[发明专利]电网系统广义同期新方法及其实施装置

说明书

技术领域

本发明属于电力系统自动控制领域。

背景技术

目前按照标准JB/T 3950-1999《自动准同期装置》设计的电网系统同期控制装置类型主要有发电机差频并网的自动准同期装置和用于线路同频并网用的自动捕捉同期装置，传统的同期与非同期条件定义是：电网中通过一个开关(俗称同期点)连接的两个有源交流网络在频差(如0-0.5Hz)、相差(如0-±5.4°)、压差(如±3％-±10％)很小允许范围内时认为两个有源交流网络是同期的，可进行并列合闸操作，否则为非同期必须闭锁装置的合闸输出。这种同期和非同期条件的算法和取值在一些教科书中也已有严格的规定，同时主要是对待合开关而言的。而在当今电力控制系统中厂用电快速切装置、备用电源自动投入装置、自动重合闸装置、按频率自动减负荷装置、各种类型的保护装置在方法以及硬件实现上无不涉及到同期和非同期的概念，但这些同期和非同期的概念在算法上与传统的同期装置已经有很大的不同，在参数设置范围等方面已经远远超出传统的同期装置的所规定的参数范围，如现在厂用电电源快速切换装置其压差在30％以上，频差在5Hz以内还要求做差频并网工作，它不仅要求有同期合闸功能，还要求有非同期跳闸功能。又如线路保护装置在已合的开关点检测线路时发现线路出现非正常的对地短路、线路本身短路或断路就必须作分闸操作，其实这种工况在同期并列合闸操作时认为是严重的非同期必须闭锁合闸输出。

从以上的分析可以看出用传统的同期和非同期定义从方法上、参数设置上、功能设置上已经不能完全支持并解释大部分自动装置有关同期与非同期在应用中遇到的所有问题。同时在复杂电网中对同一个开关为控制对象的自动装置存在种类繁多、功能重复、定值设置相互不配套、线路复杂、安全性差等居多问题。

发明内容

首先，我们姑且将仅支持发电机差频并网、线路同频并网设计的同期方法定义为狭义的同期方法，相对狭义的同期方法将能够支持所有有同期、非同期共性装置设计的同期方法定义为广义的同期方法。

本发明指在提出，对电网上所有需要自动控制的开关(或断路器)在同期合闸或非同期分闸操作上都能适用的广义的同期新方法及其相关判据。同时根据广义的同期新方法和相关判据设计出一种能够同时取代多种传统功能的通用自动装置---即广义同期装置(以下简称GTQ)。对每一个具体开关而言，由于其同期合闸与非同期分闸是分时控制的，因此GTQ可根据用户要求分时选择不同的控制模式并通过一个动态的PLC选线器选择不同的输入、输出口以达到一机多用、复用的目的，如GTQ在开关分位时选择开环同频并网模式使用，当开关合上后，可选择低周减载监控模式使用等。

广义的同期与非同期的条件是指：在一个特大的电网系统中，每一段有源线路与系统相比其频差、相差、压差在允许的范围之内，同时这段有源网络电流量在额定的范围内，我们称这段有源线路与大系统是同期的，否则就是非同期的。非同期中有一般非同期与严重的非同期之分，严重的非同期工况是指这段有源线路出现了非正常对地短路、线路本身存在短路、断路等工况。又因自动装置在测试线路时，其PT断线虽然也视同非正常情况一样处理，但就每一个具体自动装置而言严重非同期并不包括PT断线工况。

GTQ应用的一般线路模型如附图1，它是在复杂的大电网中一个由GTQ控制器及其开关和线路等组成的小网络单元等值模型。

合闸前网络M母线电压瞬时值：

网络N母线电压瞬时值：

式中：Xm、Xn分别为网路M、N等值电抗；

Im、In  分别为网路M、N等值电流；

fm、fn分别为网路M、N在线频率；

分别为网路M、N在线初相角。

网路M与网络N之间的差拍电压。

ΔU＝um+un             (3)

网络M和网络N也可能是开环互不连接的独立网络，也可能是外部已经连接的闭环网络，当开关K由分到合连接后都有一个功率再分配的问题，这样开关K必有一定的冲击电流Ik通过。

合闸后网络M、N母线及开关K电流冲击值：

Ik＝ΔU÷(Xm+Xn)        (4)

Imk＝Ik×[Xn÷(Xm+Xn)]  (5)

Ink＝Ik×[Xm÷(Xm+Xn)]  (6)

式中Ik为合闸瞬间开关K的冲击电流，Imk、Ink分别为合闸后网路M、N在线冲击电流