PL216705B1

PL216705B1 - Sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych w stanach przeciążeniowych (54) systemu elektroenergetycznego mocą czynną

Info

Publication number: PL216705B1
Application number: PL389643A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Redlarski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2009-11-23
Filing date: 2009-11-23
Publication date: 2014-05-30
Also published as: PL389643A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych w stanach przeciążeniowych systemu elektroenergetycznego mocą czynną. Znajduje on zastosowanie podczas łączenia do pracy równoległej wielu obiektów elektroenergetycznych, zarówno w systemie elektroenergetycznym, jak i na jednostkach pływających.

W znanych rozwiązaniach w zakresie synchronizacji obiektów elektroenergetycznych w stanach przeciążeniowych systemu elektroenergetycznego mocą czynną nie ma możliwości szybkiej realizacji procesu synchronizacji, z uwagi na impulsowy lub nie uwzględniający wartości przyspieszeń kątowych łączonych obiektów sposób sterowania prędkością kątową. Sposoby synchronizacji prądnic znane z patentu PL65365 oraz patentu dodatkowego PL67469 opierają się na założeniu stałej wartości czasu wyprzedzenia przed wysłaniem sygnału załączającego wyłącznik główny. Do pomiaru czasu wykorzystuje się rewersyjny miernik czasu, a do określenia kierunku liczenia wykorzystuje się obwiednię napięcia dudnień. Nie uwzględnia się natomiast wartości przyspieszeń kątowych synchronizowanych obiektów i nie przewiduje możliwości ich łączenia w stanie dynamicznym, przed zanikiem stanów nieustalonych będących następstwem procesu sterowania przez synchronizator. Znany z polskiego patentu nr 90187 sposób automatycznej synchronizacji prądnic synchronicznych uwzględnia stopień obciążenia systemu elektroenergetycznego, na podstawie którego następuje zmiana wartości częstotliwości podczas włączania prądnic do pracy równoległej, jednakże nie uwzględnia się w nim wartości przyspieszeń kątowych synchronizowanych obiektów i nie zakłada możliwości synchronizacji w stanie dynamicznym. Rozwiązanie znane z polskiego opisu patentowego nr 180430 dotyczy realizacji warunku fazowego w automatycznym synchronizatorze obiektów elektroenergetycznych, a rozwiązania znane z polskiego patentu nr 131248 dotyczą sposobu określania znaku różnicy częstotliwości przy synchronizacji obiektów elektroenergetycznych, nie uwzględniają przyspieszeń kątowych synchronizowanych obiektów i ich wpływu na możliwość synchronizacji w stanie dynamicznym. Znany jest także z polskiego opisu patentowego nr 205019 sposób adaptacyjnej synchronizacji obiektów elektroenergetycznych ze względu na różnicę częstotliwości. Zakłada się w nim możliwość wysterowania synchronizowanego zespołu wytwórczego przy pomocy pojedynczego impulsu sterującego, jednakże w bardzo ograniczonym zakresie. Podstawą do jego wyznaczenia jest stała czasowa reprezentująca bezwładność mas przepływającej wody w systemie rurociągów w elektrowni wodnej. Jest ona identyfikowana na podstawie prostego modelu matematycznego hydrozespołu pracującego przy dużym spadzie i długich rurociągach. Jednakże i w tym przypadku nie uwzględnia się wartości przyspieszeń kątowych łączonych obiektów i ich wpływu na możliwość synchronizacji w stanie dynamicznym.

Sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych w stanach przeciążeniowych systemu elektroenergetycznego mocą czynną w którym wykorzystuje się pojedynczy impuls sterujący częstotliwością, według wynalazku charakteryzuje się tym, że w stanie dynamicznym związanym z wyrównywaniem prędkości kątowych łączonych obiektów dokonuje się pomiaru napięć systemu elektroenergetycznego i synchronizowanego zespołu wytwórczego, określa ich początkową różnicę częstotliwości i za pomocą automatycznego synchronizatora dokonuje się pomiaru ich przyspieszeń kątowych ε₁, ε₂i na tej podstawie wyznacza się maksymalny przedział czasu Tmax, w którym proces synchronizacji musi być zrealizowany jako _τ _ fs — fgr 1 max ~ ^ε1 gdzie f_s jest częstotliwością napięcia systemu elektroenergetycznego, ε₁ jego przyspieszeniem kątowym, fgr wartością częstotliwości granicznej, poniżej której proces łączenia nie może być realizowany.

Następnie na podstawie charakterystyki nastawnika prędkości kątowej synchronizowanego zespołu wytwórczego, uwzględniając parametr Δf równy dopuszczalnej różnicy częstotliwości w chwili łączenia, formuje się pojedynczy impuls sterujący częstotliwością o czasie trwania T's, po czym dokonuje się ekstrapolacji najwcześniejszej chwili czasowej umożliwiającej łączenie, sprawdza warunki łączenia uwzględniając bieżące wartości przyspieszeń kątowych ε1, ε2 i w chwili ich spełnienia wysyła się sygnał załączający wyłącznik główny.

Korzystnie jest, gdy czas trwania T's impulsu sterującego częstotliwością określa się w taki sposób, aby po wysłaniu z automatycznego synchronizatora pojedynczego impulsu sterującego zapewnić

PL 216 705 B1 zmianę częstotliwości synchronizowanego zespołu wytwórczego od wartości początkowej do oczekiwanej wartości w stanie ustalonym fg równej fg = fgr + Af

Korzystnie jest także, gdy sygnał załączający wyłącznik główny wysyła się w czasie poprzedzającym wartość Tmax co najmniej o sumę czasu własnego wyłącznika głównego TA i czasu sprawdzania warunków łączenia i podjęcia decyzji o synchronizacji Tobl.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na podjęcie próby realizacji procesu łączenia w stanie dynamicznym związanym ze zmianą różnicy częstotliwości napięć łączonych obiektów. Ma to na celu jak najszybsze skompensowanie deficytu mocy, zwłaszcza w sytuacjach ruchowych wymagających pośpiechu, np. z uwagi na przeciążenie systemu elektroenergetycznego mocą czynną. Jest to szczególnie istotne z punktu widzenia skutków przeciążenia prowadzących nawet do tzw. blackoutu systemu.

Przykład realizacji wynalazku zilustrowany jest rysunkiem przedstawiającym w formie wykresów sposób łączenia obiektów.

Maksymalny czas, przed upływem którego proces łączenia musi zostać zrealizowany, może być wyznaczony ze wzoru _T _ fs — fgr ! max ~ ^ε1 gdzie fs oznacza częstotliwość napięcia systemu elektroenergetycznego, fgr oznacza wartość częstotliwości granicznej, poniżej której proces łączenia nie może już być realizowany, a ε₁ jest wartością przyspieszenia kątowego systemu elektroenergetycznego wynikającą z przeciążenia mocą czynną. Sygnał załączający wyłącznik główny musi zostać wysłany w czasie T'max poprzedzającym wartość Tmax o sumę czasów: TA - czas własny wyłącznika głównego i Tobl - czas niezbędny na realizację obliczeń związanych ze sprawdzeniem warunków łączenia i podjęciem decyzji o synchronizacji. Po dokonaniu pomiaru napięć i różnicy częstotliwości łączonych obiektów, znając częstotliwość graniczną fgr i charakterystykę nastawnika prędkości kątowej, można stwierdzić, czy podejmowanie próby synchronizacji jest celowe. W sytuacji, gdy zmiana częstotliwości napięcia synchronizowanego zespołu wytwórczego od wartości początkowej do wartości granicznej fgr nastąpi przed upływem czasu T'max, przechodzi się do kolejnego kroku synchronizacji, mającego na celu określenie czasu trwania T's impulsu sterującego prędkością kątową synchronizowanego zespołu wytwórczego. Wartość tego czasu powinna być dobrana na podstawie charakterystyki nastawnika prędkości kątowej, określającej jak długi impuls należy wysłać z automatycznego synchronizatora, aby zmienić wartość częstotliwości synchronizowanego zespołu wytwórczego o określoną wartość. Długość tego impulsu należy dobrać tak, aby po wysłaniu z automatycznego synchronizatora pojedynczego impulsu sterującego zapewnić zmianę częstotliwości napięcia synchronizowanego zespołu wytwórczego od wartości początkowej do wartości częstotliwości tego zespołu w stanie ustalonym fg, którą określa się z zależności fg = fgr + Δf gdzie parametr Δf oznacza nastawę automatycznego synchronizatora, reprezentującą dopuszczalną różnicę częstotliwości w chwili łączenia synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych. Ustalenie częstotliwości f_g synchronizowanego zespołu wytwórczego w środku przedziału [f_gr, f_gr + 2Δί] zapewnia najdłuższy możliwy zapas czasu, jaki należy przewidzieć na realizację procesu ekstrapolacji chwili zgodności fazowej, sprawdzenie dopuszczalnych warunków synchronizacji i wysłanie sygnału załączającego wyłącznik główny. W ostatnim kroku, przed wysłaniem sygnału załączającego wyłącznik główny, dokonuje się sprawdzenia warunków synchronizacji. Ponieważ w przedstawionej metodzie zakłada się możliwość łączenia w stanie dynamicznym związanym z występowaniem stanów nieustalonych różnicy częstotliwości synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych, konieczne jest uwzględnienie wpływu przyspieszeń kątowych ε₁, ε₂ łączonych obiektów na parametr Δf określający dopuszczalną różnicę częstotliwości w chwili łączenia. Skorygowaną wartość parametru Af, czyli dopuszczalnej różnicy częstotliwości napięcia w chwili łączenia można wyznaczyć ze wzoru

Δ/'=

Δ/² ^£i + e₂2π lub

Δ/' = 7^Δ/² - (^ει + ^ε2~)

PL 216 705 B1 po wyrażeniu przyspieszenia ε w Hz/s.

Przyspieszenie ε, (dla i = 1,2) może być wyznaczone przez pomiar częstotliwości, jako jej przyrost Δί_Πί w czasie pomiaru Δ(, zatem ^fmi

Określając bieżącą, wynikającą z pomiarów, wartość różnicy częstotliwości napięć synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych przez Δί™ oraz sumę wartości ich przyspieszeń kątowych przez Δει, przed wysłaniem sygnału załączającego wyłącznik główny należy oczekiwać spełnienia warunku określonego zależnością

Claims

1. Sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych w stanach przeciążeniowych systemu elektroenergetycznego mocą czynną w którym wykorzystuje się pojedynczy impuls sterujący częstotliwością, znamienny tym, że w stanie dynamicznym związanym z wyrównywaniem prędkości kątowych łączonych obiektów dokonuje się pomiaru napięć systemu elektroenergetycznego i synchronizowanego zespołu wytwórczego, określa ich początkową różnicę częstotliwości i za pomocą automatycznego synchronizatora dokonuje się pomiaru ich przyspieszeń kątowych ε1, ε2 i na tej podstawie wyznacza się maksymalny przedział czasu Tmax, w którym proces synchronizacji musi być zrealizowany jako _τ _ fs — fgr i max ~ ^ε1 gdzie fs jest częstotliwością napięcia systemu elektroenergetycznego, ε1 jego przyspieszeniem kątowym, fgr wartością częstotliwości granicznej, poniżej której proces łączenia nie może być realizowany, na podstawie charakterystyki nastawnika prędkości kątowej synchronizowanego zespołu wytwórczego, uwzględniając parametr Δί równy dopuszczalnej różnicy częstotliwości w chwili łączenia, formuje się pojedynczy impuls sterujący częstotliwością o czasie trwania T's, a następnie dokonuje się ekstrapolacji najwcześniejszej chwili czasowej umożliwiającej łączenie, sprawdza warunki łączenia uwzględniając bieżące wartości przyspieszeń kątowych ε1, ε2 i w chwili ich spełnienia wysyła się sygnał załączający wyłącznik główny.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że czas trwania T's impulsu sterującego częstotliwością określa się w taki sposób, aby po wysłaniu z automatycznego synchronizatora pojedynczego impulsu sterującego zapewnić zmianę częstotliwości synchronizowanego zespołu wytwórczego od wartości początkowej do oczekiwanej wartości w stanie ustalonym fg równej fg = fgr+ Δf

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że sygnał załączający wyłącznik główny wysyła się w czasie poprzedzającym wartość Tmax co najmniej o sumę czasu własnego wyłącznika głównego TA i czasu sprawdzania warunków łączenia i podjęcia decyzji o synchronizacji Tobl.