SE527895C2 - Förfarande och anordning för kontrollerad återinkoppling av effektbrytare - Google Patents

Description

CI1 Fx! “~J OD \O LH effektbrytare [Kundur, Power System Stability and Control, ISBN 0-07-035958-X, s.922]. För att äterinkoppling skall tillàtas màste skillnaderna mellan värdena för dessa respektive storheter, pà ömse sidor om effektbrytaren, vara mindre än vissa förutbestämda värden/kriterier.

Förfarandet kallas kontrollerad àterinkoppling med synkronismkontroll. Syftet med att snabbt àterinkoppla ledningen, efter det att ljusbàgen har släckts och felstället avjoniserats, är stabilitetsfrämjande och minskar risken för urfasfall, alternativt tilläts en högre lugndriftsöverföring av effekt. Skulle skillnaden i amplitud, frekvens eller fasläge mellan spänningarna pà ömse sidor om effektbrytaren vara för stor och till- koppling av effektbrytaren utförs finns risk för sa stora transienta pàkänningar att utrustning kan skadas och/eller att driften av elkraftsystemet störs ytterligare.

Synkronismkontroll används för att blockera àterinkoppling i fall då spänningarna pá ömse sidor om effektbrytaren skiljer sig mer än ett visst värde ifråga om amplitud, frekvens eller fasläge.

Vinkelskillnaden mellan spänningsvektorerna pà ömse sidor enbart med ett fixt/fast inställt värde. Vid stora effektöver- om effektbrytaren jämförs, i nuvarande utrustning, föringar före fel och bortkoppling av den betraktade ledningen är Vinkelskillnaden mellan ledningsändarna relativt stor även vid lugndrift. Sedan effektbrytarna, initierade av reläskydden, kopplat bort ledningen vid dess ändpunkter, tvingas effektflödet i ett maskat system att ta andra vägar vilket ytterligare ökar överföringsvinkeln. Återinkopplingsautomatiken startas i ledningens bäda ändar av de utlösta ledningsskydden. Därefter àterinkopplas den feldrabbade ledningen, efter kontroll av att ledningen är spänningslös, först i motstäende ände. Vinkelskillnaden över brytarpolerna pà den aktuella/betraktade effekt- brytaren blir dà relativt stor, eftersom vinkeln inte 10 15 20 25 30 35 Lu ha *J CX) \:> (I1 ändras längs, den spänningssatta men obelastade, ledningen. Följaktligen föreligger stor sannolikhet för att en alltför stor vinkelskillnad finns/mäts upp över den betraktade effektbrytarens poler, och àterinkopplingen ska dà blockeras.

Ett aktuellt exempel pà ovan beskrivna händelseförlopp är storstörningen i Italien den 28 september 2003, [Interim Report of the Investigation Committee on the 28 September 2003 Blacout in Italy, UTCE Report - 27 October 2003], där utebliven àterinkoppling bidrog till störningens okontrollerade förlopp och utbredning. Gränsen för vinkelskillanden över brytarpolerna, för att tillåta àterinkoppling, var vid detta tillfället inställd pà 30°. vilket blockerade àterinkopplingen, med världens hittills mest omfattande elförmörkelse som resultat.

Uppfinningens ändamàl och viktigaste kännetecken Ett ändamål med uppfinningen är att àstadkomma ett förfarande, för àterinkoppling av ledningar i ett elkraftsystem som utsatts för störning, som minimerar risken för haveri eller fortsatta allvarliga störningar av driften.

Ett annat ändamål med uppfinningen är att àstadkomma ett adaptivt jämförelsevärde, eller jämförelsestorhet, med vilket vinkeln över brytarpolerna jämförs före àterinkoppling. Den adaptiva jämförelsestorheten baseras pà en uppskattning av vinkelskillnaden över ledningen i lugndrift, sedan aterinkoppling skett och eventuella transienter avklingat.

Dessa och ytterligare ändamål uppnàs enligt uppfinningen genom ett förfarande enligt patentkrav l och genom ett 10 15 20 25 30 35 Cfl NJ \J 03 \O LH system enligt patentkrav 9 och genom ett datorprogram enligt patentkrav 17-19.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen àstadkoms àterinkopplingen genom att den uppmätta vinkelskillnaden mellan spänningsvektorerna pà ömse sidor om den betraktade effektbrytaren inte enbart jämförs med ett fast inställt jämförelsevärde, utan även med ett uppskattat/beräknat jämförelsevärde baserat pà den kommande vinkelskillnaden i lugndrift mellan ledningens bàda ändpunkter, efter det att ledningen har àterinkopplats. Beroende av storleken av denna vinkelskillnads avvikelse fràn gränsvärdet/jämförelse- värdet antingen fullföljs nämnda aterinkoppling, vid liten risk för haveri pà utrustning eller för störning av driften, eller blockeras, vid stor risk för haveri pà utrustning eller för störning av driften, varvid nämnda sa att ett bättre underlag för beslut om fullföljande eller blockering erhàlles, uppdaterat, gränsvärde. jämförelsevärde automatiskt uppdateras, jämfört med ett fixt/fast, eller manuellt Omfattningen av de transienter som uppstàr i elkraft- systemet, och som kan skada utrustning och störa driften pà annat sätt, bestäms av vinkelskillnaden över brytar- polerna före tillkoppling och vinkelskillnaden över ledningen efter det att ledningen har tillkopplats och lugndrift inträtt.

I en annan föredragen utföringsform av uppfinningen uppdateras regelbundet, t.ex. varje sekund, ett uppskattat värde pà vinkelskillnaden mellan spänningsvektorerna över ledningen, efter det att ledningen kopplats bort till följd av fel och därefter kopplas in igen efter amplitud-, frekvens- och faslägeskontroll av spänningarna pà bàda sidor om effektbrytaren. I en första approximation antas 10 15 20 25 30 0% ha *~J CI) \C> 01 att vinkelskillnaden mellan spänningsvektorerna i ledningens bada ändpunkter, efter àterinkopplingen, är densama som före felet. Den pà detta sätt uppskattade vinkeln fàs dä ur följande kända samband [Kundur, ISBN 0-07-O35958~X, Power System Stability and Control, s 25112 P = RE[V, - 1,']= sinøv) = sincxf) , där P = över ledningen transiterad aktiv effekt; V3 = den komplexa spänningen i ledningens sändarända; I1 l vll 'Vä X = den betraktade ledningens längsreaktans (resistansen den komplexa strömmen ut pà ledningen; spänningens RMS-värde i sändaränden; spänningens RMS-värde i mottagaränden; försumas); ¥'= vinkeln mellan spänningsvektorerna i ledningens bägge ändpunkter; Antag att den betraktade adaptiva synchro-check funktionen är installerad i ledningens sändarände (resonemanget är helt analogt för mottagaränden). Ledningsreaktansen, X, är en känd parameter och ledningseffekten, P, beräknas utgående fràn uppmätta värden pà spänning, |Vfl, och ström ut pà ledningen, IIJ, samt fasvinkeln mellan ström och spänning, ø, enligt: P=|K|-|I1|cos(ø) .

I en annan utföringsform av uppfinningen innefattar ett datorprogram, som styr en dator eller en datorprocess att styra eller simulera, ett förfarande för adaptiv synchro- check i ett elkraftsystem i enlighet med uppfinningen. 10 15 20 25 30 35 CI1 ht: -l CD WD U1 I ytterligare en annan utföringsform av uppfinningen är ett datorprogram anordnat som styr en dator eller en datorprocess att styra eller simulera ett förfarande för adaptiv synchro-check i ett elkraftsystem, i enlighet med uppfinningen, inspelat eller lagrat pà ett eller flera datorläsbara media.

Ytterligare vidareutvecklingar av uppfinningen ryms inom ramen för nedanstående beskrivning, sammandrag och patentkrav.

Kort beskrivning av ritningarna Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritningar, i vilka figur 1 visar ett elkraftsystem innefattande tvà delsystem och en koppling mellan delsystemen via ett ekvivalent branschelement, figur 2 visar en utföringsform av den vinkelkännande delen av en àterinkopplingsautomatik innefattande ett differenselement för att beräkna skillnaden, mellan de uppmätta vinklarna för spänningsvektorerna pà ömse sidor om effektbrytaren, figur 3 visar en utföringsform av uppfinningen såsom ett enlinjeschema och som ett blockschema innefattande en enhet för bestämning av referensvinkeln, och figur 4 visar en utföringsform av uppfinningen sàsom ett flödesschema baserat pà komponenterna i figur 3. 10 15 20 25 30 35 LH ÅJ “\J CI) \0 CI1 Beskrivning av föredragna utföringsexempel.

Nedan beskrivs sàväl det uppfinningsenliga förfarandet som anordningen.

Den uppfinningsenliga anordningen innefattar ett flertal organ/medel, i figurerna visade i flödesschemor och blockschemor. Blockschemorna kan tolkas bàde som ett signalflödesdiagram och ett blockdiagram beskrivande utrustning för anordningen. En funktion utförd i ett flödesschema eller av ett block, visat i blockdiagrammet, kan i tillämpliga delar implementeras genom analog och/eller digital teknik, men utförs med fördel som program i en mikroprocessor, i ett datorprogram eller sàsom ett datorprogramkodelement utfört i en dator eller i en datorprocess.

Det skall förstås att da de i figurerna visade flödena och blocken benämns sàsom i ett fysiskt utförande som don, apparater, etc., är de, i synnerhet då funktionen är implementerad som mjukvara i en mikroprocessor, att uppfatta som medel för att àstadkomma en önskad funktion.

Följaktligen, sàsom det kan vara i detta fall, kan uttrycket ”signal” även tolkas som ett värde genererat av ett datorprogram och även uppträda enbart i denna form.

Blocken nedan beskrivs endast som en funktion eftersom de pà i och för sig känt sätt lätt kan implementeras av en fackman.

För att inte tynga framställningen med för fackmannen självklara distinktioner, används nedan i allmänhet samma beteckningar för de storheter som uppträder i ledningar, i automatikdon och i beräkningsenheter, som för de mot dessa storheter svarande mätvärden och signaler/beräkningsvärden som pàförs och behandlas i det nedan beskrivna àterinkopplingsdonet. 10 15 20 25 30 35 Cr1 ht) -J CX: MD th Figur 1 visar ett elkraftsystem innefattande tvà delsystem Dl respektive D2, en koppling mellan delsystemen via ett ekvivalent branschelement med impedansen Zk, en ledning L med längsimpedansen Zl, som har sina ändpunkter i respektive delsystem, samt tvä effektbrytare Bl respektive B2, i ledningens bada ändpunkter. Vidare är flödena av aktiv och reaktiv effekt samt ström markerade som Pk, Qk, Ik respektive Pl, Ql, Il, i kopplingsbranschen respektive betraktad ledning. Spänningarnas belopp respektive fasvinkel i ledningens ändpunkter i respektive delsystem är markerade som V1/V2 respektive“PlPP2, där fasvinklarna är relaterade till en godtycklig, gemensam, referens.

Motsvarande storheter pà ledningssidan om effektbrytaren Bl är markerade som VlL respektive WQL. Spänningarna pà respektive sida om effektbrytaren Bl mäts med spänningstransformatorerna E2 respektive E3 och ledningsströmmen mäts med strömtransformatorn E4.

Mättransformatorernas sekundärsidor är förbundna med enheten El, för beräkning av referensvinkelr1'Pref.

Figur 2 visar en utföringsform av den fasvinkelavkännande delen av en äterinkopplingsautomatik Al, enligt känd teknik sàsom ett enlinjeschema och ett blockschema, innefattande ett differenselement All för att beräkna skillnaden A¶'nællan de uppmätta vinklarna ¶¶.och ¶¶L för spänningsvektorerna pà ömse sidor om effektbrytaren Bl, ett absolutvärdesbildande element A12, ytterligare ett differensbildande element A13, mellan absolutbeloppet av AW och referensvinkeln TRef, som beräknar skillnaden samt ett niväkännande element A14, som kontrollerar om värdet ut frän A13 är mindre än noll. Utsignalen fràn äterinkopplingsautomatiken är en binär signal, som är l om absolutbeloppet av A¶'är mindre än referensvinkeln WRef, och annars 0. Den binära utsignalen frän àterinkopplingsautomatiken gar in som ett OCH-villkor S0, 10 15 20 25 30 35 Cfi ßå *J 00 \0 LW i àterinkopplingslogiken A2, för TILL-manöver av effektbrytaren Bl, som àterinkopplar ledningen L. Andra ingàngar till OCH-villkoret A2, för tillkoppling av effektbrytaren Bl, är benämnda Sl....Sn.

Figur 3 visar en utföringsform av uppfinningen sàsom ett enlinjeschema och ett blockschema, innefattande en enhet för bestämning av referensvinkeln'¥Ref El, vari en eller flera av komponenterna Ell, första beräkningssteget E12, andra beräkningssteget och E13, val av gränsvärde, kan inga. I första beräkningssteget bestäms ett värde*¥Calcl, baserat pà inställd ledningsreaktans ZSet, uppmätt ström IlL, och spänning VlL, pà ledningssidan om effektbrytaren Bl, ansluten samlingsskena. Beräkningen kan ytterligare förfinas i beräkningsenhet E12, där mätdata fràn andra delar av kraftsystemet tillförs Addlnfl, liksom eventuellt samt eventuellt uppmätt spänning Vl, pà till brytaren någon parameterbaserad information AddInf2. I sista steget E13, görs i funktionsblocket Sel, ett val huruvida utstorheten'¥Ref skall àsättas det fast inställda värdet WRefSet, eller det beräknade värdet ?Calc2.

Figur 4 visar en utföringsform av uppfinningen sàsom ett flödesschema, baserat pà komponeneterna i figur 3. Den automatiska uppdateringen av vinkelgränsvärde för àterinkoppling, startas pà nagot sätt. Därefter läses parametrar för ledningsdata, ZSet, ytterligare information i parameterform, AddInf2, för beräkning av referensvinkeln,'PRef, samt en parameter för val av bestämningssätt för Wkef, fixt fast parametervärde, 'PRefSet, beräknat värde, W@alc2. Därefter detekteras mätvärdena Vl, VlL, IlL och Addïnfl. Sedan genomförs beräkningarna av ¶@a1cl och'¥Calc2, baserade pà eller, nagot av följande kríteria: - kraftsystemets förväntade drifttillstànd, efter àterinkoppling av effektbrytaren Bl, 10 15 (11 P\J \J Ch \0 UI 10 - krftsystemets aktuella tillstànd före tillslag av effektbrytaren Bl, eller - uppskattad eller uppkommen vinkelskillnad mellan spänningsvektorerna i ledningens ändpunkter efter det att àterinkoppling av effektbrytare Bl skett.

Slutligen bestäms referensvinkeln Wäef. Sedan referensvinkeln pà detta sätt bestämts, utlevereras det uppdaterade värdet pà'¥Ref till beräkningsenhet Al, i figur 2. Därefter upprepas sekvensen fràn och med detekteringen av mätvärdena V1, VlL och IlL.

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till nägra olika föredragna utföringsformer. Naturligtvis är det emellertid så att uppfinningen inte begränsas till dessa utan även ett flertal andra utföringsvarianter är fullt möjliga inom patentkravens skyddsomfàng.

Claims (19)

10 15 20 25 30 35 LH NJ *J 03 \&> (11 11 PATENTKRÄV

1. Förfarande för kontrollerad àterinkoppling av bransch- element, sásom exempelvis en ledning, i ett elkraftsystem, som utsatts för en störning, innefattande minst ett branschelement och minst en därtill ansluten effektbrytare, och där vinkelskillnaden, mellan spänningsvektorerna, pà ömse sidor om effektbrytaren eller i ledningens båda ändpunkter, bestäms och jämförs med ett jämförelsevärde, och i beroende av storleken av nämnda vinkelskillnads avvikelse fràn jämförelsevärdet nämnda àterinkoppling antingen fullföljs eller blockeras, kännetecknat av, att jämförelsevärdet uppdateras automatiskt och regelbundet, pä sàdant sätt att ett adaptivt värde erhålls.

2. Förfarande enligt patentkrav l, kännetecknat av, att jämförelsevärdet bestäms utifrân kraftsystemets förväntade drifttillstànd efter àterinkoppling av det fränkopplade branschelement.

3. Förfarande enligt patentkrav l eller 2, kännetecknat av, att jämförelsevärdet bestäms utifràn den uppskattade/- beräknade vinkelskillnaden efter det att branschelementet har àterinkopplats.

4. Förfarande enligt nàgot eller nägra av föregående patentkrav, kännetecknat av, att det uppdaterade jämförelsevärdet baseras pä kraftsystemets drifttillständ, före frànkopplingen av branschelementet. (S1 P\) \J 00 \0 UW 12

5. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetacknat av, att jämförelsevärdet beräknas utifrån uppskattad vinkel mellan spänningsvektorerna i branschelementets båda ändpunkter, före bortkopplingen av nämnda branschelement och utifrån information om förändringar i kraftsystemet i samband med störningen som förorsakade bortkoppling av branschelementet.

6. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av, att det uppdaterade jämförelsevärdet bestäms av en beräkning/uppskattning av den vinkelskillnad mellan spänningsvektorerna i nämnda branschelements ändpunkter, som beräknas uppkomma efter det att återinkoppling av nämnda branschelement har skett.

7. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av, att det uppdaterade jämförelsevärdet bestäms av en beräkning/uppskattning av den vinkelskillnad mellan spänningsvektorerna i nämnda branschelements ändpunkter, som beräknas uppkomma efter det att återinkoppling av nämnda branschelement har skett och eventuella inkopplingstransienter har avklingat.

8. Förfarande enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av, att det uppdaterade jämförelsevärdet bestäms av vinkeln mellan spänningsvektorerna i branschelementets båda ändpunkter, eller härur härledbar storhet, före bortkopplingen av nämnda branschelement. 10 15 20 25 30 35 CI1 h~> -I CI) \C> (II 13

9. System för kontrollerad àterinkoppling av bransch- element, sàsom exempelvis en ledning, i ett elkraftsystem, som utsatts för en störning, innefattande minst ett branschelement och minst en därtill ansluten effektbrytare, och där vinkelskillnaden, mellan spänningsvektorerna, pà ömse sidor om effektbrytaren eller i branschelementets bada ändpunkter, bestäms och jämförs med ett jämförelsevärde, och i beroende av storleken av nämnda vinkelskillnads avvikelse fràn jämförelsevärdet nämnda àterinkoppling antingen fullföljs eller blockeras, kännetecknat av, att medel är anordnade att uppdatera jämförelsevärdet automatiskt och regelbundet, pà sàdant sätt att ett adaptivt värde erhálls (El).

10. System enligt patentkrav 9, kännetecknat av, att medel är anordnade att bestämma jämförelsevärdet utifrån kraftsystemets förväntade drifttillstànd efter àterínkoppling av ett frànkopplat branschelement (E11, E12).

11. ll. System enligt patentkrav 9 eller 10, kännetecknat av, att medel är anordnade att bestämma jämförelsevärdet utifrån den uppskattade/beräknade vinkelskillnaden efter det att branschelementet har àterinkopplats (E11, E12).

12. System enligt nagot eller nàgra av patentkraven 9~1l, kännetecknat av, att medel är anordnade att uppdatera jämförelsevärdet baserat pà kraftsystemets drifttillständ (E11, E12).

13. System enligt nagot eller nàgra av patentkraven 9-12, kännetecknat av, 10 15 20 25 30 35 C11 Ps) *~J 00 \0 LH 14 att medel är anordnade att beräkna jämförelsevärdet utifràn uppskattad vinkel mellan spänningsvektorerna i branschelementets bàda ändpunkter, före bortkopplingen av nämnda branschelement och utifrån information om förändringar i kraftsystemet i samband med störningen som förorsakade bortkoppling av branschelementet (E11, E12).

14. System enligt nàgot eller nagra av patentkraven 9-13, kännetecknat av, att medel är anordnade att bestämma det uppdaterade jämförelsevärdet genom en beräkning/uppskattning av den vinkelskillnad mellan spänningsvektorerna i nämnda branschelements ändpunkter, som beräknas uppkomma efter det att àterinkoppling av nämnda branschelement har skett (E11, E12).

15. System enligt nagot eller nàgra av patentkraven 9-14, kännetecknat av, att medel är anordnade att bestämma det uppdaterade jämförelsevärdet genom en beräkning/uppskattning av den vinkelskillnad mellan spänningsvektorerna i nämnda branschelements ändpunkter, som beräknas uppkomma efter det att àterinkoppling av nämnda branschelement har skett och eventuella inkopplingstransienter har avklingat (E11, E12).

16. System enligt nagot eller nagra av patentkraven 9-15, kânnetecknat av, att medel är anordnade att bestämma det uppdaterade jämförelsevärdet utifrån vinkeln mellan spännings- vektorerna i branschelementets bada ändpunkter, eller härur härledbar storhet, före bortkopplingen av nämnda branschelement (E11, E12).

17. Datorprogram innefattande programinstruktioner för utförande av en metod enligt nagot av patentkraven 1-8. 2:1 NJ \J CX) \:> (II 15

18. Datorprogram enligt patentkrav 17 som, àtminstone delvis, överförs via ett lokalt eller globalt nätverk, sásom exempelvis ett intranet eller internet.

19. Datorläsbart medium innefattande åtminstone en del av programinstruktionerna enligt patentkravet 17.