專(zhuān)利名稱(chēng)：防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及小電網(wǎng)的防止低周跳電技術(shù)，更具體地說(shuō)是涉及一種防止低周跳 電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在小電網(wǎng)的電氣系統(tǒng)中，如圖1所示，通常由發(fā)電機(jī)組1、變電所2、大功率用戶(hù)降 壓變壓器3、一般性負(fù)載4以及沖擊性負(fù)載5等組成。沖擊性負(fù)載5的有功沖擊將引起電 網(wǎng)頻率的波動(dòng)，頻率波動(dòng)的大小大致與沖擊負(fù)荷大小成正比，與電網(wǎng)容量大小成反比。當(dāng) 小電網(wǎng)的用戶(hù)帶若干個(gè)大功率沖擊性負(fù)載5時(shí)，電網(wǎng)頻率會(huì)發(fā)生較大的波動(dòng)。在國(guó)標(biāo)GB/ T15945-1995中對(duì)于電網(wǎng)的頻率波動(dòng)作了規(guī)定，其中大電網(wǎng)不得超過(guò)0. 2Hz，小電網(wǎng)不得超 過(guò)0.5Hz。但在實(shí)際應(yīng)用中，小電網(wǎng)帶大功率沖擊負(fù)載時(shí)，頻率的波動(dòng)常常超過(guò)0.5Hz。例 如短路容量為100M的小電網(wǎng)帶多臺(tái)沖擊功率約3M的負(fù)載時(shí)，頻率的波動(dòng)常超過(guò)1. OHz,當(dāng) 這種波動(dòng)超過(guò)1. 2Hz時(shí)，圖1中變電所2的OFn開(kāi)關(guān)會(huì)低周跳電，以避免全電網(wǎng)系統(tǒng)不崩 潰。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有在用戶(hù)端實(shí)時(shí)測(cè)控并計(jì)算電網(wǎng)耐負(fù)載沖擊的強(qiáng)度的監(jiān)測(cè) 設(shè)備，來(lái)適度地控制大功率沖擊負(fù)載的大小。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的小電網(wǎng)因多臺(tái)大功率沖擊性負(fù)載的沖擊而引起的低周跳 電問(wèn)題，本實(shí)用新型的目的是提供一種防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)，可以避免因多臺(tái) 大功率沖擊性負(fù)載沖擊疊加引起的電網(wǎng)低周跳電。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組、與發(fā)電機(jī)組依次連接的變 電所、大功率用戶(hù)的降壓變壓器以及沖擊性負(fù)載，所述小電網(wǎng)系統(tǒng)還包括防跳電機(jī)構(gòu)，防跳 電機(jī)構(gòu)的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機(jī)構(gòu)的輸出端與沖擊性負(fù)載的輸入端 連接。所述防跳電機(jī)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集單元、控制單元以及錯(cuò)峰控制單元，所述的數(shù)據(jù)采 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(shù)據(jù)采集單元的輸入端 連接；錯(cuò)峰控制單元位于降壓變壓器與沖擊性負(fù)載之間，控制單元還通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元的 通信接口與錯(cuò)峰控制單元實(shí)現(xiàn)雙向通信連接。所述數(shù)據(jù)采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(shè) 于降壓變壓器與控制單元之間。所述控制單元包括電網(wǎng)能力計(jì)算單元以及接收電網(wǎng)仿真曲線(xiàn)的信號(hào)接口，電網(wǎng)能 力計(jì)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(xiàn)有技術(shù)相比，采用本實(shí)用新型一種防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)，包括發(fā) 電機(jī)組、與發(fā)電機(jī)組依次連接的變電所、大功率用戶(hù)的降壓變壓器以及沖擊性負(fù)載，所述小 電網(wǎng)系統(tǒng)還包括防跳電機(jī)構(gòu)，防跳電機(jī)構(gòu)的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機(jī)
3構(gòu)的輸出端與沖擊性負(fù)載的輸入端連接。由于采用了防跳電機(jī)構(gòu)，可以方便的獲取當(dāng)前用 戶(hù)和電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算小電網(wǎng)系統(tǒng)耐負(fù)載沖擊的能力，并對(duì)沖擊性負(fù)載實(shí)施 錯(cuò)峰控制，使負(fù)載沖擊的總量總是被限制在電網(wǎng)能承受的范圍之內(nèi)，避免因多臺(tái)大功率沖 擊性負(fù)載沖擊疊加引起的電網(wǎng)低周跳電。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中小電網(wǎng)供配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖2中數(shù)據(jù)采集單元、控制單元與沖擊性負(fù)載的原理示意圖；圖4a和圖4b是圖2中電網(wǎng)仿真曲線(xiàn)的示意圖；圖5是本實(shí)用新型中的電網(wǎng)能力計(jì)算單元的原理示意圖；圖6是本實(shí)用新型中的安全系數(shù)函數(shù)發(fā)生器的關(guān)系示意圖；圖7是本實(shí)用新型中的錯(cuò)峰控制單元的原理示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。請(qǐng)參閱圖2、圖3所示的一種防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)10，包括發(fā)電機(jī)組 11、與發(fā)電機(jī)組11依次連接的變電所12、大功率用戶(hù)的降壓變壓器13以及沖擊性負(fù)載14， 所述小電網(wǎng)系統(tǒng)還包括防跳電機(jī)構(gòu)15，防跳電機(jī)構(gòu)15的輸入端與降壓變壓器13的輸出端 連接，防跳電機(jī)構(gòu)15的輸出端與沖擊性負(fù)載14的輸入端連接。防跳電機(jī)構(gòu)15包括數(shù)據(jù)采 集單元151、控制單元152以及錯(cuò)峰控制單153，所述的數(shù)據(jù)采集單元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(shù)據(jù)采集單元151的輸入端連接；錯(cuò)峰 控制單元153位于降壓變壓器13與沖擊性負(fù)載14之間，控制單元152還通過(guò)數(shù)據(jù)采集單 元151的通信接口與錯(cuò)峰控制單元153實(shí)現(xiàn)雙向通信連接。數(shù)據(jù)采集單元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(shè)于降壓變壓器13與 控制單元152之間?？刂茊卧?52包括電網(wǎng)能力計(jì)算單元1521 (參見(jiàn)圖5)以及接收電網(wǎng) 仿真曲線(xiàn)的信號(hào)接口 1522，電網(wǎng)能力計(jì)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的其硬件可以由PLC及其通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組 成?？刂茊卧?52通過(guò)“電網(wǎng)仿真曲線(xiàn)”的讀取獲得運(yùn)行電網(wǎng)基本能力的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù) 據(jù)采集單元151獲取電網(wǎng)和沖擊性負(fù)載14的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，最終由錯(cuò)峰控制單元153完成大功 率沖擊性負(fù)載14的錯(cuò)峰控制?！半娋W(wǎng)仿真曲線(xiàn)”由電力公司提供，當(dāng)然也可以是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)， 它是反映電網(wǎng)在最大允許頻率波動(dòng)的條件限制下，電網(wǎng)耐受負(fù)載沖擊的一組曲線(xiàn)。如圖4a、 4b所示的電網(wǎng)在IHZ的頻率波動(dòng)限值下，兩種不同運(yùn)行方式下的兩組(基本負(fù)荷PS)-(允 許沖擊負(fù)荷Pl)的曲線(xiàn)，可以看出，不同運(yùn)行方式、不同基本負(fù)荷PS下，電網(wǎng)耐受負(fù)載沖擊 量Pl的大小是不同的，但Pl與PS總是成反比的。從“電網(wǎng)仿真曲線(xiàn)”上能讀出電網(wǎng)對(duì)用 戶(hù)沖擊負(fù)載的限制量P1，但這個(gè)Pl是已經(jīng)包含了大功率的沖擊性負(fù)載14用戶(hù)在內(nèi)的限值， 當(dāng)大功率的沖擊性負(fù)載14發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)Pl也是變化的，并且總是滯后于大功率用戶(hù)的 負(fù)載變化。因此，在使用Pl時(shí)，必須考慮如下幾個(gè)因素1)供電系統(tǒng)的慣性電網(wǎng)的容量越 大則慣性越大，反之亦然。2)當(dāng)頻率偏差較大時(shí)，意味著系統(tǒng)已接近崩潰的邊緣，此時(shí)的Pl 4值應(yīng)降格使用，反之亦然。3)大多數(shù)大功率的沖擊性負(fù)載14不允許在工作過(guò)程中中途停 止，因此在測(cè)算用戶(hù)的當(dāng)前負(fù)載時(shí)，還要考慮負(fù)載的最終增長(zhǎng)量。再請(qǐng)參閱圖5所示的電網(wǎng)能力計(jì)算單元1521，其中21、24為電子開(kāi)關(guān)，23為死區(qū) 控制器，22為PI調(diào)節(jié)器，25為Pl-PS曲線(xiàn)，26為平均值運(yùn)算器，27為加法器，28安全系數(shù)發(fā) 生器，29為比例系數(shù)放大器。圖中的輸入量Af為頻率差，PS為電網(wǎng)基本負(fù)荷，P2為大功 率用戶(hù)實(shí)時(shí)負(fù)荷值，這三個(gè)值可通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元151運(yùn)用常規(guī)技術(shù)可獲取。而運(yùn)行方式 可通過(guò)人工來(lái)確定，一般情況下是不變的，只有在故障或檢修時(shí)才變化。P4為沖擊負(fù)載的 預(yù)測(cè)值，可從下述的錯(cuò)峰控制單元153中獲取。過(guò)程量P1為電網(wǎng)耐沖擊負(fù)荷的限值，可從 Pl-PS曲線(xiàn)中直接讀取，P3為用戶(hù)平均負(fù)荷，K為理論計(jì)算出的安全系數(shù)，K為工程實(shí)際應(yīng)用 時(shí)的安全系數(shù)。輸出量P5為供電系統(tǒng)允許用戶(hù)的負(fù)荷沖擊值。電子開(kāi)關(guān)(21、23)以及死 區(qū)控制器24用于消除電網(wǎng)頻率波動(dòng)影響。在一定的頻率波動(dòng)范圍內(nèi)，可認(rèn)為電網(wǎng)頻率是穩(wěn) 定的，電子開(kāi)關(guān)23的輸出為0，使PI調(diào)節(jié)器22不工作；當(dāng)頻率波動(dòng)超出電子開(kāi)關(guān)23中由用 戶(hù)設(shè)定的死區(qū)門(mén)檻頻率Afmin時(shí)，電子開(kāi)關(guān)23輸出信號(hào)使PI調(diào)節(jié)器22開(kāi)始工作。設(shè)定 值A(chǔ)fmin的門(mén)檻大小與電網(wǎng)的短路容量有關(guān)，容量較大時(shí)Afmin可取小一些，如0. 05HZ, 容量較小時(shí)可取大一些，如0. 1HZ。Pl-Ps曲線(xiàn)25從電網(wǎng)仿真曲線(xiàn)的曲線(xiàn)中讀取電網(wǎng)不同 運(yùn)行方式、不同基本負(fù)荷下允許的沖擊負(fù)荷P1。在設(shè)計(jì)中可將這多組曲線(xiàn)可輸入到控制器 的PLC存儲(chǔ)器中，通過(guò)查表方式讀取Pl。運(yùn)行方式和基本負(fù)荷Ps可由電網(wǎng)調(diào)度中心遠(yuǎn)程輸 入到數(shù)據(jù)采集器中，也可根據(jù)電網(wǎng)當(dāng)時(shí)的實(shí)際情況人工輸入。平均值運(yùn)算器26是一個(gè)3秒 平均運(yùn)算器，用來(lái)計(jì)算用戶(hù)平均負(fù)荷。PI調(diào)節(jié)器22用來(lái)反映電網(wǎng)頻率對(duì)沖擊負(fù)載控制的靈 敏度，它與電網(wǎng)的慣性有關(guān)，基本的控制模型為K' =p' Af+p" / Afdt上式中，Af是電網(wǎng)的頻率差，K'是輸出。ρ'是比例系數(shù)，ρ〃是積分系數(shù)，這兩 個(gè)系數(shù)可根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)際情況，按照控制理論中穩(wěn)定性和快速性的一般法則來(lái)設(shè)定。再請(qǐng)參見(jiàn)圖6所示的安全系數(shù)函數(shù)發(fā)生器28，該發(fā)生器實(shí)現(xiàn)頻率偏差小時(shí)限制 小，偏差大時(shí)限制大的設(shè)計(jì)思想。設(shè)計(jì)這函數(shù)發(fā)生器時(shí)，要注意設(shè)定一定的死區(qū)，防止出現(xiàn) 不穩(wěn)定現(xiàn)象，如圖中的舉例數(shù)0.3 ;0. 3以?xún)?nèi)K = 1，0. 3以外，呈二次曲線(xiàn)，如圖中模擬二次 曲線(xiàn)的多段直線(xiàn)。比例系數(shù)放大器29是一個(gè)變系數(shù)的比例放大器，輸入是加法器27的輸出，比例系 數(shù)K就是安全系數(shù)發(fā)生器28的輸出，輸出Ρ5即是電網(wǎng)對(duì)用戶(hù)的沖擊功率限制量。1(與？1汴2、？3、？4，？5的關(guān)系式為P1-(P2-P3)-P4 = KP5(Ρ2-Ρ3)反映用戶(hù)當(dāng)前負(fù)載沖擊量的總和，Ρ4反映用戶(hù)所有沖擊負(fù)載預(yù)測(cè)值的總 和。安全系數(shù)K體現(xiàn)了在不同頻率偏差下對(duì)負(fù)載沖擊限制的松緊程度。再請(qǐng)參見(jiàn)圖7所示用戶(hù)的錯(cuò)峰控制單元153的原理示意圖，其中30、33、35是電子 開(kāi)關(guān)，31是死區(qū)控制器，32是函數(shù)發(fā)生器，34是一個(gè)比較器，36是一個(gè)優(yōu)先順序選擇器。錯(cuò) 峰控制單元153的控制有三個(gè)原則1)在安全的情況下，盡量多地允許負(fù)載啟動(dòng)，以提高用 戶(hù)的生產(chǎn)率；2)當(dāng)電網(wǎng)的頻率已低于下限值時(shí)，不允許再有沖擊負(fù)載啟動(dòng)；3)當(dāng)沖擊負(fù)載 已經(jīng)啟動(dòng)了時(shí)，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(yīng)用戶(hù)大功率負(fù)荷的啟動(dòng)指令，可通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元151得到；“操作允許”是經(jīng)控制單元152計(jì)算后的控制指令，這個(gè) 指令決定“操作指令”是否有效。實(shí)際設(shè)計(jì)中，可在原來(lái)負(fù)載的“操作指令”中串入“操作允 許”的接點(diǎn)即可。Pmax為相應(yīng)負(fù)載的可能出現(xiàn)的最大值，由用戶(hù)自己設(shè)定。死區(qū)控制器31的死區(qū)門(mén) 檻Afmax也由用戶(hù)設(shè)定，設(shè)定得越小，則是對(duì)用戶(hù)的限制越嚴(yán)，通常設(shè)定在IHZ左右。當(dāng)某臺(tái)沖擊性負(fù)載的操作指令到來(lái)時(shí)，電子開(kāi)關(guān)30開(kāi)通，由比較器34進(jìn)行 (P5-Pmax)的比較，比較值為正時(shí)，才可能允許操作；比較值為負(fù)時(shí)，則不允許操作。當(dāng)Af已超過(guò)設(shè)定的Afmax時(shí)，禁止所有的操作指令啟動(dòng)操作。由于不允許負(fù)載中途停止，所以圖5計(jì)算用戶(hù)荷時(shí)要考慮沖擊性負(fù)載14可能會(huì)以 一定速率增長(zhǎng)的因素，函數(shù)發(fā)生器32是預(yù)測(cè)該負(fù)載可能的增長(zhǎng)量，計(jì)算公式為P4 = Pmax-Wt (0 < t < t0)其中，w為沖擊性負(fù)載的上升斜率，由用戶(hù)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定，t為“允許操作”后 的時(shí)間，to的大小為t0 = Pmax/w當(dāng)同時(shí)有多臺(tái)沖擊性負(fù)載有操作指令時(shí)，優(yōu)先順序選擇器36按用戶(hù)預(yù)先設(shè)置的 負(fù)載優(yōu)先順序使電子開(kāi)關(guān)30有效。有效的個(gè)數(shù)N為N = P5/Pmax (取整)。本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新 型的目的，而并非用作對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)，對(duì)以上所述 實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組、與發(fā)電機(jī)組依次連接的變電所、大功率用戶(hù)的降壓變壓器以及沖擊性負(fù)載，其特征在于，所述小電網(wǎng)系統(tǒng)還包括防跳電機(jī)構(gòu)，防跳電機(jī)構(gòu)的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機(jī)構(gòu)的輸出端與沖擊性負(fù)載的輸入端連接。
2.如權(quán)利要求1所述的小電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述防跳電機(jī)構(gòu)包括數(shù)據(jù)采集單元、控制單元以及錯(cuò)峰控制單元，所述的數(shù)據(jù)采集單 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(shù)據(jù)采集單元的輸入端連 接；錯(cuò)峰控制單元位于降壓變壓器與沖擊性負(fù)載之間，控制單元還通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元的通 信接口與錯(cuò)峰控制單元實(shí)現(xiàn)雙向通信連接。
3.如權(quán)利要求2所述的小電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采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(shè)于降 壓變壓器與控制單元之間。
4.如權(quán)利要求3所述的小電網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元包括電網(wǎng)能力計(jì)算單元以及接收電網(wǎng)仿真曲線(xiàn)的信號(hào)接口，電網(wǎng)能力計(jì) 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(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種防止低周跳電的小電網(wǎng)供電系統(tǒng)，包括發(fā)電機(jī)組、與發(fā)電機(jī)組依次連接的變電所、大功率用戶(hù)的降壓變壓器以及沖擊性負(fù)載，所述小電網(wǎng)系統(tǒng)還包括防跳電機(jī)構(gòu)，防跳電機(jī)構(gòu)的輸入端與降壓變壓器的輸出端連接，防跳電機(jī)構(gòu)的輸出端與沖擊性負(fù)載的輸入端連接。由于采用了防跳電機(jī)構(gòu)，可以方便的獲取當(dāng)前用戶(hù)和電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算小電網(wǎng)系統(tǒng)耐負(fù)載沖擊的能力，并對(duì)沖擊性負(fù)載實(shí)施錯(cuò)峰控制，使負(fù)載沖擊的總量總是被限制在電網(wǎng)能承受的范圍之內(nèi)，避免因多臺(tái)大功率沖擊性負(fù)載沖擊疊加引起的電網(wǎng)低周跳電。
文檔編號(hào)H02J3/00GK201667538SQ20102012902
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月11日
發(fā)明者劉珧, 張子才, 黃志剛 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司