防止低周跳電的小電網供電系統的製作方法

2023-05-11 00:30:01

專利名稱：防止低周跳電的小電網供電系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及小電網的防止低周跳電技術，更具體地說是涉及一種防止低周跳 電的小電網供電系統。
背景技術：
在小電網的電氣系統中，如圖1所示，通常由發電機組1、變電所2、大功率用戶降 壓變壓器3、一般性負載4以及衝擊性負載5等組成。衝擊性負載5的有功衝擊將引起電 網頻率的波動，頻率波動的大小大致與衝擊負荷大小成正比，與電網容量大小成反比。當 小電網的用戶帶若干個大功率衝擊性負載5時，電網頻率會發生較大的波動。在國標GB/ T15945-1995中對於電網的頻率波動作了規定，其中大電網不得超過0. 2Hz，小電網不得超 過0.5Hz。但在實際應用中，小電網帶大功率衝擊負載時，頻率的波動常常超過0.5Hz。例 如短路容量為100M的小電網帶多臺衝擊功率約3M的負載時，頻率的波動常超過1. OHz,當 這種波動超過1. 2Hz時，圖1中變電所2的OFn開關會低周跳電，以避免全電網系統不崩 潰。由此可見，現有技術中並沒有在用戶端實時測控並計算電網耐負載衝擊的強度的監測 設備，來適度地控制大功率衝擊負載的大小。

實用新型內容針對現有技術中存在的小電網因多臺大功率衝擊性負載的衝擊而引起的低周跳 電問題，本實用新型的目的是提供一種防止低周跳電的小電網供電系統，可以避免因多臺 大功率衝擊性負載衝擊疊加引起的電網低周跳電。為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案一種防止低周跳電的小電網供電系統，包括發電機組、與發電機組依次連接的變 電所、大功率用戶的降壓變壓器以及衝擊性負載，所述小電網系統還包括防跳電機構，防跳 電機構的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機構的輸出端與衝擊性負載的輸入端 連接。所述防跳電機構包括數據採集單元、控制單元以及錯峰控制單元，所述的數據採 集單元的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，控制單元的輸入端與數據採集單元的輸入端 連接；錯峰控制單元位於降壓變壓器與衝擊性負載之間，控制單元還通過數據採集單元的 通信接口與錯峰控制單元實現雙向通信連接。所述數據採集單元包括頻率變送器、有功變送器，頻率變送器、有功變送器分別設 於降壓變壓器與控制單元之間。所述控制單元包括電網能力計算單元以及接收電網仿真曲線的信號接口，電網能 力計算單元的輸入端分別與頻率變送器、有功變送器的輸出端連接。與現有技術相比，採用本實用新型一種防止低周跳電的小電網供電系統，包括發 電機組、與發電機組依次連接的變電所、大功率用戶的降壓變壓器以及衝擊性負載，所述小 電網系統還包括防跳電機構，防跳電機構的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機
3構的輸出端與衝擊性負載的輸入端連接。由於採用了防跳電機構，可以方便的獲取當前用 戶和電網的實時運行數據，通過計算小電網系統耐負載衝擊的能力，並對衝擊性負載實施 錯峰控制，使負載衝擊的總量總是被限制在電網能承受的範圍之內，避免因多臺大功率衝 擊性負載衝擊疊加引起的電網低周跳電。

圖1是現有技術中小電網供配電系統的結構示意圖；圖2是本實用新型的防止低周跳電的小電網供電系統的結構示意圖；圖3是圖2中數據採集單元、控制單元與衝擊性負載的原理示意圖；圖4a和圖4b是圖2中電網仿真曲線的示意圖；圖5是本實用新型中的電網能力計算單元的原理示意圖；圖6是本實用新型中的安全係數函數發生器的關係示意圖；圖7是本實用新型中的錯峰控制單元的原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例進一步說明本實用新型的技術方案。請參閱圖2、圖3所示的一種防止低周跳電的小電網供電系統10，包括發電機組 11、與發電機組11依次連接的變電所12、大功率用戶的降壓變壓器13以及衝擊性負載14， 所述小電網系統還包括防跳電機構15，防跳電機構15的輸入端與降壓變壓器13的輸出端 連接，防跳電機構15的輸出端與衝擊性負載14的輸入端連接。防跳電機構15包括數據採 集單元151、控制單元152以及錯峰控制單153，所述的數據採集單元151的輸入端與降壓 變壓器13的輸出端連接，控制單元152的輸入端與數據採集單元151的輸入端連接；錯峰 控制單元153位於降壓變壓器13與衝擊性負載14之間，控制單元152還通過數據採集單 元151的通信接口與錯峰控制單元153實現雙向通信連接。數據採集單元151包括頻率變 送器1511、有功變送器1512，頻率變送器1511、有功變送器1512分別設於降壓變壓器13與 控制單元152之間。控制單元152包括電網能力計算單元1521 (參見圖5)以及接收電網 仿真曲線的信號接口 1522，電網能力計算單1521的輸入端分別與頻率變送器1511、有功變 送器1512的輸出端連接。上述的控制單元152的其硬體可以由PLC及其通訊網絡系統組 成。控制單元152通過「電網仿真曲線」的讀取獲得運行電網基本能力的相關數據，通過數 據採集單元151獲取電網和衝擊性負載14的實時數據，最終由錯峰控制單元153完成大功 率衝擊性負載14的錯峰控制。「電網仿真曲線」由電力公司提供，當然也可以是經驗數據， 它是反映電網在最大允許頻率波動的條件限制下，電網耐受負載衝擊的一組曲線。如圖4a、 4b所示的電網在IHZ的頻率波動限值下，兩種不同運行方式下的兩組(基本負荷PS)-(允 許衝擊負荷Pl)的曲線，可以看出，不同運行方式、不同基本負荷PS下，電網耐受負載衝擊 量Pl的大小是不同的，但Pl與PS總是成反比的。從「電網仿真曲線」上能讀出電網對用 戶衝擊負載的限制量P1，但這個Pl是已經包含了大功率的衝擊性負載14用戶在內的限值， 當大功率的衝擊性負載14發生變化時，這個Pl也是變化的，並且總是滯後於大功率用戶的 負載變化。因此，在使用Pl時，必須考慮如下幾個因素1)供電系統的慣性電網的容量越 大則慣性越大，反之亦然。2)當頻率偏差較大時，意味著系統已接近崩潰的邊緣，此時的Pl 4值應降格使用，反之亦然。3)大多數大功率的衝擊性負載14不允許在工作過程中中途停 止，因此在測算用戶的當前負載時，還要考慮負載的最終增長量。再請參閱圖5所示的電網能力計算單元1521，其中21、24為電子開關，23為死區 控制器，22為PI調節器，25為Pl-PS曲線，26為平均值運算器，27為加法器，28安全係數發 生器，29為比例係數放大器。圖中的輸入量Af為頻率差，PS為電網基本負荷，P2為大功 率用戶實時負荷值，這三個值可通過數據採集單元151運用常規技術可獲取。而運行方式 可通過人工來確定，一般情況下是不變的，只有在故障或檢修時才變化。P4為衝擊負載的 預測值，可從下述的錯峰控制單元153中獲取。過程量P1為電網耐衝擊負荷的限值，可從 Pl-PS曲線中直接讀取，P3為用戶平均負荷，K為理論計算出的安全係數，K為工程實際應用 時的安全係數。輸出量P5為供電系統允許用戶的負荷衝擊值。電子開關(21、23)以及死 區控制器24用於消除電網頻率波動影響。在一定的頻率波動範圍內，可認為電網頻率是穩 定的，電子開關23的輸出為0，使PI調節器22不工作；當頻率波動超出電子開關23中由用 戶設定的死區門檻頻率Afmin時，電子開關23輸出信號使PI調節器22開始工作。設定 值Afmin的門檻大小與電網的短路容量有關，容量較大時Afmin可取小一些，如0. 05HZ, 容量較小時可取大一些，如0. 1HZ。Pl-Ps曲線25從電網仿真曲線的曲線中讀取電網不同 運行方式、不同基本負荷下允許的衝擊負荷P1。在設計中可將這多組曲線可輸入到控制器 的PLC存儲器中，通過查表方式讀取Pl。運行方式和基本負荷Ps可由電網調度中心遠程輸 入到數據採集器中，也可根據電網當時的實際情況人工輸入。平均值運算器26是一個3秒 平均運算器，用來計算用戶平均負荷。PI調節器22用來反映電網頻率對衝擊負載控制的靈 敏度，它與電網的慣性有關，基本的控制模型為K' =p' Af+p" / Afdt上式中，Af是電網的頻率差，K'是輸出。ρ'是比例係數，ρ〃是積分係數，這兩 個係數可根據電網的實際情況，按照控制理論中穩定性和快速性的一般法則來設定。再請參見圖6所示的安全係數函數發生器28，該發生器實現頻率偏差小時限制 小，偏差大時限制大的設計思想。設計這函數發生器時，要注意設定一定的死區，防止出現 不穩定現象，如圖中的舉例數0.3 ;0. 3以內K = 1，0. 3以外，呈二次曲線，如圖中模擬二次 曲線的多段直線。比例係數放大器29是一個變係數的比例放大器，輸入是加法器27的輸出，比例系 數K就是安全係數發生器28的輸出，輸出Ρ5即是電網對用戶的衝擊功率限制量。1(與？1汴2、？3、？4，？5的關係式為P1-(P2-P3)-P4 = KP5(Ρ2-Ρ3)反映用戶當前負載衝擊量的總和，Ρ4反映用戶所有衝擊負載預測值的總 和。安全係數K體現了在不同頻率偏差下對負載衝擊限制的鬆緊程度。再請參見圖7所示用戶的錯峰控制單元153的原理示意圖，其中30、33、35是電子 開關，31是死區控制器，32是函數發生器，34是一個比較器，36是一個優先順序選擇器。錯 峰控制單元153的控制有三個原則1)在安全的情況下，儘量多地允許負載啟動，以提高用 戶的生產率；2)當電網的頻率已低於下限值時，不允許再有衝擊負載啟動；3)當衝擊負載 已經啟動了時，不能中途停止。Δ ·、Ρ5、Ρ4的定義和前述的一樣。「操作指令」為相應用戶大功率負荷的啟動指令，可通過數據採集單元151得到；「操作允許」是經控制單元152計算後的控制指令，這個 指令決定「操作指令」是否有效。實際設計中，可在原來負載的「操作指令」中串入「操作允 許」的接點即可。Pmax為相應負載的可能出現的最大值，由用戶自己設定。死區控制器31的死區門 檻Afmax也由用戶設定，設定得越小，則是對用戶的限制越嚴，通常設定在IHZ左右。當某臺衝擊性負載的操作指令到來時，電子開關30開通，由比較器34進行 (P5-Pmax)的比較，比較值為正時，才可能允許操作；比較值為負時，則不允許操作。當Af已超過設定的Afmax時，禁止所有的操作指令啟動操作。由於不允許負載中途停止，所以圖5計算用戶荷時要考慮衝擊性負載14可能會以 一定速率增長的因素，函數發生器32是預測該負載可能的增長量，計算公式為P4 = Pmax-Wt (0 < t < t0)其中，w為衝擊性負載的上升斜率，由用戶根據實際情況設定，t為「允許操作」後 的時間，to的大小為t0 = Pmax/w當同時有多臺衝擊性負載有操作指令時，優先順序選擇器36按用戶預先設置的 負載優先順序使電子開關30有效。有效的個數N為N = P5/Pmax (取整)。本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本實用新 型的目的，而並非用作對本實用新型的限定，只要在本實用新型的實質範圍內，對以上所述 實施例的變化、變型都將落在本實用新型的權利要求的範圍內。
權利要求一種防止低周跳電的小電網供電系統，包括發電機組、與發電機組依次連接的變電所、大功率用戶的降壓變壓器以及衝擊性負載，其特徵在於，所述小電網系統還包括防跳電機構，防跳電機構的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機構的輸出端與衝擊性負載的輸入端連接。
2.如權利要求1所述的小電網系統，其特徵在於，所述防跳電機構包括數據採集單元、控制單元以及錯峰控制單元，所述的數據採集單 元的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，控制單元的輸入端與數據採集單元的輸入端連 接；錯峰控制單元位於降壓變壓器與衝擊性負載之間，控制單元還通過數據採集單元的通 信接口與錯峰控制單元實現雙向通信連接。
3.如權利要求2所述的小電網系統，其特徵在於，所述數據採集單元包括頻率變送器、有功變送器，頻率變送器、有功變送器分別設於降 壓變壓器與控制單元之間。
4.如權利要求3所述的小電網系統，其特徵在於，所述控制單元包括電網能力計算單元以及接收電網仿真曲線的信號接口，電網能力計 算單元的輸入端分別與頻率變送器、有功變送器的輸出端連接。
專利摘要本實用新型公開了一種防止低周跳電的小電網供電系統，包括發電機組、與發電機組依次連接的變電所、大功率用戶的降壓變壓器以及衝擊性負載，所述小電網系統還包括防跳電機構，防跳電機構的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機構的輸出端與衝擊性負載的輸入端連接。由於採用了防跳電機構，可以方便的獲取當前用戶和電網的實時運行數據，通過計算小電網系統耐負載衝擊的能力，並對衝擊性負載實施錯峰控制，使負載衝擊的總量總是被限制在電網能承受的範圍之內，避免因多臺大功率衝擊性負載衝擊疊加引起的電網低周跳電。
文檔編號H02J3/00GK201667538SQ20102012902
公開日2010年12月8日 申請日期2010年3月11日 優先權日2010年3月11日
發明者劉珧, 張子才, 黃志剛 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司