RU2723543C1 - Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности - Google Patents
Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723543C1 RU2723543C1 RU2020105793A RU2020105793A RU2723543C1 RU 2723543 C1 RU2723543 C1 RU 2723543C1 RU 2020105793 A RU2020105793 A RU 2020105793A RU 2020105793 A RU2020105793 A RU 2020105793A RU 2723543 C1 RU2723543 C1 RU 2723543C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- spectral components
- output
- active power
- determining
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/24—Arrangements for preventing or reducing oscillations of power in networks
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение относится к информационно-измерительной технике в энергетике. Технический результат - выявление источника возникновения незатухающих колебаний частоты и мощности, вызванных некорректной работой системы автоматического регулирования (САР) турбин генераторов электрических станций. Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности содержит подсоединенные к клеммам синхронного генератора датчик активной мощности и датчик частоты напряжения статора, блок определения спектральных составляющих активной мощности, подсоединенный к выходу датчика активной мощности; блок определения спектральных составляющих частоты напряжения статора, подсоединенный к выходу датчика частоты напряжения статора; компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности, подсоединенный к выходу блока определения спектральных составляющих активной мощности; компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора, подсоединенный к выходу блока определения спектральных составляющих частоты статора; компаратор частот, подсоединенный к выходу блока определения спектральных составляющих активной мощности и выходу блока определения спектральных составляющих частоты напряжения статора; логический блок, подсоединенный к выходу компаратора амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности, к выходу компаратора амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора и выходу компаратора частот; выходы блока определения спектральных составляющих активной мощности, блока определения спектральных составляющих частоты напряжения статора и логического блока соединены с входами анализирующего устройства, причем сигнал на выходе анализирующего устройства появляется в случае, когда система автоматического регулирования турбины синхронного генератора является источником незатухающих колебаний частоты и мощности в энергосистеме. 1з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к информационно-измерительной технике в энергетике и может быть использовано в устройствах мониторинга работоспособности системных регуляторов в части систем автоматического регулирования (САР) турбин генераторов электрических станций и в системах мониторинга переходных режимов.
Уровень техники
Развитие электроэнергетических систем в Российской Федерации идет по пути объединения на параллельную работу энергосистем, мощных электростанций и крупных потребителей электроэнергии, расположенных на обширных территориях, связанных протяженными линиями электропередачи, с организацией централизованного оперативно-диспетчерского управления. Однако, в некоторых субъектах Российской Федерации все ещё существуют, в основном, в силу географических и климатических особенностей, а также неравномерной плотности населения, изолированно работающие энергорайоны или энергорайоны, обладающие относительно слабыми связями с ЕЭС России и периодически выделяющиеся на изолированную от ЕЭС России работу.
Несмотря на это, существующие в Российской Федерации требования, определяемые нормативными документами к качеству регулирования частоты, а следовательно, и к САР турбин электрических станций, едины для всех генерирующих энергообъектов. Как показали некоторые исследования [1], указанные требования способствуют повышению быстродействия САР турбин, что, как показывает практика, в специфических условиях работы электрических станций в изолированных районах сопоставимой с ними мощности может приводить к развитию незатухающих колебаний частоты и мощности, вызывающих срабатывание частотной автоматики и последующее отключение потребителей.
Таким образом, корректное функционирование САР турбин электрических станций, работающих на изолированные от ЕЭС России энергорайоны, или энергорайоны, периодически выделяющиеся на изолированную от крупных энергообъединений работу, является необходимым условием сохранения непрерывного электроснабжения потребителей.
Известно устройство для выявления источника синхронных колебаний (RU 2508591 C1, H02J 3/24, 27.02.2014).
Устройство содержит датчики действующего значения напряжения и реактивной мощности синхронного генератора, корреляторы для определения коэффициентов взаимной корреляции, блок задержки времени и анализирующее устройство. Сигнал на выходе анализирующего устройства появляется в случае, когда один из синхронных генераторов является источником синхронных колебаний в энергосистеме или межмашинных колебаний в группе генераторов одной электростанции.
Известна система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) генераторов (RU 132637 U1, H02J 3/24, H02J 13/00 20.09.2013), которая выполняет контроль работоспособности устройств АРВ и СВ при управлении режимами ЭЭС по данным текущей регистрации параметров режима работы генераторов в различных режимах работы - эксплуатационных, аварийных, особых (режим ограничения минимального возбуждения и режим ограничения двукратного значения тока ротора).
Однако, указанные устройство для выявления источника синхронных колебаний и система мониторинга позволяют определить источник синхронных колебаний режимных параметров только в том случае, если причиной возникновения колебаний является некорректная работа АРВ и СВ синхронных генераторов электрических станций, но не позволяют идентифицировать неправильную работу САР турбин генераторов электрических станций.
Устройство для выявления источника синхронных колебаний принимается за прототип.
Сущность изобретения
Техническим результатом предлагаемого технического решения является создание устройства для выявления источника возникновения незатухающих колебаний частоты и мощности, вызванных некорректной работой САР турбин генераторов электрических станций, т.е. определение генератора и турбины, неправильная или неэффективная настройка регулятора скорости которой является причиной их возникновения или развития.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности, как и прототип, содержит для синхронного генератора: измерительные датчики и анализирующее устройство.
В отличие от прототипа предлагаемое устройство содержит:
- блок определения спектральных составляющих активной мощности;
- блок определения спектральных составляющих частоты напряжения статора;
- компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности;
- компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора;
- компаратор частот для выявления i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора и j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности, для которых частоты равны;
- логический блок, выполняющий проверку соответствия амплитуды i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора максимальной амплитуде спектральных составляющих частоты напряжения статора и проверку соответствия амплитуды j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности максимальной амплитуде спектральных составляющих активной мощности.
Измерительными датчиками являются датчик активной мощности и датчик частоты напряжения статора, подсоединенные к клеммам синхронного генератора. К выходу датчика активной мощности присоединен блок определения спектральных составляющих активной мощности, а к выходу датчика частоты напряжения статора присоединен блок определения спектральных составляющих частоты напряжения статора. Первый выход блока определения спектральных составляющих активной мощности соединен с компаратором амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности, второй выход соединен с компаратором частот, а третий - с анализирующим устройством. Первый выход блока определения спектральных составляющих частоты напряжения статора соединен с компаратором амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора, второй выход соединен с компаратором частот, а третий - с анализирующим устройством. К выходам компаратора амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности, компаратора амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора и компаратора частот присоединен логический блок, выход которого соединен с анализирующим устройством, причем сигнал на выходе анализирующего устройства появляется в случае, когда САР турбины синхронного генератора является источником незатухающих колебаний частоты и мощности в энергосистеме.
Заявляемое устройство не требует использования математических моделей энергосистем, что позволяет исключить ошибки и неточности, связанные с неизбежными упрощениями в математических моделях и заданием оператором больших объемов входных данных (структура сети, эквивалентные параметры элементов и т.п.).
Краткое описание чертежей
На блок-схеме заявляемого устройства для выявления источника колебаний частоты и мощности обозначены: 1 - датчик активной мощности; 2 - датчик частоты напряжения статора; 3 - блок определения спектральных составляющих активной мощности; 4 - блок определения спектральных составляющих частоты напряжения статора; 5 - компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности; 6 - компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора; 7 - компаратор частот для выявления i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора и j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности, для которых частоты равны; 8 - логический блок; 9 - анализирующее устройство.
Осуществление изобретения
К клеммам синхронного генератора Г1 подсоединены датчики 1 и 2. Выходы датчиков 1 и 2 подключены соответственно к блокам 3 и 4.
В блоках 3 и 4 реализуется метод Прони спектрального разложения сигналов [2], при котором определяются все параметры спектральных составляющих сигналов активной мощности и частоты напряжения статора синхронного генератора: амплитуды A P 1, А P 2, ..., А Pk , A f 1, А f 2, ..., А fk , частоты f P 1, f P 2, ..., f Pk , f f 1, f f 2, ..., f fk , а также фазы φ P 1, φ P 2, …, φ Pk , φ f 1, φ f 2, …, φ fk . При этом в блоке 3 определяются спектральные составляющие активной мощности, в блоке 4 определяются спектральные составляющие частоты напряжения статора.
Для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности используется компаратор амплитуд 5, для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора используется компаратор амплитуд 6. Компаратор частот 7 используется для выявления i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора и j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности, для которых частоты равны. В логическом блоке 8 выполняется проверка соответствия амплитуды i-й или j-й составляющих найденным в компараторах 5 и 6 максимальным амплитудам соответствующих спектров. При положительном результате проверки информация о рассматриваемых составляющих спектров активной мощности и частоты напряжения статора поступает в анализирующее устройство 9.
Для САР турбины синхронного генератора, являющейся источником незатухающих колебаний частоты и мощности характерно, что колебания активной мощности синхронного генератора P г совпадают или опережают по фазе колебания частоты напряжения статора f U г на клеммах синхронного генератора. САР турбины синхронного генератора, не являющаяся источником синхронных колебаний, будет препятствовать возникшим колебаниям или колебания активной мощности будут обусловлены колебаниями частоты напряжения сети, поэтому колебания активной мощности находятся в противофазе к колебаниям частоты напряжения статора или отстают от них по фазе.
В анализирующем устройстве 9 выполняется сравнение фаз i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора и j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности: Δϕ = φ fi – φ Pj . Если полученное значение Δϕ лежит в первом, третьем или четвертом квадрантах, то САР турбины синхронного генератора не является источником незатухающих колебаний, если полученное значение Δϕ лежит во втором квадранте, делается вывод о том, что САР турбины синхронного генератора является источником или способствует развитию незатухающих колебаний частоты и мощности.
Таким образом, достигается требуемый технический результат - выявляется источник незатухающих колебаний частоты и активной мощности по данным регистрации параметров электрического режима на объектах энергообъединений.
Датчики и блоки определения спектральных составляющих сигналов активной мощности и частоты напряжения статора, компараторы, логический блок являются стандартными элементами измерительной техники и систем обработки измерительной информации.
Анализирующее устройство производит анализ, обработку, визуализацию и передачу информации с использованием стандартных сетевых протоколов.
Возможно подключение к одному анализирующему устройству нескольких генераторов для одновременного мониторинга корректности функционирования САР их турбин, при этом выполняется независимая обработка информации, поступающей по каждому генератору.
Источники информации
Гуриков О.В., Касьянов С.Е. Регулирование частоты в изолированных районах с учетом обратной связи по мощности // Известия НТЦ Единой энергетической системы, 2019, № 1 (80). - С. 16-33.
Марпл-младший С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. - М.: Мир, 1990. - 265 с.
Claims (2)
1. Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности, включающее подсоединенные к клеммам синхронного генератора измерительные датчики и анализирующее устройство, отличающееся тем, что в качестве измерительных датчиков используются датчик активной мощности и датчик частоты напряжения статора и дополнительно содержит блок определения спектральных составляющих активной мощности, подсоединенный к выходу датчика активной мощности; блок определения спектральных составляющих частоты напряжения статора, подсоединенный к выходу датчика частоты напряжения статора; компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности, подсоединенный к выходу блока определения спектральных составляющих активной мощности; компаратор амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора, подсоединенный к выходу блока определения спектральных составляющих частоты статора; компаратор частот для выявления i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора и j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности, для которых частоты равны, подсоединенный к выходу блока определения спектральных составляющих активной мощности и выходу блока определения спектральных составляющих частоты напряжения статора; логический блок, где выполняются проверка соответствия i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора максимальной амплитуде спектральных составляющих частоты напряжения статора и проверка соответствия амплитуды j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности максимальной амплитуде спектральных составляющих активной мощности, подсоединенный к выходу компаратора амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих активной мощности, к выходу компаратора амплитуд для определения максимальной амплитуды спектральных составляющих частоты напряжения статора и выходу компаратора частот; выходы блока определения спектральных составляющих активной мощности, блока определения спектральных составляющих частоты напряжения статора и логического блока соединены с входами анализирующего устройства, выполняющего сравнение фаз i-й спектральной составляющей сигнала частоты напряжения статора и j-й спектральной составляющей сигнала активной мощности, причем сигнал на выходе анализирующего устройства появляется в случае, когда система автоматического регулирования турбины синхронного генератора является источником незатухающих колебаний частоты и мощности в энергосистеме.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что анализирующее устройство выполняет независимую обработку информации, поступающей от нескольких синхронных генераторов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020105793A RU2723543C1 (ru) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020105793A RU2723543C1 (ru) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2723543C1 true RU2723543C1 (ru) | 2020-06-15 |
Family
ID=71095959
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020105793A RU2723543C1 (ru) | 2020-02-06 | 2020-02-06 | Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2723543C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU765922A1 (ru) * | 1977-11-15 | 1980-09-23 | За витель Гон и к | Устройство дл вы влени асинхронного хода в энергосистеме |
| RU2081494C1 (ru) * | 1994-12-05 | 1997-06-10 | Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина | Датчик реактивной мощности резкопеременной нагрузки для управления компенсатором реактивной мощности |
| RU112441U1 (ru) * | 2011-09-28 | 2012-01-10 | Закрытое акционерное общество "Инженерно-технический центр "Континуум" | Система мониторинга качества электрической энергии на базе синхронных измерений показателей качества электрической энергии |
| RU132637U1 (ru) * | 2013-02-06 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Системный Оператор Единой Энергетической Системы" | Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения и систем возбуждения генераторов |
| US9133825B2 (en) * | 2010-09-28 | 2015-09-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Power oscillation damping by a converter-based power generation device |
| US10243371B2 (en) * | 2016-12-15 | 2019-03-26 | Caterpillar Inc. | System, apparatus, and method for controlling load sharing of generator sets |
-
2020
- 2020-02-06 RU RU2020105793A patent/RU2723543C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU765922A1 (ru) * | 1977-11-15 | 1980-09-23 | За витель Гон и к | Устройство дл вы влени асинхронного хода в энергосистеме |
| RU2081494C1 (ru) * | 1994-12-05 | 1997-06-10 | Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина | Датчик реактивной мощности резкопеременной нагрузки для управления компенсатором реактивной мощности |
| US9133825B2 (en) * | 2010-09-28 | 2015-09-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Power oscillation damping by a converter-based power generation device |
| RU112441U1 (ru) * | 2011-09-28 | 2012-01-10 | Закрытое акционерное общество "Инженерно-технический центр "Континуум" | Система мониторинга качества электрической энергии на базе синхронных измерений показателей качества электрической энергии |
| RU132637U1 (ru) * | 2013-02-06 | 2013-09-20 | Открытое Акционерное Общество "Системный Оператор Единой Энергетической Системы" | Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения и систем возбуждения генераторов |
| US10243371B2 (en) * | 2016-12-15 | 2019-03-26 | Caterpillar Inc. | System, apparatus, and method for controlling load sharing of generator sets |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Angioni et al. | A low cost PMU to monitor distribution grids | |
| Cupertino et al. | Running DFT-based PLL algorithm for frequency, phase, and amplitude tracking in aircraft electrical systems | |
| US7987059B2 (en) | Real-time power system oscillation detection using modal analysis | |
| CA2701220A1 (en) | Synchronized phasor processor for a power system | |
| Laskar et al. | Power quality monitoring by virtual instrumentation using LabVIEW | |
| RU2723543C1 (ru) | Устройство для выявления источника колебаний частоты и мощности | |
| RU132637U1 (ru) | Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения и систем возбуждения генераторов | |
| Duong et al. | Estimation of hydro turbine-governor system's transfer function from PMU measurements | |
| US11143704B2 (en) | Power generation system test apparatus and method | |
| RU2521768C2 (ru) | Способ выявления источника синхронных колебаний | |
| Singh et al. | Synchronized measurement of power system frequency and phase angle using FFT and Goertzel algorithm for low cost PMU design | |
| Yang et al. | A novel phase locked loop for grid-connected converters under non-ideal grid conditions | |
| KR100541456B1 (ko) | 계통연계 자가발전시스템 | |
| RU2508591C1 (ru) | Устройство для выявления источника синхронных колебаний | |
| Rokicki et al. | Network of Smart Tip-Timing Sensors in Distributed Blade Health Monitoring System | |
| Koval et al. | Diagnostics of time synchronization means of the integrated power grid of SMART technologies by using an optimal performance system of automatic frequency adjustment | |
| Khatkar et al. | Long-term stability analysis for measurement class of phasor measurement unit at CSIR-NPL | |
| Dai et al. | Accurate voltage parameter estimation for grid synchronization in single-phase power systems | |
| CN110579660A (zh) | 一种10kV高压成套设备检测装置及检测方法 | |
| Jonsson et al. | A system protection scheme concept to counter interarea oscillations | |
| Radevic et al. | Smart DFT based PMU prototype | |
| RU2459338C1 (ru) | Реле разности амплитуд подключаемых на параллельную работу генераторов | |
| Xu et al. | The small-disturbance voltage stability analysis through adaptive ar model based on pmu | |
| RU2563031C1 (ru) | Система мониторинга автоматических регуляторов возбуждения в составе бесщеточных систем возбуждения генераторов | |
| Qian et al. | Experimental verification and comparison of MAFC method and DQ method for selective harmonic detection |