PL205019B1 - Sposób adaptacyjnej synchronizacji obiektów elektroenergetycznych ze względu na różnicę częstotliwości - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób adaptacyjnej synchronizacji obiektów elektroenergetycznych ze względu na różnicę częstotliwości synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych. Znajduje on zastosowanie podczas łączenia do pracy równoległej obiektów elektroenergetycznych, w szczególności prądnic synchronicznych lub wydzielonych części systemu elektroenergetycznego, zwłaszcza w stanach nieustalonych spowodowanych zakł óceniami w pracy tego systemu.

Ogólnym, idealnym warunkiem równoległego, bezudarowego połączenia dwóch lub więcej obiektów elektroenergetycznych do pracy równoległej jest trwała równość ich napięć chwilowych w odpowiadających sobie fazach. W praktyce z reguły stosuje się synchronizację wymuszoną która odbywa się przy określonych odstępstwach od idealnych warunków synchronizacji: częstotliwościowego, fazowego i amplitudowego. Każdy z tych warunków charakteryzuje się określonymi parametrami, które zwykle są nastawialne w układzie automatycznej synchronizacji.

Realizacja warunku częstotliwościowego wymaga wprowadzenia ograniczeń na różnicę częstotliwości Δ( przy czym zazwyczaj

Δί_π < I Δί I < ΔίΜ gdzie: Δί_η i Δί_Μ oznaczają odpowiednio dopuszczalną, minimalną i maksymalną wartość różnicy częstotliwości podczas łączenia.

Ograniczenie na bezwzględną wartość różnicy częstotliwości z góry wynika z konieczności zapewnienia stabilności systemu elektroenergetycznego podczas łączenia dwóch asynchronicznych obiektów elektroenergetycznych. Jest oczywiste, że to wymuszanie synchronizmu może zachodzić w pewnym przedziale różnicy częstotliwości, w którym jest możliwe przechwycenie jednego obiektu elektroenergetycznego przez drugi bez nadmiernych udarów prądowych i mechanicznych.

Także zbyt mała wartość różnicy częstotliwości nie jest korzystna ze względu na nadmiernie długi czas oczekiwania na zgodność fazową napięć synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych. Należy mieć tu na uwadze fakt, że zazwyczaj w tym przypadku przebieg kąta niezgodności fazowej napięć obydwu obiektów elektroenergetycznych nie jest procesem zdeterminowanym, co w prostych układach predykcji chwili zgodności fazowej może być powodem znacznych wartości błędu kąta załączania.

Decydując się na określone odstępstwa od warunków idealnej synchronizacji, należy mieć na uwadze rozmiar zakłóceń, jakie może to spowodować w systemie elektroenergetycznym. Omawiane zagadnienie jest szczególnie trudne do realizacji w stanach zakłóceniowych systemu elektroenergetycznego. Dotychczasowe automatyczne synchronizatory mają zazwyczaj na stałe wprowadzane nastawy parametrów synchronizacji, podyktowane dopuszczalnymi tolerancjami w niespełnieniu warunków synchronizacji, określonymi z nadmierną ostrożnością, bo obejmującymi wszystkie możliwe dające się przewidzieć przypadki zakłóceń. W stanach zakłóceniowych często powoduje to niemożność wprowadzenia do ruchu kolejnego bloku elektroenergetycznego, czyli uzyskania - zwykle niezbędnej w takich przypadkach - mocy w systemie. Bywa to powodem licznych i rozległych awarii, łącznie z brakiem energii elektrycznej na znacznych obszarach, co już zaszło wielokrotnie.

Znany jest z patentu nr 65365 oraz dodatkowego nr 67496 sposób synchronizacji prądnic synchronicznych, w którym do realizacji stałego czasu wyprzedzenia wykorzystuje się obwiednię napięcia dudnień oraz rewersyjny miernik czasu. Sposób ten polega na pomiarze czasu przejścia obwiedni napięcia dudnień pomiędzy dwoma poziomami napięciowymi: górnym i dolnym, które na opadającym zboczu obwiedni napięcia dudnień na stałe dobiera się tak, że czas przejścia obwiedni napięcia dudnień od poziomu górnego do poziomu dolnego był równy przewidywanemu czasowi przejścia obwiedni napięcia dudnień od poziomu dolnego do wartości minimalnej (zerowej). Do pomiaru czasu wykorzystuje się rewersyjny miernik czasu, który uruchamia się do przodu w chwili przejścia obwiedni napięcia dudnień przez poziom górny, natomiast przejście obwiedni napięcia dudnień przez poziom dolny powoduje zmianę kierunku liczenia. Stan bieżący rewersyjnego miernika czasu porównuje się z wartością zadaną odpowiadającą czasowi wyprzedzenia, równemu czasowi załączania wyłącznika mocy. W chwili osiągnięcia stanu zadanego po zmianie kierunku liczenia, generuje się sygnał załączający wyłącznik mocy.

Znany jest z patentu nr 90187 sposób automatycznej synchronizacji prądnic synchronicznych, w którym do automatycznego synchronizatora dodatkowo wprowadza się sygnał stopnia obciążenia sieci i na podstawie jego wartości samoczynnie zmienia się graniczną wartość poślizgu czyli wartość różnicy częstotliwości podczas włączania prądnic synchronicznych do pracy równoległej w takim kiePL 205 019 B1 runku, aby większym wartościom sygnału stopnia obciążenia sieci odpowiadały mniejsze graniczne wartości poślizgu.

Niedogodnością znanego z patentu nr 65365 oraz dodatkowego nr 67496 sposobu synchronizacji obiektów elektroenergetycznych jest brak możliwości zmiennego ustawiania przedziału wartości istotnych parametrów synchronizacji, stosownie do warunków panujących w systemie elektroenergetycznym, co zawęża zakres jego stosowania jedynie do warunków normalnych i czyni go całkowicie nieprzydatnym dla pracy zakłóceniowej.

Niedogodnością znanego z patentu nr 90187 sposób automatycznej synchronizacji prądnic synchronicznych jest możliwość samoczynnego nastawiania wartości jedynie jednego parametru synchronnizacji w postaci dopuszczalnej wartości różnicy częstotliwości podczas łączenia obiektów elektroenergetycznych do pracy równoległej, co nie w całości odtwarza warunki panujące w systemie elektroenergetycznym, zwłaszcza podczas pracy zakłóceniowej.

Sposób adaptacyjnej synchronizacji obiektów elektroenergetycznych ze względu na różnicę częstotliwości polegający na wykorzystywaniu napięć przemiennych synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych charakteryzuje się według wynalazku tym, że proces synchronizacji prowadzi się etapowo. W pierwszym etapie na nowym obiekcie elektroenergetycznym wysyła się testowy impuls sterujący prędkością kątową, po czym wykonuje się pomiar początkowej wartości częstotliwości, którą zapamiętuje się w bloku rejestrującym. Następnie za pomocą bloku generacji impulsu sterującego ustala się czas trwania oraz kierunek wymuszenia i oczekuje się ustalenia odpowiedzi przy pomocy bloku detekcji stanu ustalonego. W następnej kolejności w bloku pomiarowym mierzy się wartość częstotliwości końcowej, a w bloku arytmetyczno-rejestrującym oblicza się wartość współczynnika wzmocnienia nastawnika prędkości kątowej według zależności k -f p ^TRPK |f

RPK gdzie:

kRPK - wartość współczynnika wzmocnienia nastawnika prędkości kątowej, fk - końcowa wartość częstotliwości, fp - początkowa wartość częstotliwości,

TRPK - czas trwania testowego impulsu sterującego prędkością kątową, po czym zapamiętuje się tę wartość w tym bloku arytmetyczno-rejestrującym. W drugim etapie podaje się sygnał konfigurujący i doprowadza się wartości napięć synchronizowanych obiektów energetycznych do bloku generacji impulsów, w którym na podstawie wartości częstotliwości synchronizowanych obiektów oraz wartości współczynnika wzmocnienia nastawnika prędkości kątowej zapamiętanego w bloku arytmetyczno-rejestrującym, oblicza się czas trwania impulsu eksploatacyjnego sterującego częstotliwością według zależności

Ifl -f 2

RPKe

RPK gdzie:

kRPK - wartość współczynnika wzmocnienia nastawnika prędkości kątowej, f1 - wartość częstotliwości nowego obiektu elektroenergetycznego, f2 - wartość częstotliwości drugiego obiektu elektroenergetycznego,

TRPKe - czas trwania impulsu eksploatacyjnego sterującego częstotliwością, oraz wyznacza się kierunek wymuszenia według zależności f 1 > f2 pk_dół f 1 < f 2 pk_góra

W przypadku, jeśli prowadzi się synchronizację hydrozespołów dodatkowo wysyła się testowy sygnał sterujący i identyfikuje się wartości stałej czasowej reprezentującej bezwładność masy przepływającej wody dla hydrozespołów, w ten sposób, że z początkowej fazy odpowiedzi nowego synchronizowanego obiektu na wysłany testowy impuls sterujący prędkością kątową wyznacza się wartość minimalną częstotliwości oraz przelicza się model matematyczny układu regulacji prędkości kątowej i dopasowuje się odpowiedzi z ukł adu modelu matematycznego do odpowiedzi synchronizowanego obiektu elektroenergetycznego. W ostatnim etapie przy pomocy bloku arytmetycznego kontroluje się spełnienie warunku częstotliwościowego.

PL 205 019 B1

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na wysyłanie w procesie synchronizacji podczas eksploatacji tylko jednego impulsu sterującego prędkością kątową o odpowiednim czasie trwania, co w efekcie skraca czas trwania procesu synchronizacji.

Wynalazek jest bliżej określony na przykładzie zilustrowanym rysunkiem, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie sposób identyfikacji parametrów synchronizacji podczas sterowania prędkością kątową synchronizowanego obiektu elektroenergetycznego, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy układu, w którym jest realizowany sposób według wynalazku.

Automatyczną synchronizację obiektów elektroenergetycznych S1 i S2 realizuje się na podstawie informacji niesionych przez napięcia przemienne u_i oraz u₂ synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych S1 i S2. W układzie przedstawionym na fig. 2 wykorzystuje się typowe układy i moduły elektroniczne. Do wejść WE1 oraz WE2 układu doprowadza się napięcia przemienne odpowiednio ui oraz u₂ synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych S1 i S2, przy czym sterowaniu podlega obiekt elektroenergetyczny S1 odpowiadający napięciu ug. Do wejścia WE3 doprowadza się sygnał konfigurujący ideat, dla trybu identyfikacji wartości współczynnika wzmocnienia k_RPK nastawnika prędkości kątowej lub sygnał konfigurujący steruj, dla trybu sterowania częstotliwością napięć synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych S1 i S2.

Do wejścia WE4 doprowadza się sygnał konfigurujący hydro, dla synchronizacji hydrozespołu lub sygnał konfigurujący inny, dla synchronizacji obiektów innych niż hydrozespoły. Dwa bloki pomiarowe pierwszy 1 oraz drugi 2 dokonują pomiaru częstotliwości fi oraz f2 odpowiednio napięć ui oraz u₂ synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych S1 i S2. Bloki przełączające pierwszy 3 oraz drugi 4 sterowane sygnałami ident lub steruj przełączają sygnał wejściowy na jedno z dwóch wyjść w zależności od sygnału konfigurującego. Podczas pierwszej próby synchronizacji na nowym obiekcie elektroenergetycznym S1 do wejścia trzeciego WE3 jest podawany sygnał konfigurujący ident i jest realizowana identyfikacja wartości współczynnika wzmocnienia k_RPK nastawnika prędkości kątowej. W pierwszym bloku rejestrującym 5 następuje zapamiętanie wartości częstotliwości początkowej f_p. Generacja testowego impulsu sterującego prędkością kątową, obejmująca dobór czasu jego trwania Trpk oraz kierunek wymuszenia pk góra lub pk dół. jest realizowana w bloku generacji testowego impulsu sterującego 6. Oczekiwanie na ustalenie się odpowiedzi na wysłany testowy impuls sterujący jest realizowane w bloku detekcji stanu ustalonego 7. Po ustaleniu się odpowiedzi, w trzecim bloku pomiarowym 8, następuje pomiar częstotliwości końcowej fk. Obliczenie wartości współczynnika wzmocnienia kRPK nastawnika prędkości kątowej oraz zapamiętanie jego wartości jest realizowane w bloku arytmetyczno-rejestrującym 9 według zależności k ^-f p ^TRPK

Sterowanie częstotliwością napięć synchronizowanych obiektów odbywa się, gdy do wejścia trzeciego WE3 podaje się sygnał konfigurujący steruj. Wówczas bloki przełączające pierwszy 3 oraz drugi 4 doprowadzają wartości napięć synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych odpowiednio ui oraz u2 do wejścia bloku generacji impulsów sterujących 10. W bloku tym, na podstawie wartości częstotliwości fi oraz f2 oraz wartości współczynnika wzmocnienia k_RPK nastawnika prędkości kątowej zapamiętanego w bloku arytmetyczno-rejestrującym 9, jest obliczany czas trwania impulsu eksploatacyjnego sterującego częstotliwością T_RPKe oraz jest wyznaczany kierunek wymuszenia pk dół lub pk góra według zależności _T = f -f 2I 'RPKe = K ^KRPK fi > f2 pk_dół fi > f2 pk_góra

W przypadłej synchronizacji hydrozespołów WE4=hydro w trzecim bloku przełączającym ii następuje przełączenie sygnału na wejście drugiego bloku rejestrującego i2. W celu identyfikacji wartości stałej czasowej T_w reprezentującej bezwładność masy przepływającej wody dla hydrozespołów, w drugim bloku rejestrującym i2 następuje rejestracja początkowej fazy odpowiedzi w postaci macierzy Z. W pierwszym bloku arytmetycznym i3 jest wyznaczana wartość częstotliwości f_m, która jest minimalną próbką macierzy Z - dla impulsów sterujących zwiększających prędkość kątową lub maksymalną - dla impulsów sterujących zmniejszających prędkość kątową. Równolegle w drugim bloku arytmel^f

RPK

PL 205 019 B1 tycznym 14 jest przeliczany przyjęty model matematyczny układu regulacji prędkości kątowej synchronizowanego obiektu elektroenergetycznego S1. Model ten przelicza się wielokrotnie dla różnych wartości stałej czasowej T_w reprezentującej bezwładność masy przepływającej wody dla hydrozespołów i za każdym razem wyznacza się wartość fm. W ten sposób otrzymuje się wiele par wartości T_w oraz f_m, dla których przeprowadza się aproksymację funkcją liniową, stosując metodę najmniejszych kwadratów. Otrzymuje się wartości współczynników a, b równania liniowego

Twp = afm + b z którego w trzecim bloku arytmetycznym 14 wyznacza się przybliżoną wartość Twe stałej czasowej T_w reprezentującej bezwładność masy przepływającej wody. W celu zwiększenia dokładności wyznaczania wartości stałej czasowej T_w wykonuje się dalsze obliczenia. W czwartym bloku arytmetycznym 16 oblicza się wartości pomocnicze T_wi, T_w2. T_w3 dla małego promienia otoczenia h stałej czasowej T_w z zależności ^Tw1 = ^Twp ^{(1 - 0,5 h) T}w2 ^{= T}wp

Tw3 = Twp (1 + 0,5 h)

Następnie, w piątym bloku arytmetycznym 17, przelicza się model matematyczny układu regulacji prędkości kątowej dla wartości Tw., T_w2, T_w3 stałej czasowej T_w i zapamiętuje dla każdego przypadku odpowiedzi w postaci macierzy odpowiednio Fi, F2, F3. Dla próbek zawartych w tych macierzach, w szóstym bloku arytmetycznym 18, oblicza się błąd dopasowania odpowiedzi uzyskanej z modelu do odpowiedzi z synchronizowanego obiektu elektroenergetycznego. Jako kryterium dopasowania przyjmuje się wartość błędu średniokwadratowego, oznaczonego jako δ1, δ2, δ3· W siódmym bloku arytmetycznym 19, wybiera się tę wartość T_w,_: stałej czasowej T_w, dla której błąd dopasowania jest minimalny.

Wyznaczona dokładna wartość Tw stałej czasowej T_w jest wykorzystywana do wyznaczenia chwili, w której zostanie spełniony warunek częstotliwościowy. W tym celu, w ósmym bloku arytmetycznym 20, dla wartości T_wd stałej czasowej T_w przelicza się model matematyczny układu regulacji prędkości kątowej synchronizowanego obiektu elektroenergetycznego, co prowadzi do macierzy próbek F. Stanowi to podstawę do wyznaczenia, w dziewiątym bloku arytmetycznym 21, chwili czasu, w której różnica częstotliwości jest mniejsza od przyjętej dopuszczalnej wartości. W dziesiątym bloku arytmetycznym 22 następuje dodatkowo kontrola, czy różnica częstotliwości jest mniejsza od dopuszczalnej wartości, co stanowi kontrolę spełnienia warunku częstotliwościowego war, częst. spełn..

W przypadku synchronizacji obiektów elektroenergetycznych innych niż hydrozespoły WE4=inny. w trzecim bloku przełączającym 11 i następuje przełączenie sygnału na wejście dziesiątego bloku arytmetycznego 22, gdzie następuje kontrola, czy różnica częstotliwości jest mniejsza od dopuszczalnej wartości, co stanowi kontrolę spełnienia warunku częstotliwościowego war, czest. spełn..

Claims (1)

1. Sposób adaptacyjnej synchronizacji obiektów elektroenergetycznych ze względu na różnicę częstotliwości polegający na wykorzystywaniu napięć przemiennych synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych, znamienny tym, że proces synchronizacji prowadzi się etapowo, przy czym w pierwszym etapie na nowym obiekcie elektroenergetycznym (S1) wysyła się testowy impuls sterujący prędkością kątową (ident), po czym wykonuje się pomiar początkowej wartości częstotliwości (fp), którą zapamiętuje się w bloku rejestrującym (5), a następnie za pomocą bloku generacji impulsu sterującego (6) ustala się czas trwania (T_RPK) oraz kierunek wymuszenia (pk góra lub pk dół) i oczekuje się ustalenia odpowiedzi przy pomocy bloku detekcji stanu ustalonego (7), po czym w bloku pomiarowym (8) mierzy się wartość częstotliwości końcowej f), a w bloku arytmetyczno-rejestrującym (9) oblicza się wartość współczynnika wzmocnienia (k_RPK) nastawnika prędkości kątowej według zależności

   PL 205 019 B1

   RPK \f k ^-f _P|

   RPK gdzie:

   kRPK - wartość współczynnika wzmocnienia nastawnika prędkości kątowej, fk - końcowa wartość częstotliwości, fp - początkowa wartość częstotliwości,

   TRPK - czas trwania testowego impulsu sterującego prędkością kątową, po czym zapamiętuje się tę wartość w tym bloku arytmetyczno-rejestrującym (9), zaś w drugim etapie podaje się sygnał konfigurujący (steruj) i doprowadza się wartości napięć synchronizowanych obiektów energetycznych (S1, S2) odpowiednio (u1, u₂) do bloku generacji impulsów (10), w którym na podstawie wartości częstotliwości (f1) oraz f) oraz wartości współczynnika wzmocnienia (k_RPK) nastawnika prędkości kątowej zapamiętanego w bloku arytmetyczno-rejestrującym (9), oblicza się czas trwania impulsu eksploatacyjnego sterującego częstotliwością (T_RPKe) według zależności _T =|f1 -f 2I ' RPKe = K ^KRPK gdzie:

   kRPK - wartość współczynnika wzmocnienia nastawnika prędkości kątowej, f1 - wartość częstotliwości nowego obiektu elektroenergetycznego, f2 - wartość częstotliwości drugiego obiektu elektroenergetycznego,

   TRPKe - czas trwania impulsu eksploatacyjnego sterującego częstotliwością, oraz wyznacza się kierunek wymuszenia (pk dół lub pk góra) według zależności f1 > f2 pk_dół f 1 > f2 pk_góra a w przypadku, jeśli prowadzi się synchronizację hydrozespołów dodatkowo wysyła się testowy sygnał sterujący (hydro) i identyfikuje się wartości stałej czasowej reprezentującej bezwładność masy przepływającej wody dla hydrozespołów, w ten sposób, że z początkowej fazy odpowiedzi nowego synchronizowanego obiektu (S1) na wysłany testowy impuls sterujący prędkością kątową wyznacza się wartość minimalną częstotliwości (f_m) oraz przelicza się model matematyczny układu regulacji prędkości kątowej i dopasowuje się odpowiedzi z układu modelu matematycznego (12 - 21) do odpowiedzi synchronizowanego obiektu elektroenergetycznego (S1), zaś w ostatnim etapie przy pomocy bloku arytmetycznego (22) kontroluje się spełnienie warunku częstotliwościowego (war. częst. spełn).