PL216710B1

PL216710B1 - Sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych

Info

Publication number: PL216710B1
Application number: PL389188A
Authority: PL
Inventors: Grzegorz Redlarski
Original assignee: Politechnika Gdanska
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2014-05-30
Also published as: PL389188A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych. Znajduje on zastosowanie podczas łączenia do pracy równoległej szeregu obiektów elektroenergetycznych, pracujących zarówno w systemie elektroenergetycznym, jak i na jednostkach pływających, a w szczególności zespołów wytwórczych wyposażonych w prądnice synchroniczne, zwłaszcza w sytuacjach ruchowych wymagających pośpiechu.

Warunkiem bezudarowego łączenia do pracy równoległej dwóch asynchronicznie pracujących obiektów elektroenergetycznych jest trwała równość ich napięć chwilowych w odpowiadających sobie fazach. W praktyce stosuje się synchronizację wymuszoną, która odbywa się w warunkach określonych odstępstw od idealnych warunków synchronizacji: napięciowego, częstotliwościowego i fazowego. Każdy z tych warunków charakteryzuje się określonymi parametrami, które z reguły są nastawialne w układzie automatycznej synchronizacji prądnic.

W klasycznych rozwiązaniach realizacja warunku napięciowego nie nastręcza problemów, z uwagi na krótki czas trwania tego etapu synchronizacji i stosunkowo łagodne wymagania co do dokładności jego realizacji. Natomiast powszechnie stosowane sposoby realizacji warunku częstotliwościowego i/lub fazowego wymagają długotrwałego procesu sterowania, realizowanego zwykle poprzez serię impulsów sterujących, a następnie odczekania pewnego dodatkowego czasu, warunkującego zanik stanów przejściowych.

Znane z patentu polskiego nr 65365 oraz patentu dodatkowego nr 67496 sposoby synchronizacji opierają się na założeniu stałej wartości czasu wyprzedzenia, przed wysłaniem sygnału załączającego wyłącznik główny. W rozwiązaniach tych nie uwzględnia się wartości przyspieszenia kątowego synchronizowanego obiektu oraz jego wpływu na dopuszczalną różnicę częstotliwości w chwili łączenia. Nie przewiduje się także możliwości łączenia pracujących asynchronicznie obiektów przed zanikiem stanów przejściowych będących następstwem procesu sterowania przez synchronizator. Znany z patentu PL 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 i w tym przypadku nie uwzględnia się wartości przyspieszenia kątowego synchronizowanego obiektu, nie steruje się pojedynczym impulsem formowanym na podstawie charakterystyki nastawnika prędkości kątowej i nie synchronizuje się obiektów w stanie dynamicznym, przed zanikiem stanów nieustalonych. Rozwiązanie znane z patentu PL 155817 dotyczy układu blokady napięcia oraz regulacji różnicy napięć przy automatycznej synchronizacji prądnic z systemem elektroenergetycznym. Rozwiązanie znane z polskiego opisu patentowego nr 180430 dotyczy sposobu realizacji warunku fazowego w automatycznym synchronizatorze obiektów elektroenergetycznych, a rozwiązanie ujawnione w opisie patentowym nr 205019 dotyczy sposobu adaptacyjnej synchronizacji obiektów elektroenergetycznych ze względu na różnicę częstotliwości. W tym rozwiązaniu zakłada się możliwość wysterowania synchronizowanego zespołu wytwórczego przy pomocy pojedynczego impulsu, jednak w bardzo ograniczonym zakresie. Podstawą jego wyznaczania jest stała czasowa reprezentująca bezwładność mas przepływającej wody w systemie rurociągów, w elektrowni wodnej, która jest identyfikowana na podstawie prostego modelu matematycznego hydrozespołu pracującego przy dużym spadzie i długich rurociągach. Jednakże i w tym przypadku nie uwzględnia się wartości przyspieszenia kątowego synchronizowanego obiektu i nie zakłada możliwości synchronizacji w stanie dynamicznym, przed zanikiem stanów nieustalonych będących następstwem procesu sterowania przez synchronizator.

Sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych polegający na wyrównywaniu prędkości kątowej obiektów elektroenergetycznych według wynalazku charakteryzuje się tym, że w stanie dynamicznym, poprzedzającym zanik stanów przejściowych, dokonuje się pomiaru napięć synchronizowanych obiektów i ich częstotliwości, po czym za pomocą synchronizatora automatycznego wyznacza się początkową różnicę częstotliwości, dokonuje pomiaru przyspieszenia kątowego synchronizowanego zespołu wytwórczego i na podstawie charakterystyki nastawnika prędkości kątowej synchronizowanego zespołu wytwórczego formuje się i wysyła do synchronizowanego zespołu wytwórczego pojedynczy impuls sterujący o czasie trwania TS, a następnie dokonuje się ekstrapolacji najwcześniejszej chwili czasowej umożliwiającej łączenie, sprawdza się warunki synchronizacji i w chwili ich spełnienia wysyła się sygnał załączający wyłącznik główny.

PL 216 710 B1

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest taki sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych, który poprzez sterowanie prędkością kątową w stanie dynamicznym poprzedzającym zanik stanów przejściowych pozwala na znaczne przyspieszenie oddalonego w czasie procesu łączenia.

Przykład realizacji wynalazku pokazany jest na rysunku przedstawiającym schemat blokowy układu, w którym realizuje się sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych.

Sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych, którymi w przykładzie są synchronizowany zespół wytwórczy ZS i system elektroenergetyczny SE, polega na sterowaniu prędkością kątową w stanie dynamicznym, który poprzedza zanik stanów przejściowych w tym celu, po dokonaniu pomiarów napięć ug, us łączonych obiektów, za pomocą synchronizatora automatycznego SA określa się czas trwania TS impulsu sterującego IS częstotliwością, a tym samym prędkością kątową. Wartość tego czasu określa się na podstawie charakterystyki nastawnika prędkości kątowej synchronizowanego zespołu wytwórczego ZS, która może być liniowa lub nieliniowa. Wielkość zmiany prędkości kątowej synchronizowanego zespołu wytwórczego ZS, a zatem i czas trwania TS impulsu sterującego IS uzależniany jest od początkowej różnicy częstotliwości Af_p łączonych obiektów, dopuszczalnej różnicy częstotliwości Af, która stanowi skorygowaną wartość parametru Δf będącego nastawą synchronizatorów automatycznych działających w sposób klasyczny, która określa dopuszczalną wartość różnicy częstotliwości w chwili łączenia. Skorygowana wartość częstotliwości Af' uwzględnia wpływ przyspieszenia kątowego ε synchronizowanego obiektu na wartość parametru Af i jest wyznaczana na podstawie zależności

lub

Δ/' = 7Δ/² - ε po wyrażeniu parametru ε w Hz/s. Bieżąca wartość przyspieszenia kątowego ε może być wyznaczana przez pomiar częstotliwości, jako jej przyrost Afm w czasie pomiaru At, zatem ^£~ At

Znając wartość parametru Af' w celu określenia czasu trwania TS impulsu sterującego IS zakłada się dodatkowo pewne jego zwiększenie (wynikające z charakterystyki), o wartość jednak nie większą niż taka, która powoduje zmianę częstotliwości o Af'/k, gdzie k nosi nazwę współczynnika przesterowania i może być określane w przedziale od 1 do +«, w zależności od potrzeb. Działanie to ma na celu zapobiegnięcie obszarowi tzw. pracy quasi synchronicznej niesynfazowej, kiedy obydwa obiekty poruszają się z bliskimi sobie lub takimi samymi prędkościami kątowymi. Zmianę częstotliwości napięcia fgzi, dla której na podstawie charakterystyki nastawnika prędkości kątowej należy określić czas trwania TS impulsu sterującego IS prędkością kątową, wyznacza się z zależności przy czym jeśli przez fg oznaczyć częstotliwość napięcia synchronizowanego obiektu, tj. synchronizowanego zespołu wytwórczego ZS, a przez fs częstotliwość napięcia zastępczej prądnicy synchronicznej utworzonej np. przez system elektroenergetyczny SE, to znak plus w powyższym wzorze powinien być przyjmowany, gdy fg < fs, a znak minus, gdy fg > fs, aby zapewnić bezpośrednio po połączeniu oddawanie mocy do systemu elektroenergetycznego SE.

W przypadku, gdy charakterystyka nastawnika prędkości kątowej jest liniowa, to czas impulsu sterującego IS określa się z zależności

T = ^łs

Ts(max) Tgfjnin') fgz(max~) ~ fgz(min) + Γ<

gdzie:

fgz(max) - maksymalna wartość częstotliwości wynikająca z charakterystyki nastawnika prędkości kątowej,

PL 216 710 B1 fgz(min) - minimalna wartość częstotliwości wynikająca z charakterystyki nastawnika prędkości kątowej,

TS(max) - czas trwania impulsu sterującego wynikający z charakterystyki nastawnika prędkości kątowej i odpowiadający maksymalnej zmianie częstotliwości napięcia fgz(max),

TS(min) - czas trwania impulsu sterującego wynikający z charakterystyki nastawnika prędkości kątowej i odpowiadający minimalnej zmianie częstotliwości napięcia fgz(min).

W przypadku, gdy charakterystyka nastawnika prędkości kątowej jest nieliniowa, czas trwania TS impulsu sterującego IS dla określonej wcześniej wartości częstotliwości fgzi określa się z zależności rr, _ _τ , [^(i+i) Ts(i-i)][/,gzi fgz(i-Ą ¹ <j - 1 _s ( i - 1 ) + gdzie:

TS(i+1) - stablicowana wartość czasu trwania impulsu sterującego prędkością kątową synchronizowanego obiektu f_gz(_i+1), która pozwala na zmianę jego częstotliwości o wartość większą od Af_p,

TS(i-1) - stablicowana wartość czasu trwania impulsu sterującego prędkością kątową synchronizowanego obiektu f_gz(i.₁), która pozwala na zmianę jego częstotliwości o wartość mniejszą od Af_p.

W kolejnym kroku realizowany jest proces ekstrapolacji chwili zgodności fazowej oraz przed wysłaniem sygnału załączającego SZ wyłącznik główny WG, sprawdzane są warunki synchronizacji. Do celów ekstrapolacji może być zastosowana jedna z wielu znanych metod, np. znanych z polskich patentów o numerach: 102418, 128115, 128159, 129679, 137606, 158718, 158719. Podczas sprawdzania warunków synchronizacji konieczne jest sprawdzenie, czy skumulowany wpływ parametru Af, wynikający z aktualnie zmierzonej wartości przyspieszenia kątowego e_m i częstotliwości Af_m synchronizowanego zespołu wytwórczego ZS nie spowoduje przekroczenia dopuszczalnej różnicy częstotliwości Af. Czynnik ten wymaga więc, przed wysłaniem sygnału załączającego S_Z wyłącznik główny, spełnienia zależności

Δ/⁷ < 4 ^fm +

Sposób według wynalazku realizowany jest w układzie pokazanym na rysunku, zawierającym synchronizowany zespół wytwórczy ZS połączony poprzez wyłącznik główny WG z systemem elektroenergetycznym SE, przy czym bloki te połączone są także z synchronizatorem automatycznym SA. Przed rozpoczęciem procesu synchronizacji synchronizator automatyczny SA dokonuje sprawdzenia stanu (zamknięty/otwarty) wyłącznika głównego WG za pomocą wysyłanego do niego sygnału kontrolnego CTR. Następnie synchronizator automatyczny dokonuje pomiaru napięć ug, us reprezentujących odpowiednio synchronizowany zespół wytwórczy ZS i system elektroenergetyczny SE. Następnie z wyjścia sterującego prędkością kątową synchronizatora automatycznego SA wysyłany jest pojedynczy impuls sterujący IS o czasie trwania TS. Kolejne kroki szybkiej synchronizacji realizowane przez synchronizator automatyczny SA obejmują: proces ekstrapolacji chwili zgodności fazowej, wyznaczenie aktualnej wartości przyspieszenia kątowego e_m na podstawie którego wyznaczana jest następnie wartość Af oraz sprawdzenie warunków synchronizacji przed wysłaniem sygnału załączającego S_Z do wyłącznika głównego WG i ewentualne wysłanie tego sygnału załączającego SZ wyłącznik główny WG. Ponadto, jeśli przewidywany czas do chwili zgodności fazowej napięć synchronizowanych obiektów elektroenergetycznych jest na tyle długi, że pozwala na realizację kolejnego kroku ekstrapolacji oraz zapewnia pewien dodatkowy zapas czasu niezbędny do realizacji obliczeń, wówczas następuje ponowna realizacja ekstrapolacji chwili zgodności fazowej, wyznaczenie wartości Af i sprawdzenie warunków synchronizacji przed wysłaniem sygnału załączającego wyłącznik główny.

Claims

Sposób synchronizacji obiektów elektroenergetycznych polegający na wyrównywaniu prędkości kątowej obiektów elektroenergetycznych, znamienny tym, że w stanie dynamicznym, poprzedzającym zanik stanów przejściowych, dokonuje się pomiaru napięć synchronizowanych obiektów (ug, us) i ich częstotliwości (fg, fs), po czym za pomocą synchronizatora automatycznego (SA) wyznacza się początkową różnicę częstotliwości Af_p, dokonuje pomiaru przyspieszenia kątowego ε synchronizowanego zespołu wytwórczego (ZW) i na podstawie charakterystyki fgz(Tster) nastawnika prędkości kątowej synchronizowanego zespołu wytwórczego (ZW) formuje się i wysyła do synchronizowanego zespołu

PL 216 710 B1 wytwórczego (ZW) pojedynczy impuls sterujący (IS) o czasie trwania TS, a następnie dokonuje się ekstrapolacji najwcześniejszej chwili czasowej umożliwiającej łączenie, sprawdza się warunki synchronizacji i w chwili ich spełnienia wysyła się sygnał załączający (SZ) wyłącznik główny (WG).