DE3689724T2

DE3689724T2 - Stabilisator für Energieversorgungssystem.

Info

Publication number: DE3689724T2
Application number: DE3689724T
Authority: DE
Inventors: Tadahiro C O Mitsubishi Gouda; Taizou Hasegawa; Isao Koda; Toshiharu C O Mitsubish Narita; Hirotaka Ono; Hideharu C O Mitsubishi Oshida
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1986-01-06
Filing date: 1986-12-30
Publication date: 1994-07-14
Anticipated expiration: 2006-12-31
Also published as: EP0231528B1; JPH07108063B2; EP0231528A2; JPS62160038A; US4785405A; EP0231528A3; DE3689724D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stabilisator für ein Energieversorgungssystem, der in einem einzelnen Energieversorgungssystem vorgesehen ist, das infolge einer Störung abzutrennen ist, der eine Verbindungsleitung unterbricht, welche mehrere Energieversorgungssysteme untereinander verbindet, welche Energiestationen wie z. B. Kraftwerke, Transformatorunterstationen und Lasten beinhalten, um ein großes Energieversorgungssystem (Hauptsystem) zu bilden, und insbesondere einen Energiestabilisator, der eine hochpräzise Steuerung eines Bedarfs-Versorgungs-Gleichgewichts in dem abgetrennten Energieversorgungssystem durch Annahme eines Lastabfallbetrages infolge eines durch die Störung verursachten Spannungsabfalls ermöglicht, wenn das einzelne Energieversorgungssystem von dem Hauptsystem getrennt ist.

Beschreibung des Standes der Technik

Bisher wurde für diese Art eines Energieversorgungssystemstabilisators ein Energieversorgungssystemstabilisator vorgeschlagen, wie er auf den Seiten 5 und 6 einer Schrift mit dem Titel "The Protective Relaying System for Preventing Power Failure Extension in Bulk Power System", veröffentlicht während der vom 1. bis zum 9. September 1982 abgehaltenen internationalen Konferenz über große, elektrische Hochspannungssysteme, beschrieben ist.
Der oben erwähnte Energieversorgungssystemstabilisator ist konstruiert, wie in fig. 1 gezeigt. In der Zeichnung beinhaltet ein vollständiges System eine zur Hauptsystemseite gehörende Transformatorunterstation 1; eine zentrale Transformatorunterstation 2 in einem zu steuernden, abgetrennten System und ein ebenso zu dem gleichen abgetrennten System gehörendes Kraftwerk 3. Diese Unterstationen und das Kraftwerk sind über Energieversorgungsleitungen 4 und 5 miteinander verbunden. Ein Bezugszeichen 30a zeigt eine nicht gesteuerte Gruppe von Lasten, und ein Bezugszeichen 30b bezeichnet eine gesteuerte Gruppe von Lasten. Ein Systemstabilisator 6 ist an der zentralen Transformatorunterstation 2 installiert und beinhaltet eine Eingangswandlerschaltung 61a zum Messen der Last-Leistung, eine Eingangswandlerschaltung 61b zum Messen eines sich ständig ändernden Stromes auf einer Verbindungsleitung, eine Eingangswandlerschaltung 61c zum Messen eines Generator-(Leistungs-)Ausgangssignales, einen Leitungsunterbrechungs-Detektor 62, eine Arithmetikverarbeitungseinheit 63, die einen Mikroprozessor 63 verwendet, eine Sperreinrichtung 64, eine Schaltsignalausgangsschaltung 65, eine Eingangssignalwandlerschaltung 67 zum Messen von Lastspannungen etc.
Als nächstes wird der Betrieb des gesamten Systems beschrieben. Strom- und Spannungsdaten, die durch Sensoren 23, 24, 32 erfaßt werden, von denen jeder aus einem Stromwandler C.T und einem Meßwandler P.T gebildet ist, werden durch Steuerkabel 25 und 27 und eine Kommunikationsleitung 33 an den Systemstabilisator 6 übermittelt. Aufgrund dieser Daten berechnen die Eingangswandlerschaltungen 61a, 61b und 61c, von denen jede eine Filterschaltung zum Eliminieren eines harmonischen Anteiles und eines transienten Schwingungsanteiles etc., einen Wirkleistungswandler zur Ermittlung der Wirkleistung, einen Analog-Digital(A/D)-Wandler zum Wandeln eines analogen Wertes in einen digitalen etc. beinhaltet, die Wirkleistungsanteile der abzutrennenden Lasten und die Ausgangsleistung (Wirkungsgrad) des Generators und senden diese nach dem Umwandeln in digitale Werte an die Verarbeitungseinheit 63. Ferner wird eine Lastspannung VL, die durch einen Sensor 28, welcher aus einem Meßwandler PT gebildet ist, in der Eingangswandlerschaltung 67, die eine Filterschaltung, einen A/D-Wandler etc. beinhaltet, in einen Digitalwert gewandelt, um an die Einheit 63 ausgegeben zu werden. Durch ein Steuerkabel 26 und eine Kommunikationsleitung 12 gesendete Öffnungs- und Schließinformationen von (Schaltungs-) Trennschaltern 11 und 21 werden an die Einheit 63 abgegeben, nachdem sie im Leitungsunterbrechungsdetektor 62 in digitale Informationen umgewandelt wurden. In dem Fall, in dem eine Leitungsunterbrechungsstörung in der Verbindungsleitung zu dem Hauptsystem stattgefunden hat und es erfaßt wurde, daß ein Teilsystem in einen Einzelbetriebszustand gebracht wurde, führt die Arithmetikverarbeitungseinheit 63 unter Verwendung dieser Daten die Stabilisierungssteuerung gemäß einem in Fig. 2 gezeigten Flußdiagramm aus.
Das in Fig. 2 gezeigte Flußdiagramm beinhaltet einen Startblock 70 zum Starten der Stabilisierungssteuerung, nachdem das Auftreten einer Leitungsunterbrechung zwischen dem Hauptsystem und dem lokalen System erfaßt wurde; einen Entscheidungsblock 71 zum Entscheiden, ob eine Lastspannung VL größer als ein Referenzwert Vref ist; einen Verarbeitungsblock 72 zum Auswählen einer Last in der i-ten Stufe, wenn die Lastspannung kleiner als Vref ist, d. h., VL < Vref, einen Verarbeitungsblock 73 zum Ausführen der Lastabtrennung Pc(i) auf der i-ten Stufe, wobei Pc(i) auf einen solchen Wert gesetzt wird, daß keine Übersteuerung auftritt, selbst wenn ein Lastabfall durch einen Spannungsabfall auftritt; einen Verarbeitungsblock 74 zum Entscheiden, ob VL größer ist als Vref; einen Verarbeitungsblock 75 zum Auswählen einer Last auf der (i + 1)-ten Stufe; einen Verarbeitungsblock 76 zum Errechnen eines Gesamt-Lastabfallbetrages Pdrop durch Anwenden einer Methode der kleinsten Quadrate aus
Pdro = (Gesamtlast vor der Abtrennung)
wobei
einen Verarbeitungsblock 77 zum Errechnen eines Lastabtrennbetrages Pc.ter in der letzten Stufe aus Pc.ter = Ps-Pdro ; einen Verarbeitungsblock 78 zum Ausführen der Lastabtrennung, abhängig von dem Lastabtrennungsbetrag Pc.ter; und einen Steuerungsende-Block 79. Es ist anzumerken, daß Vref in den Entscheidungsblöcken 71 und 74 solch einen Wert aufweist, daß kein Lastabfall auftritt, wenn die Lastspannung VL mit einem Wert wiederhergestellt wird, der größer als Vref ist, und wird mit einem Wert von 0,8 bis 0,9 p.u. fast nahe einem Festwert gewählt.
Da der konventionelle Systemstabilisator konstruiert ist, wie oben erwähnt, wird eine Spannung eines Lastknotens als Online-Wert benötigt, und dementsprechend kann der Stabilisator leicht in einem System des oben erwähnten Beispiel es mit einer Station und einem Knoten angewendet werden. Seine Anwendung in einem System mit mehreren Lasttransformatorunterstationen ist jedoch schwierig, weil sich jede Lastknotenspannung unterschiedlich verändert, nachdem eine Störung behoben ist. Da die Annahme-Gleichungen eines Gewichtungsverfahrens von kleinsten Quadraten ebenfalls kompliziert sind, wie in den Gleichungen (1) und (2) gezeigt, wird ein Mikroprozessor hoher Leistung benötigt, um das Verfahren ohne Beeinträchtigen einer schnellen Reaktion zu verwirklichen, was zu Problemen wie z. B. einem Ansteigen der Herstellungskosten führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stabilisator für ein Energieversorgungssystem anzugeben, der in der Lage ist, einen Lastabfallbetrag auf der Basis einer vereinfachten Annahmegleichung anzunehmen, ohne die Lastknotenspannung zu verwenden, und der in einem System mit mehreren Stationen und Knoten anwendbar ist.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stabilisator für ein Energieversorgungssystem anzugeben, der in der Lage ist, durch die Verwendung einer vereinfachten Annahmegleichung eine arithmetische Berechnung des Lastabfalles mit einer schnellen Antwort auf der Basis der Annahme durchzuführen, sogar wenn die Arithmetikverarbeitungseinrichtung mit einer vereinfachten Struktur verwendet wird, und einen Stabilisator für ein Energieversorgungssystem mit geringen Herstellungskosten anzugeben, da die auf der Annahme basierende arithmetische Operation ohne Verwendung eines Hochleistungs-Mikroprozessors ausgeführt werden kann.
Um die oben erwähnten Aufgaben zu erfüllen, beschreibt die vorliegende Erfindung einen Stabilisator für ein Energieversorgungssystem, welcher an einem einzelnen Energieversorgungssystem (einem abgetrennten System) vorgesehen ist, welches aufgrund einer Störung abzutrennen ist, wodurch eine Verbindungsleitung unterbrochen wird, die mehrere einzelne Energieversorgungssysteme verbindet, um ein großes Energieversorgungssystem (Hauptsystem) zu bilden, wobei die Vielzahl der einzelnen Energieversorgungssysteme Energiestationen wie beispielsweise Kraftwerke, Transformatorunterstationen und Lasten enthält, wobei der Energieversorgungssystemstabilisator gekennzeichnet ist durch eine Arithmetikverarbeitungseinrichtung, die einen Wert eines Gesamt-Lastabfalls des getrennten Systems, welcher durch einen Spannungsabfall während der Störung verursacht wird, durch eine arithmetische Operation auf der Grundlage einer Differenz zwischen einer Frequenz in einer zum getrennten System gehörigen, repräsentativen Energiestation und einer Frequenz nach einer konstanten Zeit, nachdem die Frequenz in der repräsentativen Energiestation einen vorbestimmten Wert überschritten hat, annimmt; und eine Regeleinrichtung zur Regelung eines Gleichgewichts zwischen Bedarf und Versorgung an jeder Energiestation im getrennten System auf der Grundlage des Annahmewertes, den man durch die Operation der Arithmetikverarbeitungseinrichtung erhält, wobei die Arithmetikverarbeitungseinrichtung eine Arithmetikberechnung des Lastabfalls Pdrop des getrennten Systems für einen Wert Ru = PG10-PL0/PG10 vornimmt, den man durch Normierung der Kapazität des getrennten Systems erhält, wenn PG10/M&sub1; konstant ist, wobei Δf eine Frequenzabweichung im getrennten System ist, Δfp eine Frequenzabweichung im System nach tr Sekunden ist, nachdem die Frequenzabweichung Δf den vorbestimmten Wert Δf, überschritten hat, wobei die Berechnung auf der Grundlage der folgenden Gleichungen durchgeführt wird:
welche durch die einfache lineare Gleichung
Ru = A · Δfp + B
approximiert wird, um den angenommenen Wert des Lastabfalls als
Pdrop = PG10·Ru - PT + PG20
zu erhalten, wobei:
Ru ein Wert, den man durch Normierung einer Ungleichgewichtskomponente zwischen Bedarf und Versorgung im getrennten System nach Herstellung einer Trennung (Abschalt-Störung) durch das abgetrennte System erhält;
KG eine Frequenzcharakteristikkonstante einer Erzeugungskraft des abgetrennten Systems;
KL eine Frequenzcharakteristikkonstante einer Last des abgetrennten Systems;
M&sub1; eine charakteristische Konstante eines außer Kontrolle geratenen Generators;
A, B Konstanten;
PG10 eine mechanische Eingangsgröße des außer Kontrolle geratenen Generators in einer ersten Stufe vor einem Statuswechsel;
PG20 eine mechanische Eingangsgröße des in der ersten Stufe zu regelnden Generators;
PL0 eine Wirkleistungskomponente der im getrennten System verbleibenden Lasten (Anfangswert);
PT ein sich regelmäßig ändernder Strom der Wirkleistung;
fb eine Systemreferenzfrequenz sind.
Dementsprechend führt der Energieversorgungssystemstabilisator der vorliegenden Erfindung die Annahme eines Gesamt-Lastabfallbetrages eines abgetrennten Energieversorgungssystemes auf der Basis einer einfachen linearen Gleichung oder einer Gleichung ersten Grades durch Verwenden einer Frequenz in einer repräsentativen Energiestation aus, die in dem getrennten Energieversorgungssystem beinhaltet ist, nachdem eine in einer Verbindungsleitung aufgetretene Störung etc. behoben ist, und steuert dann ein Bedarfs-Versorgungs-Energiegleichgewicht auf der Basis des angenommenen Betrages.
Ein einzelnes Frequenzrelais ist auf den Seiten 62 bis 65 der "Brown Boveri Review", Band 70, Nr. 1/2, Januar/Februar 1983, Baden, Schweiz mit dem Artikel "A New Frequency Relay with Microprocessor for Power System Applications and Generator Protection" von P. Müller et al. beschrieben. Dieses bekannte Dokument erwähnt jedoch nicht eine Idee eines Stabilisators für ein Energieversorgungssystem zur Steuerung eines Gleichgewichts zwischen Bedarf und Versorgung. Dementsprechend wird die Handhabung eines durch einen Spannungsabfall bewirkten Lastabfalls nicht erwähnt, und damit gibt dieses bekannte Dokument keinen Hinweis auf die erfindungsgemäße Lehre.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist ein schematisches Schaltbild eines Stabilisators für ein Energieversorgungssystem, bei dem eine konventionelle Lastabfallbetrags-Annahmemethode angewendet wird;
Fig. 2 ist ein Verarbeitungs-Flußdiagramm zum Beschreiben des Verarbeitungsprozesses in der Arithmetikverarbeitungseinheit des Stabilisators für ein Energieversorgungssystem aus Fig. 1;
Fig. 3 zeigt ein Modellsystemschaltbild zum Beschreiben eines Grundprinzips eines erfindungsgemäßen Stabilisators für ein Energieversorgungssystem;
Fig. 4 ist eine Reglersimulationscharakteristik des Stabilisators für ein Energieversorgungssystem in einer Ausführungsform der Erfindung, welche durch Ausführen des Grundprinzips verwirklicht wird;
Fig. 5 zeigt ein Diagramm einer Lastsimulationscharakteristik einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ist ein Diagramm zum Beschreiben von Parametern, die durch die Lastabfallannahme verwendet werden;
Fig. 7 ist ein konzeptionelles Diagramm zum Beschreiben einer Lastabfallannahme-Charakteristik;
Fig. 8 zeigt ein Blockschaltbild zum Illustrieren einer Struktur des Stabilisators für ein Energieversorgungssystem in einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 ist ein Verarbeitungsflußdiagramm zum Beschreiben des Betriebes einer Arithmetikverarbeitungseinheit mit der Struktur gemäß Fig. 8;
Fig. 10 zeigt eine Kennlinie, die Frequenzmessungen darstellt, wenn die Leistungsschwingung einer Frequenz-Wellenform in der oben erwähnten Erfindung überlagert wird; und
Fig. 11 zeigt eine Kennlinie zum Darstellen der Messungen einer Änderung eines Generatorzustandes, wenn ein Betriebszustand des Generators in der oben stehenden Ausführungsform in weiten Bereichen variiert.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Eine Ausführungsform eines Stabilisators für ein Energieversorgungssystem der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Zuerst wird ein Grundprinzip der Erfindung bezugnehmend auf Fig. 3 beschrieben. In Fig. 3 bezeichnet ein Bezugszeichen 81a einen Generator, den man durch äquivalente Anordnung einer Gruppe von Generatoren erhält, die nicht gesteuert in der ersten Stufe in einem abgetrennten System angeordnet ist, während Bezugszeichen 81b einen Generator bezeichnet, den man durch äquivalente Anordnung einer Gruppe von Generatoren erhält, die in der ersten Stufe in dem abgetrennten System gesteuert wird. Ein Bezugszeichen 82a repräsentiert eine Last, die man durch äquivalente Anordnung von Lasten, die während einer Störung in dem abgetrennten System abfallen, erhält, wogegen ein Bezugszeichen 82b eine Last repräsentiert, die man durch eine äquivalente Anordnung der verbleibenden Lasten in dem abgetrennten System erhält. Ein Bezugszeichen 83a zeigt einen Schalter zur äquivalenten Simulation einer Generatorabschaltung auf der ersten Stufe, ein Bezugszeichen 83b zeigt einen Schalter zur äquivalenten Simulation einer Leitungsunterbrechung einer Verbindungsleitung und ein Bezugszeichen 83c zeigt einen Schalter zum Simulieren eines Lastabfalls während der Störung. Ein Bezugszeichen 84 bezeichnet eine Energieleitung zur Verbindung des abgetrennten Systems mit einem Hauptsystem, und ein Bezugszeichen 85 bezeichnet das Hauptsystem. In diesem Fall ist der Generatorabfall zur Steuerung des Bedarfs-Versorgungsgleichgewichts in dem abgetrennten System zum Zeitpunkt der Unterbrechung der Verbindungsleitung in dem Zustand, in dem ein sich ständig verändernder Strom in der Verbindungsleitung von dem abgetrennten System zum Hauptsystem geschickt wird, erforderlich. Dieser Steuerwert wird üblicherweise so gewählt, daß er dem sich ständig ändernden Strom in der Verbindungsleitung entspricht, oder so bestimmt, daß er die tatsächliche Frequenzabweichung ausgleicht. Hier ist der Steuerwert das Ausgangssignal des Generators 81b.
In Fig. 3 bezeichnet PG1 eine mechanische Eingangsleistung in den Generator 81a, M&sub1; bezeichnet eine Trägheitskonstante des Generators 81a; PG2 repräsentiert eine mechanische Eingangsleistung in den Generator 81b, M&sub2; repräsentiert eine Trägheitskonstante des Generators 81b, Pdrop zeigt eine Wirkleistungskomponente der Last 82a, PL zeigt eine Wirkleistungskomponente der Last 82b, und PT bezeichnet einen in der Energieleitung 84 fließenden, sich ständig ändernden Strom (all diese Werte werden durch eine Einheitenmethode repräsentiert, die auf einer Referenzkapazität des Systems basiert).
Die Regelungswirkung des Generators 81a nimmt eine Charakteristik an, wie in Fig. 4 gezeigt, und wird durch die Gleichung (3) ausgedrückt.
PG1 = PG10(1 - KG/100·Δf) . . . (3)
Andererseits verhält sich die Frequenzcharakteristik der Last 82b, wie in Fig. 5 gezeigt, und wird durch Gleichung (4) ausgedrückt.
PL = PL=(1 + KL/100·Δf) . . . (4)
wobei
KG; eine Frequenzcharakteristik-Konstante einer Erzeugungskraft (%/Hz)
KL; eine Frequenzcharakteristik-Konstante einer Last (%/Hz)
Δf; eine Abweichung (Hz) von einer Referenzfrequenz
Suffix 0; ein Wert (Anfangswert) vor einer Zustandsänderung (Systemabtrennung) ist.
KG und KL sind Werte, die fast notwendigerweise durch das System definiert werden. Zusätzlich wird die Annäherung der Regelungswirkung durch die Gleichung (3) in einem Bereich von vier bis fünf Sekunden nach der Zustandsänderung weitestgehend herbeigeführt.
Es wird jetzt angenommen, daß eine Leitungsunterbrechung der Energieleitung 84, ein Abfall der Last 82a und ein Abschalten des Generators 81b stattfinden. Insbesondere wenn die Schalter 83a, 83b und 83c gleichzeitig geöffnet werden, wird der Frequenzverlauf in dem System weitestgehend durch eine in Gleichung (5) gezeigte Differentialgleichung beeinflußt.
wobei fb eine Systemreferenzfrequenz ist. Inzwischen ist, da
PG10 + PG20 = PT + Pdrop + PL0 . . . (6)
erreicht ist, der Anfangszustand vor der Zustandsänderung
erreicht, wenn Ru als ein Wert angenommen wird, den man durch Normalisieren einer Bedarfs-Versorgungs-Ungleichgewichtskomponente in dem abgetrennten System nach dem Auftreten der Abtrennung mit einer abgetrennten Systemkapazität erhält.
Durch Modifizieren und Umstellen der Gleichung (5) durch die Verwendung der Beziehung aus Gleichung (7) erhält man
Durch Lösen dieser Gleichung (8) mit der Anfangsbedingung Δf(0) = 0 Hz ergibt sich
Nimmt man nun an, daß, wenn tr Sekunden vergangen sind, nachdem die Frequenzabweichung Δf in dem abgetrennten System einen besonderen, vorbestimmten Wert Δf, überschritten hat, die Frequenzabweichung Δfp ist, erhält man diesen Wert wie folgt aus der Gleichung (9):
Aus Gleichung (10) ist leicht erkennbar, daß die Frequenzabweichung Δfp für Ru zwangsläufig bestimmt wird, wenn der Betriebszustand des Generators in dem abgetrennten System, d. h. PG10/M&sub1;, unverändert bleibt. Die Beziehung zwischen beiden ist durch eine lineare Gleichung gegeben, wie in Fig. 7 gezeigt. Dadurch erhält man durch Annäherung der Beziehung zwischen der Frequenzabweichung Δfp und Ru, die sich durch Normieren mit der Kapazität des abgetrennten Systems ergibt, die Bedarfs-Versorgungs-Ungleichgewichtskomponente in dem abgetrennten System nach der Abtrennung durch
Ru = AΔfp + B . . . (11)
(wobei A und B Konstanten sind)
und durch Online-Einstellen der Annäherung, die auf der Basis der Verwendung der Gleichung (10) vorgenommen wird, sofort Ru aus der Frequenzabweichung Δfp einer repräsentativen Energiestation, wenn die Systemabtrennung auftritt. Darüber hinaus wird der Annahmewert Pdrop eines Lastabfallbetrages aus der Beziehung der Gleichung (7) errechnet durch
Pdro = PG10·Ru - PT + PG20 . . . (12).
Dazu wird, da PG10, PG20 und PT als Vorabinformation vor der Zustandsänderung gesetzt werden können, lediglich Δfp als Online-Daten nach der Zustandsänderung benötigt.
Als nächstes wird eine Ausführungsform des auf dem oben erwähnten Lastabfallannahmeprinzips basierenden Systemstabilisators und dessen Betrieb unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 8 beinhaltet ein gesamtes System ein Hauptsystem 1a; einen zu der Hauptsystemseite gehörenden Trennschalter 11 einer Verbindungsleitung 4; eine Kommunikationsleitung 12 zum Senden von Informationen des Trennschalters 11 an einen Systemstabilisator; ein zu steuerndes, abgetrenntes System 2a; einen Bus 20 einer zu der Seite des abgetrennten Systems 2a gehörenden, repräsentativen Energiestation; einen zu der Seite des abgetrennten Systems 2a gehörenden Versorgungsleitungstrennschalter 21; Versorgungstrennschalter 22a bis 22m von Lasten, die in dem abgetrennten System zu steuern sind; einen aus einem Spannungswandler PT zum Messen eines sich ständig verändernden Stromes auf der Verbindungsleitung 4 und einem Stromwandler CT gebildeten Leistungssensor 23; Leistungssensoren 24a bis 24m, von denen jeder aus PT und CT gebildet ist, zum Messen von Wirkleistungskomponenten der in dem abgetrennten System zu steuernden Lasten; eine Kommunikationsleitung 25a zum Senden von Daten des sich ständig verändernden Stromes auf der Verbindungsleitung an den Systemstabilisator; eine Kommunikationsleitung 26a zum Senden von Informationen des Trennschalters 21 an den Systemstabilisator; Kommunikationsleitungen 27a bis 27m zum Senden von Wirkleistungsdaten der zu steuernden Lasten an den Systemstabilisator; einen Sensor 28 zum Messen einer Frequenz der repräsentativen Energiestation; ein Steuerkabel 29 zum Eingeben der Frequenz der repräsentativen Energiestation in den Systemstabilisator; eine Gruppe von in dem abgetrennten System zu steuernden Lasten 30a bis 30m; alle zu dem abgetrennten System gehörenden Generatoren 31a bis 31n; Leistungssensoren 32a bis 32n, von denen jeder aus den Wandlern PT und CT gebildet ist, zum Messen der abgegebenen Wirkleistungen der zu dem abgetrennten System gehörenden Generatoren; Kommunikationsleitungen 33a bis 33n zum Senden von Wirkleistungsausgangsdaten der zu dem abgetrennten System gehörenden Generatoren an den Systemstabilisator; Trennschalter 34a bis 34n zum Schalten der zu dem abgetrennten System gehörenden Generatoren und die Verbindungsleitung 4 zum Verbinden des abgetrennten Systems 2a mit dem Hauptsystem Ia.
Ein Systemstabilisator 6 ist in der repräsentativen Energiestation in dem abgetrennten System installiert und beinhaltet Eingangswandlerschaltungen 61a bis 61n zum Messen der Wirkleistungen der Generatoren, eine Eingangswandlerschaltung 62a zum Messen des sich ständig verändernden Stromes auf der Verbindungsleitung, eine Eingangsschaltung 62b für Informationen über die Trennschalter für die Verbindungsleitung, eine einen Mikroprozessor verwendende arithmetische Verarbeitungseinheit 62, eine Sperreinrichtung 64, eine Ausgangsschaltung 65 für ein Schaltsignal, eine Eingangswandlerschaltung 67 zum Messen einer Frequenz der repräsentativen Energiestation und Eingangswandlerschaltungen 68a bis 68m zum Messen von Wirkleistungskomponenten der zu steuernden Lasten. Ein Schaltsteuersignal wird von dem Systemstabilisator an die zu steuernden Generatoren und die Trennschalter für die Lasten abgegeben.
Der Betrieb des vorliegenden Stabilisators wird als nächstes beschrieben.
Spannungs- und Stromdaten, die durch die Leistungssensoren 23, 24a bis 24m und 32a bis 32n, von denen jeder aus einem Spannungswandler PT und einem Stromwandler CT gebildet ist, erfaßt werden, werden durch die Kommunikationsleitungen 25a, 27a bis 27m und 33a bis 33n an den Konstantsystemstabilisator eingegeben. Die Eingangswandlerschaltungen 62a, 68a bis 68m, 61a bis 61n etc., von denen jede aus einer Filterschaltung für eine harmonische Komponente und eine Einschaltschwingungskomponente, einem Wirkleistungswandler zum Ableiten der Wirkleistung, einem A/D-Wandler zum Wandeln eines analogen Betrages in einen digitalen usw. gebildet ist, berechnen einen sich ständig verändernden Strom Ps der Verbindungsleitung, Wirkleistungskomponenten der zu steuernden Lasten und Wirkleistungsabgaben der Generatoren und geben diese, nachdem sie in digitale Beträge gewandelt sind, an die einen Mikroprozessor verwendende Arithmetikverarbeitungseinheit 62. Die Spannungsdaten des Busses 20 des repräsentativen Kraftwerkes, die durch den Sensor 28, welcher aus einem Potentialwandler PT gebildet ist, erfaßt werden, werden zum Messen der Frequenz der repräsentativen Energiestation durch das Steuerkabel 29 ebenfalls an die Eingangswandlerschaltung 67 gesendet, welche durch eine Filterschaltung, eine Frequenzberechnungsschaltung, einen A/D-Wandler usw. gebildet ist, und nach der Umwandlung in Frequenzdaten an die Einheit 63 ausgegeben. Andererseits werden Informationen der Trennschalter 11 und 21 der Verbindungsleitung 4 durch die Kommunikationsleitungen 12 und 26a in die Eingangsschaltung 62b eingegeben. Die Eingangsschaltung 62b erzeugt ein Leitungs-Unterbrechungssignal für die arithmetische Verarbeitungseinheit 62, sobald die Schaltung 62b die Tatsache erfaßt, daß ein System abgetrennt und in einen Einzelbetriebszustand zu bringen ist, nachdem eine Leitungsunterbrechung auf der Verbindungsleitung aufgetreten ist. Die Einheit 63 führt die Gleichgewichtssteuerung der Bedarfs-Versorgungsbeziehung in dem abgetrennten System entsprechend einem in Fig. 9 gezeigten Flußdiagramm aus. Hier ist anzumerken, daß das Flußdiagramm in Fig. 9 beispielhaft einen Fall annimmt, bei dem zur Bedarfs-Versorgungs-Gleichgewichtssteuerung in dem abgetrennten System eine Generatorabschaltung in einem Zustand ausgeführt wird, in welchem ein sich ständig verändernder Strom von dem abgetrennten System abgegeben wird.
In Fig. 9 berechnet ein periodisch aufgerufener Anfangsblock 90 einen Steuerwert der ersten Stufe. Ein Verarbeitungsblock 91 errechnet den Wert der ersten Stufe auf der Basis von Daten des sich ständig verändernden Stromes der Verbindungsleitung. Ein Verarbeitungsblock 92 führt eine arithmetische Optimalkombinationsermittlung der in der ersten Stufe zu steuernden Generatoren unter Berücksichtigung des durch den Block 91 berechneten Steuerwertes aus. Ein in dem Block 92 ausgewähltes Steuermuster wird beibehalten, bis es in der nächsten Periode aktualisiert wird. Ein Entscheidungsblock 93 entscheidet, ob eine Leitungsunterbrechung aufgetreten ist. Als Reaktion auf die Erfassung der Erzeugung der Leitungsunterbrechung geht die Steuerung sofort zu einem Verarbeitungsblock 94 zum Ausführen der Steuerung auf der ersten Stufe. Ein Entscheidungsblock 95 entscheidet, ob die Frequenz der repräsentativen Energiestation einen vorgeschriebenen Abweichungswert Δfr überschreitet oder nicht, und in dem Fall, in dem die Frequenz diesen Wert nicht überschreitet, wird die Steuerung beendet. Im Gegensatz dazu geht, wenn die Frequenz die vorgeschriebene Abweichung Δfr überschreitet, die Steuerung zu einem Verarbeitungsblock 96 zum Errechnen eines Gesamtlastabfalls Pdrop auf der Basis der unter Verwendung der Gleichungen (11) und (12) getroffenen Annahmen. Ein Verarbeitungsblock 97 führt eine arithmetische Optimalkombinationsermittlung der entsprechend Pdrop zu steuernden Generatoren aus. Die in dem Block 97 ausgewählten Generatoren werden in dem Verarbeitungsblock 98 abgeschaltet, um die Steuerung auf der zweiten Stufe auszuführen. Ein Abschlußblock 99 beendet die Steuerserie.
Es ist anzumerken, daß die vorgeschriebene Frequenzabweichung Δfr in Anbetracht der Frequenz zum Garantieren eines kontinuierlichen Betriebes eines Turbogenerators und einer Blindregelungssektion usw. auf Werte im Bereich von 0,3 bis 0,5 Hz gesetzt werden kann. Zusätzlich kann durch Auswahl einer zeitlichen Änderung von Δfr zu Δfp von etwa einer Sekunde, wie in Fig. 10 gezeigt, die Annahme des Lastabfalls durch eine Filterwirkung mit hoher Genauigkeit erreicht werden, auch wenn eine Leistungsschwankung einer Frequenzschwankung überlagert ist. In dem Fall, in dem sich der Betriebszustand des Generators oder PG10/M&sub1; in Gleichung (10) über die Zeit stark verändert, kann dieses Problem durch Vorsehen mehrerer Lastabfalls-Annahmekurven gelöst werden, die den veränderlichen Werten entsprechen, wie in Fig. 11 gezeigt. Auf diese Weise kann eine vom Betriebszustand des Generators abhängende Lastabfallsannahme ausgeführt werden, weil PG10 und M&sub1; als Vorabinformationen bekannt sind. Durch Verwendung des Systemstabilisators 6 bleibt die Frequenz in dem abgetrennten System 2a im wesentlichen unverändert, ohne durch die Energiestation beeinflußt zu werden, und die Bedarfs-Versorgungs-Ungleichgewichtskomponente in dem abgetrennten System 2a wird normalisiert. Aus diesem Grunde kann die Beziehung zwischen einem Wert in einer bestimmten Zeit, nachdem die Frequenz einen vorbestimmten Wert überschritten hat, und dem Normalisierungswert fast notwendigerweise bestimmt werden. Unter Beachtung dieser Beziehung wird der Lastabfallbetrag auf der Basis der Beziehung zwischen dem Wechsel in der Frequenz und einem Bedarfs-Versorgungs-Ungleichgewichtsbetrag angenommen, um eine Korrektursteuerung zum Stabilisieren des abgetrennten Systems auszuführen.
Obwohl die oben erwähnte Ausführungsform auf einen Fall gerichtet ist, bei dem der Generator von der Übertragung eines sich ständig verändernden Stromes auf der Verbindungsleitung unterbrochen wird, kann die vorliegende Erfindung auch auf den Fall angewendet werden, in dem eine Lastabschaltung in der Form einer Bedarfs-Versorgungs-Gleichgewichtssteuerung in dem abgetrennten System durch einen Empfang eines sich ständig verändernden Stromes auf der Verbindungsleitung ausgeführt wird. In diesem auf der gleichen Idee basierenden Fall wird ein Lastabfallbetrag anhand der Frequenz der repräsentativen Energiestation angenommen, so daß damit der angenommene Betrag in die Steuerung gespiegelt werden kann. In solch einem Fall ist jedoch die Form einer einstufigen Steuerung zum Ausführen der notwendigen Steuerung auf der Stufe der Beendigung der Lastabfallannahme eher wünschenswert als die Form der zweistufigen Steuerung zum Ausführen der Korrektursteuerung für eine Lastabfallkomponente nach der Ausführung der ersten Steuerstufe wie im Fall des gesendeten, sich ständig verändernden Stromes (weil die Ausführung einer Generatorabschaltung im Falle eines großen Betrages des Lastabfalles erforderlich ist).
Obwohl darüber hinaus in der oben beschriebenen Ausführungsform die Lastabfallannahme unter Verwendung der Frequenzabweichung Δfp während der konstanten Zeit tr (Sekunden), nachdem die Frequenz der repräsentativen Energiestation einen vorbestimmten Abweichungswert Δf, überschritten hat, ausgeführt wurde, kann eine gleichartige Lastabfallannahme durch Verwendung eines Spitzenwertes der Frequenz, einer stationären Frequenzabweichung usw., ausgeführt werden.
Da der Stabilisator für ein Energieversorgungssystem der Erfindung, wie oben beschrieben, die Annahme eines Gesamtlastabfallbetrages eines abgetrennten Systems durch eine einfache lineare Gleichung unter Verwendung der Frequenz ausführt, nachdem die Unterbrechungsstörung an der repräsentativen, durch eine Störung der Verbindungsleitung abgetrennten Energiestation des Energieversorgungssystems beseitigt ist, und dann das Bedarfs-Versorgungs-Gleichgewicht auf der Basis dieses Betrages steuert, kann die Lastabfallannahme des Energieversorgungssystemes ohne Verwendung einer Lastknotenspannung getroffen werden. Als Ergebnis ist die vorliegende Erfindung auf ein System mit einer großen Anzahl von Stationen und Knoten anwendbar.
Weiterhin kann die Lastabfallannahme in dem abgetrennten Energieversorgungssystem unter Verwendung einer einfachen Annahmegleichung ausgeführt werden, die Struktur des arithmetischen Verarbeitungsmittels kann vereinfacht werden, um eine gleiche oder verbesserte Präzision einer schnellen Antwort zu ermöglichen, und demnach der Stabilisator für ein Energieversorgungssystem mit fast keinen Fehlfunktionen und geringen Herstellungskosten vorgesehen werden.

Claims

1. Stabilisator für ein Energieversorgungssystem, welcher an einem einzelnen Energieversorgungssystem (getrennten System) (2a) vorgesehen ist, welches aufgrund eines Unfalls zu trennen ist, wodurch eine Verbindungsleitung (4; 84) unterbrochen wird, die mehrere einzelne Energieversorgungssysteme (81a, b) verbindet, um ein großmaßstäbliches Energieversorgungssystem (Hauptsystem) (Ia; 85) zu bilden, wobei die Vielzahl der einzelnen Energieversorgungssysteme (81a, b) Energiestationen wie beispielsweise Kraftwerke (31), Transformatorunterstationen und Lasten (30) enthält, wobei der Energieversorgungssystemstabilisator (6) gekennzeichnet ist durch eine Arithmetikverarbeitungseinrichtung (62), die einen Wert (Pdrop) eines totalen Lastabfalls des getrennten Systems, welcher durch einen Spannungsabfall während des Unfalls verursacht wird, durch eine arithmetische Operation auf der Grundlage einer Differenz (Δfp) zwischen einer Frequenz in einer zum getrennten System (2a) gehörigen repräsentativen Energiestation (81a) und einer Frequenz nach einer konstanten Zeit (tr), nachdem die Frequenz in der repräsentativen Energiestation einen vorbestimmten Wert überschritten hat, annimmt; und eine Regeleinrichtung zur Regelung eines Gleichgewichtes zwischen Bedarf und Versorgung an jeder Energiestation im getrennten System (2a) auf der Grundlage des Annahmewertes (Pdrop), den man durch die Operation der Arithmetikverarbeitungseinrichtung (62) erhält, wobei die Arithmetikverarbeitungseinrichtung (62) eine Arithmetikberechnung eines Lastabfalls Pdrop des getrennten Systems für einen Wert Ru = PG10-PL0/PG10, den man durch Normierung der Kapazität des getrennten Systems erhält, wenn PG10/M&sub1; konstant ist, wobei Δf eine Frequenzabweichung im getrennten System ist, Δfp eine Frequenzabweichung im System nach tr Sekunden ist, nachdem die Frequenzabweichung Δf den vorbestimmten Wert Δf, überschritten hat, wobei die Berechnung auf der Grundlage der folgenden Gleichungen durchgeführt wird:

welche durch die einfache lineare Gleichung

Ru = A · Δfp + B

approximiert wird, um den angenommenen Wert des Lastabfalls als

Pdrop = PG10 · Ru - PT + PG20

zu erhalten, wobei

Ru ein Wert, den man durch Normierung einer Ungleichgewichtskomponente zwischen Bedarf und Versorgung im getrennten System nach Herstellung einer Trennung (Abschalt-Unfall) durch das getrennte System,

KG eine frequenzeigenschaftskonstante einer Erzeugungskraft des getrennten Systems,

KL eine Frequenzeigenschaftskonstante einer Last des getrennten Systems,

M&sub1; eine Eigenschaftskonstante eines außer Kontrolle geratenen Generators,

A, B Konstanten,

PG10 eine mechanische Eingangsgröße des außer Kontrolle geratenen Generators in einer ersten Stufe vor einem Statuswechsel,

PG20 eine mechanische Eingangsgröße des in der ersten Stufe zu regelnden Generators,

PL0 eine effektive Energiekomponente der im getrennten System verbleibenden Lasten (Initialwert),

PT ein sich regelmäßig ändernder Strom der effektiven Energie,

fb eine Systemreferenzfrequenz sind.

2. Stabilisator für ein Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Arithmetikverarbeitungseinrichtung (62) aus einer einen Mikroprozessor verwendenden Arithmetikprozessoreinheit besteht.

3. Stabilisator für ein Energieversorgungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Regeleinrichtung eine Regelung zur Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtes zwischen einer Versorgungsseite und einer Bedarfsseite vornimmt, indem ein Steuersignal an einen Trennschalter zum Auftrennen einer elektrischen Verbindung der im getrennten System vorgesehenen einzelnen Energiestationen (81a, b) mit dem System auf der Grundlage eines von der Arithmetikverarbeitungseinrichtung (62) erzeugten arithmetischen Operationsergebnis übermittelt.

4. Stabilisator für ein Energieversorgungssystem nach Anspruch 3, bei welchem die Regeleinrichtung ein Ausgangssignal an einen im getrennten System (2a) vorgesehenen Generator (31a bis n) und einen Trennschalter (34a bis n) zur Auslösung einer Unterbrechung einer elektrischen Verbindung mit dem System übermittelt.

5. Stabilisator für ein Energieversorgungssystem nach Anspruch 3, bei welchem die Regeleinrichtung das Steuersignal an verschiedene im getrennten System (2a) vorgesehene Lasten und einen Versorgungstrennschalter (21) zur Unterbrechung einer elektrischen Verbindung mit dem getrennten System (2a) übermittelt.