.

A találmány szerinti megoldás lehetővé teszi, hogy terheléskorlátozás csak valóban fennálló teljesítménydeficit esetén következzék be és a lekapcsolás a teljesítménydeficit körzetében vagy az azzal közvetlenül szomszédos kör- 40 zetekben jelentkezzék.The present invention makes it possible to limit the load only in the case of a true defect in power and to disconnect in the area of power defect or in adjacent circuits directly adjacent thereto.

A találmányt a továbbiakban egy kiviteli példa kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon azThe invention will now be described in more detail with reference to an embodiment, based on the drawing. It is in the drawing

1. ábra a találmány szerinti kapcsolási elrendezés egy- 45 szerűsített tömbvázlata, aFig. 1 is a block diagram of a circuit arrangement according to the invention;

2. ábra az 1. ábrán vázolt feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység jellegzetes feszültség-küszöbfrekvencia diagramja, és aFigure 2 is a characteristic voltage-threshold frequency diagram of the voltage-dependent threshold frequency reduction switching unit shown in Figure 1;

3. ábra a késleltető elem késleltetési idejének feszültség- 50 függését szemléltető diagram.Figure 3 is a diagram illustrating the voltage-dependence of the delay time of the delay element.

Az 1. ábrán a villamos energiarendszer egy adott körzetében lévő 5 villamos hálózat egy részét, például távvezeték egy részét szemléltettük, amelyhez 4 feszültségváltó 55 csatlakozik. A 4 feszültségváltó kimenete 1 közbenső feszültségváltóval van összekötve, amely kimenetén az 5 villamos hálózattól elválasztott, de annak feszültségével arányos kimeneti feszültséget hoz létre. Az 1 közbenső feszültségváltó kimeneti jelének frekvenciája megegyezik az go 5 villamos hálózat frekvenciájával.Figure 1 shows a portion of the electric network 5 in a given region of the electrical power system, for example a portion of the power line, to which a voltage transducer 55 is connected. The output of the voltage transducer 4 is connected to an intermediate voltage transducer 1, which outputs an output voltage separated from the electrical network 5 but proportional to its voltage. The frequency of the output signal of the intermediate voltage transducer 1 is equal to the frequency of the go 5 electrical network.

Az 1 közbenső feszültségváltó egyrészt 2 fcgzültségfüggő küszSbeziötfi frekvend^csőkkenést érzékelőkapcsoló e®* ségjel bemer® téve}, másrészt 3 késleltető elem 31 feszült- 65 ségjel bemenetével van összekötve. A 2 feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység kapcsolójel kimenete 6 vezérlőáramkör bemenetéhez csatlakozik, ennek kimenetei pedig a 3 késleltető elem 32 indító bemenetével és 33 leállító bemenetéivel vannak összekötve.The intermediate voltage transducer 1 is connected, on the one hand, to a voltage-dependent pulse-oscillating frequency oscillator tube switching sensor switch, and on the other hand to a voltage signal input 65 of delay element 3. The voltage-dependent threshold-level frequency-reduction detector switching unit 2 is connected to the control circuit input 6 and its outputs are connected to the starter input 32 and stop inputs 33 of the delay element 3.

A 2. ábrán a 2 feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység feszültség-frekvencia küszöbszint jelleggörbéjét tüntettük fel három példakénti esetben. A diagramból látható, hogy 100%-os feszültség mellett mindhárom diagram 49 Hz-es kapcsolási küszöbszintet biztosít. A kapcsolási küszöbszint elérésekor a 2 feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység kimenetén kapcsolójel jelenik meg, amely jelzi, hogy a teljesítménykorlátozás előírt feltételei fennállnak. A 2. ábra a diagramjából láthatjuk, hogy a hálózati feszültség csökkenésével a kapcsolási küszöbszinthez tartozó frekvencia meredeken növekszik, és 20%-os feszültségcsökkenés esetén a kapcsolási küszöbszint 49,6 Hz. Ez azt jelenti, hogy ha a hálózat feszültsége 20%-kal lecsökken, akkor a névleges 50 Hz-es frekvenciához képest már 0,4 Hz-es frekvenciacsökkenés a 2 feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység átbillenését eredményezi. A b diagram ennél kisebb meredeksége és itt 20%-os feszültségcsökkenéshez már 0,65 Hz-es frekvenciacsökkenés tartozik. A harmadik c diagramnál a frekvencia küszöbszint változási meredeksége kisebb, és 20%-os feszültségcsökkenés a frekvencia küszöbszintet mintegy 0,78 Hz-cél a névleges 50 Hz alá viszi. A 2. ábrán azt is megfigyelhetjük, hogy a diagramokon a névleges feszültségnél nagyobb feszültségekhez 49 Hz-nél alacsonyabb megszólalási küszöbfrekvencia tartozik.Fig. 2 shows the voltage-frequency threshold curve of the voltage-dependent threshold reduction 2 of the voltage-dependent threshold level 2 in three exemplary cases. The diagram shows that, with 100% voltage, all three diagrams provide a 49 Hz switching threshold. When the switching threshold level is reached, a switching signal appears at the output of the voltage-dependent threshold-level frequency-reduction switching unit 2, indicating that the required power limitation conditions are met. Figure 2 shows a diagram showing that with the decrease in mains voltage the frequency of the switching threshold level increases steeply and in the case of a 20% drop in voltage the switching threshold is 49.6 Hz, which means that if the network voltage drops by 20% , a frequency reduction of 0.4 Hz from the rated frequency of 50 Hz will result in the switching of the 2 voltage-dependent threshold frequency reduction switching units. The lower slope of the b chart and the 20% voltage drop here now have a 0.65 Hz frequency drop. In the third diagram c, the frequency slope change of the frequency threshold is lower and the 20% voltage drop leads to the frequency threshold level of about 0.78 Hz below the nominal 50 Hz target. In Figure 2, it can also be observed that the diagrams have a lower threshold frequency of less than 49 Hz for voltages higher than the rated voltage.

A három különböző meredekségű feszültség-frekvencia jelleggörbe természetesen az ismertetett konkrét értékektől eltérően is megválasztható. A bemutatott diagramok a frekvencia küszöbszint feszültségfüggésének jellegét szemléltetik. A konkrét értékeket a villamos energiarendszer sajátos paraméterei, például az erőművek száma és a körzetek közötti megoszlása, a terhelés jellege, a lekapcsolható fogyasztók teljesítménye és körzetei ismeretében lehet meghatározni.Of course, the three different slope voltage frequency curves can be chosen differently from the specific values described. The diagrams shown illustrate the nature of the frequency threshold voltage dependence. Specific values can be determined by knowing the specific parameters of the electricity system, such as the number of power plants and the division between the districts, the nature of the load, the performance and districts of the switch-off consumers.

Ha egy adott körzetben a 2 feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység karakterisztikáját már beállítottuk, akkor ennek kimenetén a kapcsolójel akkor jelenik meg, amikor a hálózat feszültsége és frekvenciája a beállított karakterisztikát átlépi. Ebben a pillanatban a 6 vezérlőáramkör vezérli a 3 késleltető elem 32 indító bemenetét és a 3 késleltető elem 34 kimenetén a beállított késleltetési idő elteltével olyan vezérlő jelet bocsát ki, amely az 1. ábrán nem vázolt teljesítménykorlátozó áramkört működteti. Ha a beállított késleltetési idő alatt az 5 villamos hálózat paraméterei megváltoznak, és a korlátozás feltétele megszűnik, akkor a 2 feszültségfüggő küszöbszintű frekvenciacsökkenést érzékelő kapcsoló egység kimenetén állapotváltozás következik be, amit a 6 vezérlőáramkör érzékel, és ennek hatására vezérli a 3 késleltető elem 33 leállító bemenetét. A 33 leállító bemenet vezérlésének hatására a 3 késleltető elem alapállapotba billen, és a 34 kimeneten a vezérlőjel nem jelenik meg, A 34 kimeneten ezért a terheléskorlátozást vezérlő jel keletkezésének feltételét a 2. ábrán vázolt karakterisztika tartós (a késleltetési időnek megfelelő időtartamú) átlépése képezi. . Jólletet «z.innerteteítt megoldás a teljesítménykorlátozás léiBsitóséíQek felíáteteitagyakorlati követelményekkel összhangban biztosítja. & teljesttménykorlátozás hatásé2 sabbá tehető, ha a 3 késleltető elem késleltetési idejét az 5 villamos hálózat pillanatnyi feszültségétől függően választjuk meg. Könnyen belátható, hogy jelentős feszültségcsökkenés és ehhez tartozó frekvenciacsökkenés észlelése után a teljesítménykorlátozást viszonylag gyorsan kell be- 5 kapcsolni. Ugyanakkor névleges feszültség vagy feszültség-emelkedés mellett a teljesítménydeficit jelenléte a körzetben nem valószínű, és teljesítménykorlátozást akkor érdemes létesíteni, ha a frekvenciacsökkenés viszonylag hosszú időn keresztül fennáll. Ekkor ugyanis, ha a frek- 10 venciacsökkenést egy másik körzet teljesítménydeficitje idézte elő, akkor annál a körzetnél a védelmi automatika a terhelést előbb kell hogy korlátozza és a szóbanforgó körzetben a teljesítménykorlátozást csak ennek kivárása után célszerű indítani.If the characteristics of the voltage-dependent threshold frequency reduction switching unit 2 in a given area have already been set, then at the output thereof the switching signal is displayed when the voltage and frequency of the network exceed the set characteristic. At this moment, the control circuit 6 controls the starter input 32 of the delay element 3 and outputs a control signal at the output 34 of the delay element 3 after the set delay time to operate a power limiting circuit not shown in Figure 1. If the parameters of the electric network 5 change during the set delay time and the condition of the restriction ceases to exist, the state of the voltage-dependent threshold-level frequency decrease detector unit 2 changes state, which is detected by the control circuit 6 and thereby controls the stop input 33 of the delay element 3 . As a result of the control of the stop input 33, the delay element 3 is reset and the control signal 34 is not displayed. At output 34, the condition for generating a load limiter control signal is therefore a long-lasting (corresponding to the delay time) the characteristic illustrated in FIG. . Well-designed solution provides performance limitations in accordance with the requirements of the field practice requirements. & effect constraint can be made if the delay time of the delay element 3 is selected depending on the instantaneous voltage of the electric network 5. It is easy to see that when a significant voltage drop and associated frequency decrease are detected, the power limitation must be activated relatively quickly. However, in addition to the nominal voltage or voltage rise, the presence of a power defect in the area is unlikely and a power limitation is desirable if the frequency decrease occurs for a relatively long time. In this case, if the frequency reduction is caused by the power deficit of another area, then in that area, the protection automation must first limit the load and the power limitation in the area in question should only be started after waiting for it.

tt

A 3. ábrán a bemutatott két diagram a 3 késleltető elem két példakénti késleltetési idő-feszültség jelleggörbéjét szemlélteti. A 3 késleltető elem az 5 villamos hálózat pillanatnyi feszültségéről 31 feszültségjel bemenetén keresztül értesül.In Fig. 3, the two diagrams shown illustrate the characteristic curves of two exemplary delay time voltages of the delay element 3. The delay element 3 informs about the instantaneous voltage of the electric network 5 via the input of voltage signal 31.

Claims

Patent claims

1. A circuit arrangement for controlling an automatic load limitation of electrical power systems comprising an intermediate voltage converter connected to the electrical network via a voltage converter, connected to a frequency reduction switching unit, and a switching delay element via a switching input circuit through a control circuit, connected, characterized in that it comprises a voltage dependent threshold frequency loss detection switching unit (2) which has a voltage frequency characteristic with increasing threshold frequency at decreasing voltage.

An embodiment of a circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the voltage signal input (31) of the delay element (3) is connected to the output of the intermediate voltage converter (1), the delay element (3) having a voltage dependent delay time, the voltage has a decreasing delay time.